基桩高应变动测培训教程.ppt

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建筑工程质量专项检测培训地基基础工程检测,高应变法动力试桩刘兴录,目录,1.高、底应变法动力试桩的区分.2.高应变法动力试桩的主要功能.3.建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003对高应变法动力试桩适用范围的具体规定.4.高应变法动力试桩的进展和主要方法.5.国外有关规范、标准和文献对桩动测法的规定.6.高应变法动力试桩的基本理论.7.仪器设备.8.Case法.9.波形拟合法.10.工程实例.11.高应变法还不能解决的桩基工程问题.12.高应变法动力试桩目前存在的问题.,1、高、低应变法动力试桩的区分,

（1）动力试桩是在桩顶作用一动态力（动荷载），在桩顶量测桩土系统的动力响应，如位移，速度或加速度信号，对信号的时域和频域进行分析，可以对单桩承载力和桩身完整性进行评价。

（2）高应变法，用重锤（重量为预估单桩极限承载力的1%1.5%）自由下落锤击桩顶，使其应力和应变水平接近静力试桩的水平，使桩土之间的土产生塑性变形，即使桩产生贯入度，一般贯入度2mm,但6mm.桩对外有抗力（承载力）是通过位移产生，有了位移，桩侧土强度得到充分发挥，桩端土强度也得到一定程度的发挥，此时,量测的信号含有承载力的因素。

但对于嵌岩桩和超长的摩擦桩，要使桩端土强度发挥几乎是不可能的。

（3）低应变法，用手锤、力棒敲击桩顶，或用激振器在桩顶激振，其产生的能量小，动应变约10-5（高应变动应变为10-3），通过桩顶量测速度时域波形，对桩身完整性进行判定。

2、高应变法动力试桩的主要功能,

（1）判定单桩竖向抗压承载力（简称单桩承载力）。

单桩承载力是指单桩所具有的承受荷载的能力，其最大的承载能力称为单桩极限承载力。

高应变法判定单桩承载力是桩身结构强度满足轴向荷载的前提下判定地基土对桩的支承能力。

（2）判定桩身完整性。

高应变作用在桩顶的能量大，检测桩的有效深度大。

对预制方桩和预应力管桩接头是否焊缝开裂等缺陷判断优于低应变法；对等截面桩可以由截面完整系数定量判定缺陷程度，从而判定缺陷是否影响桩身结构的承载力。

（3）打入式预制桩的打桩应力监控；桩锤效率、锤击能量的传递检测，为沉桩工艺、选择锤击设备提供依据。

（4）对桩身侧阻力和端阻力进行估算。

3、建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003对高应变法动力试桩适用范围的具体规定。

（1）高应变法动力试桩只能作为检验性试桩（校核单桩承载力是否满足设计要求），不能作为设计性试桩（为设计提供单桩承载力依据）。

（2）当有本地区相近条件的对比验证资料时，可以作为单桩竖向抗压承载力验收检测的补充。

（3）用于灌注桩时，应具有现场实测和本地相近条件下的可靠对比验证资料。

（4）大直径扩底桩和Qs曲线缓变形的大直径灌注桩不宜采用。

4、高应变动力试桩的进展和主要方法。

100多年前有学者假定桩、锤为刚体，利用牛顿碰撞理论推导得到打桩公式，用于打桩施工质量的监控；有成熟经验的地区，也用于单桩承载力的估算；1931年有学者认识到打桩是个应力波传播过程。

将埋入土中的一维杆引入波动方程，研究应力波在杆中的传播，但是限于当时的电子技术发展水平和计算机技术，无法用于实际工程，致使应力波理论在桩基工程中的实际应用晚于应力波理论足有100年；1960年ASmith提出了差分数值解法模型，该模型将锤体、铁砧、桩帽简化为刚性质量块；锤垫和桩垫简化为无质量的弹簧；桩离散为许多桩段单元，单元间用弹簧连接；桩单元周围土体用弹簧和摩擦键模拟其弹、塑性静阻力、动阻力用黏壶模拟，建立了较完整的锤桩土系统的打桩波动问题，用电子计算机进行迭代运算，从而使打桩的波动方程分析进入实用阶段；1970年美国GGGoblt教授发表了关于桩承载力的动测研究一文，1975年发表了根据动测确定桩的承载力研究报告；1978年美国PDI公司生产PDA打桩分析仪，为高应变动力试桩的专用仪器，并用Case法判定单桩承载力，仅80年代我国从美国购进PDA打桩分析仪有10多台；,100多年前有学者假定桩、锤为刚体，利用牛顿碰撞理论推导得到打桩公式，用于打桩施工质量的监控；有成熟经验的地区，也用于单桩承载力的估算；1931年有学者认识到打桩是个应力波传播过程。

将埋入土中的一维杆引入波动方程，研究应力波在杆中的传播，但是限于当时的电子技术发展水平和计算机技术，无法用于实际工程，致使应力波理论在桩基工程中的实际应用晚于应力波理论足有100年；1960年ASmith提出了差分数值解法模型，该模型将锤体、铁砧、桩帽简化为刚性质量块；锤垫和桩垫简化为无质量的弹簧；桩离散为许多桩段单元，单元间用弹簧连接；桩单元周围土体用弹簧和摩擦键模拟其弹、塑性静阻力、动阻力用黏壶模拟，建立了较完整的锤桩土系统的打桩波动问题，用电子计算机进行迭代运算，从而使打桩的波动方程分析进入实用阶段；1970年美国GGGoblt教授发表了关于桩承载力的动测研究一文，1975年发表了根据动测确定桩的承载力研究报告；1978年美国PDI公司生产PDA打桩分析仪，为高应变动力试桩的专用仪器，并用Case法判定单桩承载力，仅80年代我国从美国购进PDA打桩分析仪有10多台；80年代美国又把桩作为连续模型，研制成波形拟合分析软件（CAPWAP软件），根据实测波形进行桩侧阻和端阻的计算分析；相继荷兰生产了TNO测桩仪，在国际上有一定的销量；,1989年加拿大伯明翰公司和荷兰皇家科学院建工研究所（TNO）联合研究静动法试桩；1972年湖南大学周光龙教授研制动力参数测桩法；1976年四川建筑科学研究所和中国建筑科学研究院共同研制了锤击贯入法高应变动力试桩；1978年以东南大学唐念慈教授为主的多家单位在渤海12号储油罐平台进行2根钢管桩波动方程打桩分析，编制BF81计算程序，并和静载试验结果进行对比；1980年西安公路研究所研究了稳态激振机械阻抗法和水电效应法测桩方法，并生产我国最早的低应变测桩仪；1985年甘肃建筑科学研究所和上海铁道学院共同研制了我国最早的高应变测桩仪；1986年中国科学院武汉岩土力学所研制了RSM桩基动测仪；1992年中国建筑科学研究院研制FEI桩基动测分析系统，并编制EFIPWAPC波形拟合分析软件；80年代交通部三航局科研所研制了SDF1型打桩分析仪；90年代成都工程检测研究所研制了ZK系列测桩仪；1992年武汉岩海工程技术开发公司研制了RS系列测桩仪；1993年颁布了中国工程建设标准化协会标准贯击贯入试桩法规程；,1995年颁布了行业标准基桩低应变动力检测规程（JGJ/T93-95）；1997年颁布了行业标准基桩高应变动力检测规程（JGJ106-97）；1999年颁布了地方标准深圳地区基桩质量检测技术规程（SJG09-99）；2000年颁布了广东省地方标准建筑基桩检测技术规程（DBJ15-27-2000）；2002年颁布了天津市地方标准建筑基桩检测技术规程（DBJ29-38-2002）；2003年颁布了行业标准建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）；1994年1998年建设部委托国家建筑工程质量监督检验中心分别在北京龙爪树、郑州荥阳进行三批足尺桩的现场动测考试，参加单位400多家，参加桩基有关规范和桩动测基本理论和原理笔试的近4000人；桩的动测技术在计算机技术发展前提下，近二三十年发展相当迅速，主要在计算软件的完善和测桩设备的更新和改进，致于土的模型、参数、基本原理和测试方法等方面没太大进展，主要原因土是具有弹、塑性性质的三相物质（土颗粒、水和空气），其应力应变关系的非线性，加上地基土的复杂性、分布不均匀性以及土的动态本构关系极为复杂等所致；,高应变动力试桩有以下几种方法：

（1）动力打桩公式法；

（2）锤击贯入法；（3）Smith波动方程分析法；（4）Case法；（5）波形拟合法；（6）静动试桩法。

5、国外有关规范、标准和文献对桩动测法的规定：

（1）1983年，国际土力学基础工程学会（ISSMFE）野外试验室委员会推荐的“桩轴向荷载试验动荷载方法”中谈到，高应变法可以确定桩承载力，桩承载力的动测方法可以用于设计，也可作为施工控制。

如果锤击能量不足以充分发挥土的强度，那么任何动承载力的测定方法都将不能准确测定桩的承载力，如同静荷载试验中没有施加足够的作用荷载一样，也不能测得桩的极限承载力。

（2）1987年，加拿大结构规范（国家标准）的桩基础一节，认为可以用打桩分析仪进行打桩监测、确定桩的性能、测定发挥的静承载力和初、复打的贯入阻力。

（3）1989年，美国材料试验学会（ASTM）列入桩的高应变动力试桩方法和标准（D494589），其意义和用途一节谈到，本试验方法用于获得桩在冲击力作用下产生的应变或力，以及加速度、速度或位移数据。

应用这些数据可以估计桩的承载力和完整性，还可以估计锤的性能、桩的应力和土的动力特性。

本方法不能代替静荷载试桩。

在测试结果分析一节谈到，记录的数据可以用计算机分析，包括桩的完整性评价，打桩系统的功效和最大的打桩应力。

试验结果也可以作用估计试验时土的静阻力及沿桩身分布。

分析结果可能和静荷载试桩结果吻合或不吻合，经常做静、动对比试验是必要的。

（4）1988年，英国土木工程师协会的英国桩工专业联合会“桩试验规范”谈到，桩的动力试验是对单桩采用冲击方式进行试验，可用落锤或其他冲击装置测定桩的动态响应，并以此得出土对桩的动阻力及有关的参数，诸如单桩承载力、土阻力分布。

瞬时沉降特性、打桩应力和桩锤特性。

不出现相对的桩土位移的贯入是不可能充分测定单桩极限承载力的。

桩的完整性检验是为了在尽可能的范围内研究埋入土中桩的结果完好程度，它不作为确定单桩承载力方法。

桩身结构完整性的检测可以用反射波法、振动法和声波透射法等方法中的一种。

（5）1988年，英国土木工程师协会的“英国桩工规范合同文件与测量”谈到，桩动力试验一般是用来估计桩的承载力、土的阻力分布、瞬时沉降特性、桩锤能量传递和打桩应力，其结果都直接和动荷载的条件有关。

桩的动力试验，特别是试验数据的分析，一定要由经训练有素的工程师负责完成。

桩的位移太小，就不足以发挥可能出现的土的全部阻力。

桩身结果完整性可用反射波法（荷兰应用科学研究中央国家委员会TNO和法国建筑与公用工程试验研究中心CEBTP研制的）；振动法（稳态激振，法国CEBTP研制的）和声波透射法之一进行检测。

习惯上是用开挖和钻芯法对其检测结果进行验证。

桩身结构完整性检测结果应由有经验的工程师分析。

因为所有方法都有局限性，反常的结果也会出现，不能认为可以查出所有缺陷，检测结果可能作出这样或者那样的解释，工程师得用自己的经验和判断力决定某根有缺陷桩的取舍。

（6）瑞典建筑规范（SBN1975：

8）近年来补充了高应变动力试桩内容，对于打入桩，如果抽总桩数5的工程桩进行应力波测试和CAPWAP程序分的，安全系数，对落锤施打取3，液压锤施打取2.5；抽总桩数25进行监测的，安全系数可分别降至2.2和2.0。

（7）澳大利亚桩基设计施工规范（AS21591978）规定，如有可靠依据，也可采用高应变动测法或其他有效方法确定单桩竖向承载力。

（8）1991年，西德土力学基础工程学会AK5分委员会“关于桩的动测建议”谈到，动测结果不仅取决于仪器，而且在很大程度上取决于检测人员的经验和技术。

Case法不宜用于桩径大于0.6的灌注桩。

对于桩结构完整性试验，即使有经验的专家也可得到下面不同的结论：

完整桩；缺陷桩；可能缺陷桩；实测信号无法解释。

（9）挪威“近海结构物的设计、建造和检验规范”动力公式应用一节规定，依据应力波传播理论确定的动力打桩公式可用于确定打桩期间的贯入阻力和静荷载的关系，并用于检查打桩期间和打桩后桩土单元的应力关系。

用波动方程法需输入大量的参数。

（10）丹麦“基础工程应用规范（DS4151965）规定，打桩时，在一定的锤重和一定的落高锤击下，量测桩的贯入度，动承载力可以采用动力打桩公式确定。

动力打桩公式原则上只能用于持力层为砾石、砂或坚硬的含漂石的粘土的桩。

（11）前苏联“建筑法规II-.5-67桩基设计”规定，桩的动力试验应记录每米击数、锤平均落高、贯入度和吸着系数，吸着系数可以用复打和初打贯入度比值得到。

处于中密和密实的饱和砂以及卵石中的桩，吸着效应不明显；处于可塑的粘土和亚粘土、松散砂类土中的桩，吸着效应明显。

当锤重与桩重之比大于2时，任何土层吸着效应都不体现，因为锤击的力已大于休息后所恢复的桩侧土强度。

（12）欧洲地基基础规范（EUROCODE7）桩基础一章规定，如果进行了场地详堪，并且动力试桩已和相似场地的同类型桩的静荷载试验进行对比试验，可采用动测结果。

动测结果必须综合评价，其可靠性可通过静荷载试验加以验证。

桩的质量和施工程序密切相关，而且没有可靠方法进行监督。

施工中已发现疑点的桩，必须用动测法检验完整性或抽芯检验。

6、高应变法动力试桩基本理论。

6.1一维波动方程桩动测技术是以一维波动方程为理论基础。

假设桩为等截面细长杆，杆四周无侧阻力作用，杆顶端受撞击后，杆截面在变形后仍保持平面。

如图6-1：

图6-1杆的受力,图6-2,图6-3打桩时应力波的传播（a）固定端；（b）自由端,6.5上、下行波的计算,图6-4应力波沿杆件传播,图6-5侧阻力波的传播,图6-6上、下行波计算,图7-1工具式应变传感器,图7-2峰峰法,图7-3上升沿上升沿法,图7-4上、下行波法,图7-5土的模型（a）静阻力模型（b）动阻力模型,图10-6实测异常波形,