基樁高應(yīng)變動(dòng)測(cè)培訓(xùn)教程

建筑工程質(zhì)量專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)培訓(xùn)

地基基礎(chǔ)工程檢測(cè)高應(yīng)變法動(dòng)力試樁劉興錄目錄1.高、底應(yīng)變法動(dòng)力試樁的區(qū)分.2.高應(yīng)變法動(dòng)力試樁的主要功能.3.《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003對(duì)高應(yīng)變法動(dòng)力試樁適用范圍的具體規(guī)定.4.高應(yīng)變法動(dòng)力試樁的進(jìn)展和主要方法.5.國(guó)外有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)對(duì)樁動(dòng)測(cè)法的規(guī)定.6.高應(yīng)變法動(dòng)力試樁的基本理論.7.儀器設(shè)備.8.Case法.9.波形擬合法.10.工程實(shí)例.11.高應(yīng)變法還不能解決的樁基工程問(wèn)題.12.高應(yīng)變法動(dòng)力試樁目前存在的問(wèn)題.1、高、低應(yīng)變法動(dòng)力試樁的區(qū)分（1）動(dòng)力試樁是在樁頂作用一動(dòng)態(tài)力（動(dòng)荷載），在樁頂量測(cè)樁土系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，如位移，速度或加速度信號(hào)，對(duì)信號(hào)的時(shí)域和頻域進(jìn)行分析，可以對(duì)單樁承載力和樁身完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。（2）高應(yīng)變法，用重錘（重量為預(yù)估單樁極限承載力的1%~1.5%）自由下落錘擊樁頂，使其應(yīng)力和應(yīng)變水平接近靜力試樁的水平，使樁土之間的土產(chǎn)生塑性變形，即使樁產(chǎn)生貫入度，一般貫入度≮2mm,

但≯6mm.樁對(duì)外有抗力（承載力）是通過(guò)位移產(chǎn)生，有了位移，樁側(cè)土強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，樁端土強(qiáng)度也得到一定程度的發(fā)揮，此時(shí),量測(cè)的信號(hào)含有承載力的因素。但對(duì)于嵌巖樁和超長(zhǎng)的摩擦樁，要使樁端土強(qiáng)度發(fā)揮幾乎是不可能的。（3）低應(yīng)變法，用手錘、力棒敲擊樁頂，或用激振器在樁頂激振，其產(chǎn)生的能量小，動(dòng)應(yīng)變約10-5（高應(yīng)變動(dòng)應(yīng)變?yōu)?0-3），通過(guò)樁頂量測(cè)速度時(shí)域波形，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定。2、高應(yīng)變法動(dòng)力試樁的主要功能（1）判定單樁豎向抗壓承載力（簡(jiǎn)稱(chēng)單樁承載力）。單樁承載力是指單樁所具有的承受荷載的能力，其最大的承載能力稱(chēng)為單樁極限承載力。高應(yīng)變法判定單樁承載力是樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足軸向荷載的前提下判定地基土對(duì)樁的支承能力。（2）判定樁身完整性。高應(yīng)變作用在樁頂?shù)哪芰看螅瑱z測(cè)樁的有效深度大。對(duì)預(yù)制方樁和預(yù)應(yīng)力管樁接頭是否焊縫開(kāi)裂等缺陷判斷優(yōu)于低應(yīng)變法；對(duì)等截面樁可以由截面完整系數(shù)β定量判定缺陷程度，從而判定缺陷是否影響樁身結(jié)構(gòu)的承載力。（3）打入式預(yù)制樁的打樁應(yīng)力監(jiān)控；樁錘效率、錘擊能量的傳遞檢測(cè)，為沉樁工藝、選擇錘擊設(shè)備提供依據(jù)。（4）對(duì)樁身側(cè)阻力和端阻力進(jìn)行估算。3、《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003對(duì)高應(yīng)變法動(dòng)力試樁適用范圍的具體規(guī)定。（1）高應(yīng)變法動(dòng)力試樁只能作為檢驗(yàn)性試樁（校核單樁承載力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求），不能作為設(shè)計(jì)性試樁（為設(shè)計(jì)提供單樁承載力依據(jù)）。（2）當(dāng)有本地區(qū)相近條件的對(duì)比驗(yàn)證資料時(shí)，可以作為單樁豎向抗壓承載力驗(yàn)收檢測(cè)的補(bǔ)充。（3）用于灌注樁時(shí)，應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和本地相近條件下的可靠對(duì)比驗(yàn)證資料。（4）大直徑擴(kuò)底樁和Q~s曲線緩變形的大直徑灌注樁不宜采用。4、高應(yīng)變動(dòng)力試樁的進(jìn)展和主要方法?！?00多年前有學(xué)者假定樁、錘為剛體，利用牛頓碰撞理論推導(dǎo)得到打樁公式，用于打樁施工質(zhì)量的監(jiān)控；有成熟經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，也用于單樁承載力的估算；●1931年有學(xué)者認(rèn)識(shí)到打樁是個(gè)應(yīng)力波傳播過(guò)程。將埋入土中的一維桿引入波動(dòng)方程，研究應(yīng)力波在桿中的傳播，但是限于當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)發(fā)展水平和計(jì)算機(jī)技術(shù)，無(wú)法用于實(shí)際工程，致使應(yīng)力波理論在樁基工程中的實(shí)際應(yīng)用晚于應(yīng)力波理論足有100年；●1960年A·Smith提出了差分?jǐn)?shù)值解法模型，該模型將錘體、鐵砧、樁帽簡(jiǎn)化為剛性質(zhì)量塊；錘墊和樁墊簡(jiǎn)化為無(wú)質(zhì)量的彈簧；樁離散為許多樁段單元，單元間用彈簧連接；樁單元周?chē)馏w用彈簧和摩擦鍵模擬其彈、塑性靜阻力、動(dòng)阻力用黏壺模擬，建立了較完整的錘—樁—土系統(tǒng)的打樁波動(dòng)問(wèn)題，用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代運(yùn)算，從而使打樁的波動(dòng)方程分析進(jìn)入實(shí)用階段；●1970年美國(guó)G·G·Goblt教授發(fā)表了《關(guān)于樁承載力的動(dòng)測(cè)研究》一文，1975年發(fā)表了《根據(jù)動(dòng)測(cè)確定樁的承載力》研究報(bào)告；●1978年美國(guó)PDI公司生產(chǎn)PDA打樁分析儀，為高應(yīng)變動(dòng)力試樁的專(zhuān)用儀器，并用Case法判定單樁承載力，僅80年代我國(guó)從美國(guó)購(gòu)進(jìn)PDA打樁分析儀有10多臺(tái)；●100多年前有學(xué)者假定樁、錘為剛體，利用牛頓碰撞理論推導(dǎo)得到打樁公式，用于打樁施工質(zhì)量的監(jiān)控；有成熟經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，也用于單樁承載力的估算；●1931年有學(xué)者認(rèn)識(shí)到打樁是個(gè)應(yīng)力波傳播過(guò)程。將埋入土中的一維桿引入波動(dòng)方程，研究應(yīng)力波在桿中的傳播，但是限于當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)發(fā)展水平和計(jì)算機(jī)技術(shù)，無(wú)法用于實(shí)際工程，致使應(yīng)力波理論在樁基工程中的實(shí)際應(yīng)用晚于應(yīng)力波理論足有100年；●1960年A·Smith提出了差分?jǐn)?shù)值解法模型，該模型將錘體、鐵砧、樁帽簡(jiǎn)化為剛性質(zhì)量塊；錘墊和樁墊簡(jiǎn)化為無(wú)質(zhì)量的彈簧；樁離散為許多樁段單元，單元間用彈簧連接；樁單元周?chē)馏w用彈簧和摩擦鍵模擬其彈、塑性靜阻力、動(dòng)阻力用黏壺模擬，建立了較完整的錘—

樁—土系統(tǒng)的打樁波動(dòng)問(wèn)題，用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代運(yùn)算，從而使打樁的波動(dòng)方程分析進(jìn)入實(shí)用階段；●1970年美國(guó)G·G·Goblt教授發(fā)表了《關(guān)于樁承載力的動(dòng)測(cè)研究》一文，1975年發(fā)表了《根據(jù)動(dòng)測(cè)確定樁的承載力》研究報(bào)告；●1978年美國(guó)PDI公司生產(chǎn)PDA打樁分析儀，為高應(yīng)變動(dòng)力試樁的專(zhuān)用儀器，并用Case法判定單樁承載力，僅80年代我國(guó)從美國(guó)購(gòu)進(jìn)

PDA打樁分析儀有10多臺(tái)；●80年代美國(guó)又把樁作為連續(xù)模型，研制成波形擬合分析軟件（CAPWAP軟件），根據(jù)實(shí)測(cè)波形進(jìn)行樁側(cè)阻和端阻的計(jì)算分析；相繼荷蘭生產(chǎn)了TNO測(cè)樁儀，在國(guó)際上有一定的銷(xiāo)量；●1989年加拿大伯明翰公司和荷蘭皇家科學(xué)院建工研究所（TNO）聯(lián)合研究靜—?jiǎng)臃ㄔ嚇叮弧?972年湖南大學(xué)周光龍教授研制動(dòng)力參數(shù)測(cè)樁法；●1976年四川建筑科學(xué)研究所和中國(guó)建筑科學(xué)研究院共同研制了錘擊貫入法高應(yīng)變動(dòng)力試樁；●1978年以東南大學(xué)唐念慈教授為主的多家單位在渤海12號(hào)儲(chǔ)油罐平臺(tái)進(jìn)行2根鋼管樁波動(dòng)方程打樁分析，編制BF81計(jì)算程序，并和靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；●1980年西安公路研究所研究了穩(wěn)態(tài)激振機(jī)械阻抗法和水電效應(yīng)法測(cè)樁方法，并生產(chǎn)我國(guó)最早的低應(yīng)變測(cè)樁儀；●1985年甘肅建筑科學(xué)研究所和上海鐵道學(xué)院共同研制了我國(guó)最早的高應(yīng)變測(cè)樁儀；●1986年中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)所研制了RSM樁基動(dòng)測(cè)儀；●1992年中國(guó)建筑科學(xué)研究院研制FEI樁基動(dòng)測(cè)分析系統(tǒng)，并編制EFIPWAPC波形擬合分析軟件；●80年代交通部三航局科研所研制了SDF--—1型打樁分析儀；●90年代成都工程檢測(cè)研究所研制了ZK系列測(cè)樁儀；●1992年武漢巖海工程技術(shù)開(kāi)發(fā)公司研制了RS系列測(cè)樁儀；●1993年頒布了中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《貫擊貫入試樁法規(guī)程》；●1995年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》（JGJ/T93-95）；●1997年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》（JGJ106-97）；●1999年頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)《深圳地區(qū)基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SJG09-99）；●2000年頒布了廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DBJ15-27-2000）；●2002年頒布了天津市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DBJ29-38-2002）；●2003年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）；●1994年～1998年建設(shè)部委托國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心分別在北京龍爪樹(shù)、鄭州滎陽(yáng)進(jìn)行三批足尺樁的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)考試，參加單位400多家，參加樁基有關(guān)規(guī)范和樁動(dòng)測(cè)基本理論和原理筆試的近4000人；●樁的動(dòng)測(cè)技術(shù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展前提下，近二三十年發(fā)展相當(dāng)迅速，主要在計(jì)算軟件的完善和測(cè)樁設(shè)備的更新和改進(jìn)，致于土的模型、參數(shù)、基本原理和測(cè)試方法等方面沒(méi)太大進(jìn)展，主要原因土是具有彈、塑性性質(zhì)的三相物質(zhì)（土顆粒、水和空氣），其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的非線性，加上地基土的復(fù)雜性、分布不均勻性以及土的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系極為復(fù)雜等所致；●高應(yīng)變動(dòng)力試樁有以下幾種方法：（1）動(dòng)力打樁公式法；（2）錘擊貫入法；（3）Smith波動(dòng)方程分析法；（4）Case法；（5）波形擬合法；（6）靜—?jiǎng)釉嚇斗ā?、國(guó)外有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)對(duì)樁動(dòng)測(cè)法的規(guī)定：（1）1983年，國(guó)際土力學(xué)基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)（ISSMFE）野外試驗(yàn)室委員會(huì)推薦的“樁軸向荷載試驗(yàn)——?jiǎng)雍奢d方法”中談到，高應(yīng)變法可以確定樁承載力，樁承載力的動(dòng)測(cè)方法可以用于設(shè)計(jì)，也可作為施工控制。如果錘擊能量不足以充分發(fā)揮土的強(qiáng)度，那么任何動(dòng)承載力的測(cè)定方法都將不能準(zhǔn)確測(cè)定樁的承載力，如同靜荷載試驗(yàn)中沒(méi)有施加足夠的作用荷載一樣，也不能測(cè)得樁的極限承載力。（2）1987年，加拿大結(jié)構(gòu)規(guī)范（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）的樁基礎(chǔ)一節(jié)，認(rèn)為可以用打樁分析儀進(jìn)行打樁監(jiān)測(cè)、確定樁的性能、測(cè)定發(fā)揮的靜承載力和初、復(fù)打的貫入阻力。（3）1989年，美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）列入樁的高應(yīng)變動(dòng)力試樁方法和標(biāo)準(zhǔn)（D4945——89），其意義和用途一節(jié)談到，本試驗(yàn)方法用于獲得樁在沖擊力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變或力，以及加速度、速度或位移數(shù)據(jù)。應(yīng)用這些數(shù)據(jù)可以估計(jì)樁的承載力和完整性，還可以估計(jì)錘的性能、樁的應(yīng)力和土的動(dòng)力特性。本方法不能代替靜荷載試樁。在測(cè)試結(jié)果分析一節(jié)談到，記錄的數(shù)據(jù)可以用計(jì)算機(jī)分析，包括樁的完整性評(píng)價(jià)，打樁系統(tǒng)的功效和最大的打樁應(yīng)力。試驗(yàn)結(jié)果也可以作用估計(jì)試驗(yàn)時(shí)土的靜阻力及沿樁身分布。分析結(jié)果可能和靜荷載試樁結(jié)果吻合或不吻合，經(jīng)常做靜、動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)是必要的。（4）1988年，英國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)的英國(guó)樁工專(zhuān)業(yè)聯(lián)合會(huì)“樁試驗(yàn)規(guī)范”談到，樁的動(dòng)力試驗(yàn)是對(duì)單樁采用沖擊方式進(jìn)行試驗(yàn)，可用落錘或其他沖擊裝置測(cè)定樁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并以此得出土對(duì)樁的動(dòng)阻力及有關(guān)的參數(shù)，諸如單樁承載力、土阻力分布。瞬時(shí)沉降特性、打樁應(yīng)力和樁錘特性。不出現(xiàn)相對(duì)的樁土位移的貫入是不可能充分測(cè)定單樁極限承載力的。樁的完整性檢驗(yàn)是為了在盡可能的范圍內(nèi)研究埋入土中樁的結(jié)果完好程度，它不作為確定單樁承載力方法。樁身結(jié)構(gòu)完整性的檢測(cè)可以用反射波法、振動(dòng)法和聲波透射法等方法中的一種。（5）1988年，英國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)的“英國(guó)樁工規(guī)范合同文件與測(cè)量”談到，樁動(dòng)力試驗(yàn)一般是用來(lái)估計(jì)樁的承載力、土的阻力分布、瞬時(shí)沉降特性、樁錘能量傳遞和打樁應(yīng)力，其結(jié)果都直接和動(dòng)荷載的條件有關(guān)。樁的動(dòng)力試驗(yàn)，特別是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，一定要由經(jīng)訓(xùn)練有素的工程師負(fù)責(zé)完成。樁的位移太小，就不足以發(fā)揮可能出現(xiàn)的土的全部阻力。樁身結(jié)果完整性可用反射波法（荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究中央國(guó)家委員會(huì)TNO和法國(guó)建筑與公用工程試驗(yàn)研究中心CEBTP研制的）；振動(dòng)法（穩(wěn)態(tài)激振，法國(guó)CEBTP研制的）和聲波透射法之一進(jìn)行檢測(cè)。習(xí)慣上是用開(kāi)挖和鉆芯法對(duì)其檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)結(jié)果應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的工程師分析。因?yàn)樗蟹椒ǘ加芯窒扌?，反常的結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)，不能認(rèn)為可以查出所有缺陷，檢測(cè)結(jié)果可能作出這樣或者那樣的解釋?zhuān)こ處煹糜米约旱慕?jīng)驗(yàn)和判斷力決定某根有缺陷樁的取舍。（6）瑞典建筑規(guī)范（SBN1975：8）近年來(lái)補(bǔ)充了高應(yīng)變動(dòng)力試樁內(nèi)容，對(duì)于打入樁，如果抽總樁數(shù)5％的工程樁進(jìn)行應(yīng)力波測(cè)試和CAPWAP程序分的，安全系數(shù)，對(duì)落錘施打取3，液壓錘施打取2.5；抽總樁數(shù)25％進(jìn)行監(jiān)測(cè)的，安全系數(shù)可分別降至2.2和2.0。（7）澳大利亞樁基設(shè)計(jì)施工規(guī)范（AS2159——1978）規(guī)定，如有可靠依據(jù)，也可采用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法或其他有效方法確定單樁豎向承載力。（8）1991年，西德土力學(xué)基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)AK5分委員會(huì)“關(guān)于樁的動(dòng)測(cè)建議”談到，動(dòng)測(cè)結(jié)果不僅取決于儀器，而且在很大程度上取決于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。Case法不宜用于樁徑大于0.6的灌注樁。對(duì)于樁結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)，即使有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家也可得到下面不同的結(jié)論：完整樁；缺陷樁；可能缺陷樁；實(shí)測(cè)信號(hào)無(wú)法解釋。（9）挪威“近海結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)、建造和檢驗(yàn)規(guī)范”動(dòng)力公式應(yīng)用一節(jié)規(guī)定，依據(jù)應(yīng)力波傳播理論確定的動(dòng)力打樁公式可用于確定打樁期間的貫入阻力和靜荷載的關(guān)系，并用于檢查打樁期間和打樁后樁土單元的應(yīng)力關(guān)系。用波動(dòng)方程法需輸入大量的參數(shù)。（10）丹麥“基礎(chǔ)工程應(yīng)用規(guī)范（DS415——1965）規(guī)定，打樁時(shí)，在一定的錘重和一定的落高錘擊下，量測(cè)樁的貫入度，動(dòng)承載力可以采用動(dòng)力打樁公式確定。動(dòng)力打樁公式原則上只能用于持力層為礫石、砂或堅(jiān)硬的含漂石的粘土的樁。（11）前蘇聯(lián)“建筑法規(guī)СНИПII-σ.5-67——樁基設(shè)計(jì)”規(guī)定，樁的動(dòng)力試驗(yàn)應(yīng)記錄每米擊數(shù)、錘平均落高、貫入度和吸著系數(shù)，吸著系數(shù)可以用復(fù)打和初打貫入度比值得到。處于中密和密實(shí)的飽和砂以及卵石中的樁，吸著效應(yīng)不明顯；處于可塑的粘土和亞粘土、松散砂類(lèi)土中的樁，吸著效應(yīng)明顯。當(dāng)錘重與樁重之比大于2時(shí)，任何土層吸著效應(yīng)都不體現(xiàn)，因?yàn)殄N擊的力已大于休息后所恢復(fù)的樁側(cè)土強(qiáng)度。（12）歐洲地基基礎(chǔ)規(guī)范（EUROCODE7）樁基礎(chǔ)一章規(guī)定，如果進(jìn)行了場(chǎng)地詳堪，并且動(dòng)力試樁已和相似場(chǎng)地的同類(lèi)型樁的靜荷載試驗(yàn)進(jìn)