第五届桩基峰会-深基础测试技术的新发展.pptx

1、深基础测试技术的深基础测试技术的新进展新进展 设备、设备、分析和方分析和方法法Liqun Liang,Ph.D.,P.E.,Pile Dynamics,Inc.30725 Aurora RoadCleveland,OH 44139,USA 2015,Pile Dynamics1内容：高应变动载试验方法LRFD(荷载和抗力系数)设计方法和规范应用和经济效益新进展桩身完整性试验方法（高/低应变、跨孔超声、TIP等）热异常完整性检测低应变法的进展2高应变试验2.信号拟合（CAPWAP）更准确的总阻力阻力沿桩身和在桩底的分布更准确的沿桩身各点的应力不均匀桩和复杂的土况模拟静载试验结果3沉降量沉降量荷载

2、荷载1.采集数据和CASE法应力桩身完整性锤性能实时计算打桩时的土阻力（假定阻尼系数）LRFD(荷载和抗力系数)设计方法Rn 名义土抗力（Nominal Resistance）为抗力系数（Resistance factor)Qi 为第i种类荷载i 为荷载系数(Load factor);i 为荷载修正系数（Load modifier）;公式左边是荷载乘以对应系数之和，右边和传统意义上的极限承载力一致。土阻力系数的取值确定承载力的方法有关4AASHTO2014 打入桩抗力系数5确定方法确定方法阻力系数阻力系数至少一个静至少一个静载试验加上至少加上至少对两个（不少于两个（不少于2%）生）生产桩进行行

3、动载试验0.8至少一个静至少一个静载试验0.75对所有生所有生产桩进行行动荷荷载测试加信号加信号拟合合0.75用用动载测试加信号加信号拟合来制定停合来制定停锤准准则，对至少至少2根根（不少于（不少于2%）生）生产桩动测来控制来控制质量量0.65仅用波用波动方程分析（无方程分析（无动载测试）或荷）或荷载测试来制定来制定停停锤准准则，加上，加上现场观察来保察来保证锤性能性能0.5用用FHWA修改的盖茨（修改的盖茨（Gates）动力公式制定停力公式制定停锤准准则（仅限于初打限于初打结束束时）0.4用用AASHTO 10.7.3.8.5指定的工程新指定的工程新闻（Engineering News）动力

4、公式制定停力公式制定停锤准准则（仅限于初打限于初打结束束时）0.1年钻孔桩打入桩总数总数2005$9,438,000$10,705,041$20,143,0412006$10,728,331$18,836,927$29,565,2582007$11,193,633$15,948,151$27,141,7842008$9,669,093$26,591,945$36,261,0392009$7,470,894$25,308,605$32,779,4992010$9,064,681$26,211,622$35,276,304总数$57,564,633$123,602,290$181,166,923年

5、动载试验静载试验总数总数2005$290,421$15,500$305,9212006$273,315$40,000$313,3152007$379,750$379,7502008$528,076$59,806$587,8822009$380,863$70,000$450,8632010$483,557$35,000$518,557总数总数$2,335,982$220,306$2,556,288$2.5M/$123.6 M=2%试验试验费用费用/打入桩成本打入桩成本俄亥俄州俄亥俄州桩花费桩花费:试验费用试验费用:Peter NarsavageOhio Dept of Transportatio

6、n2011 PDCA DICEP program,Orlando年钻孔桩打入桩总数2005$9,438,000$10,705,041$20,143,0412006$10,728,331$18,836,927$29,565,2582007$11,193,633$15,948,151$27,141,7842008$9,669,093$26,591,945$36,261,0392009$7,470,894$25,308,605$32,779,4992010$9,064,681$26,211,622$35,276,304Total$57,564,633$123,602,290$181,166,923Y

7、earDynamicStaticTotal2005$290,421$15,500$305,9212006$273,315$40,000$313,3152007$379,750$379,7502008$528,076$59,806$587,8822009$380,863$70,000$450,8632010$483,557$35,000$518,557Total$2,335,982$220,306$2,556,288$2.5M/$123.6 M=2%试验费用试验费用/打入桩成本打入桩成本方法方法 AASHTO 桩的相的相对成本成本节省省动力公式力公式(Gates)0.41.000%GRLWEAP

8、 0.50.8020%2%动测 0.650.6238%2#动测 Ohio DOT 0.70 0.5743%100%动测或静或静载试验 0.750.5347%动测+静静载试验 0.80.5050%桩花费桩花费:试验费用：试验费用：FL DOT1973197319821982199219921965196519971997The Pile Driving AnalyzerThe Pile Driving Analyzer打桩分打桩分析仪的历史析仪的历史200720071958195820142014新一代打桩分析仪:PDA-8G合理的设计牢固：适用现场屏幕：10.4”；1024x768操作系统：W

9、indows 7触摸屏：易操作，清理内置WIFI5kg电池可更换支持有线和无线（目前8通道）910新一代打桩分析仪:PDA-8G11新一代打桩分析仪:PDA-8G新一代打桩分析仪:PDA-8G利用WIFI无线传输技术允许更多无线通道加快信息传输速度（可采集锤击速度达每分钟120锤）12多通道及万能连接13不分PR和PE多通道及万能连接智能传感器智能传感器储存传感器的信息，如标定参数、传感器类型当连接到PDA-8G（有线或无线）时，PDA-8G可读出传感器中的信息，从而自动辨识传感器类型和输入标定参数加快准备工作、减少输入错误亦能防伪15远程试验（SiteLink)远程测试的概念约在2000年出

10、现开始是通过电话系统目前是利用互联网PDA-8G用Windows 7操作系统加上内置WIFI使联网更容易联网后的PDA-8G可在办公室的计算机上直接操控节省旅行费用省去旅行时间，既有利于安排测试以便测试更多的桩、亦能加快数据分析出报告有利于防伪16桩顶力传感器的利用17桩顶力传感器的利用18软件系统：PDA-SPDA-S即用来控制PDA-8G来采集和分析数据、亦用来在计算机上进一步处理、分析数据用同一软件可减少学习新软件的过程增加了许多新功能、如新界面支持标准触摸功能采样长度根据时间确定自动辨识智能传感器显示变量分组储存；可根据不同锤/桩/土组合来制定、储存和调出显示电池剩余量配色方案等19快

11、速自动信号拟合-iCAPiCAP 是自动信号拟合程序。其桩和土模型与CAPWAP相同。该程序与PDA-PAX/8G上的操作程序和PC上PDA-W/PDA-S程序协同工作，使得在采集信号时或复审数据时、同时进行自动信号拟合分析成为可能。20快速自动信号拟合-iCAP优点快速：如桩不长（30m内）每锤分析在1-2分钟内，这使得多锤分析变得可能无人干涉，可减少人为因素；无需经验不用假设阻尼系数来求阻力能求阻力分布能求应力分布，更准确地确定拉应力当前版本的局限为限于均匀桩，木桩例外；假设直径减小率为1/120.不考虑衔接、间隙或裂缝不适用于复杂的土模型，如辐射阻尼，桩身土塞不能进行残余应力分析21适用

12、于混凝土桩的分析-CAPWAP 2014对现场灌注桩进行高应变试验，因桩是非均匀的，需进行信号拟合分析拟合分析需调整桩身截面（即阻抗）CAPWAP2014曾加了阻抗自动调整功能允许输入和显示总浇灌混凝土体积阻抗自动调整功能可考虑输入的总混凝土体积有将增加的阻抗换算成截面积的选项22适用于混凝土桩的模型-CAPWAP 2014混凝土打入桩经多次锤击后，有可能出现张裂隙。当压缩波和拉伸波经过张裂隙时，波速不同同样，夹土体的影响会引起波速在不同时段里的不同原有的CAPWAP衔接模型可用来模拟。但需用一系列衔接，麻烦，效率低且无法在不同时段改变为此引入了时间增量变化模型来模拟波速变化23提供高能量的锤

13、击设备要验证高的承载力，就需要有高能量的捶击设备来激发出所有的阻力现已有的约80吨锤芯的自由落锤，可激发8000吨的承载力如配上厚的桩垫、就可进行快速荷载试验24提供高能量的锤击设备25水下试验高应变动测的优势使其成为海上打桩测试的首选。随近年来海上项目(石油、天然气和风电场)的不断增加、很多越来越大的钻进平台要安装在深海处，钢管柱常被用来固定这些平台。由于水深，合理的安装方法是水下打桩为什么要水下打桩：可打长桩减少衔接时间减少每节桩打完后的顶部截断连续打桩可充分利用由土恢复引起的土阻力减少减少总桩长26水下试验27连接考虑回收主电缆考虑释放电缆的步骤防止与其他设备、电缆和管线的缠绕。如水下机

14、器人（ROV）、锤的管线等钻孔桩孔底测试SQUID（专利申请中）准确量测底部贯入压力和贯入度（量化）量化量测比视觉观察减少不确定因素清底后，直接挂到钻杆底部。只用几分钟。快速、安全28Penetrometer Pressure(psi)Penetration(inch)0200400600800-8-7-6-5-4-3-2-10桩身完整性检测方法桩身完整性检测方法目的:确保基础的结构完整性(一般不评估基础的承载力)29桩身完整性检测30现常用的桩身完整性检测方法现常用的桩身完整性检测方法旁孔法(主要用来确定桩长)高应变完整性测试低应变完整性测试低应变完整性测试跨孔声波透射法伽玛-伽玛测试热异常

15、完整性检热异常完整性检测测31 钢钢筋笼处筋笼处所测混凝土所测混凝土凝固时温度凝固时温度沿深度变化沿深度变化保保护层厚护层厚水水泥泥成分成分(质量质量)桩的可使用性桩的可使用性强度（承载力）强度（承载力）耐久性耐久性32热异热异常桩身完整常桩身完整性测试性测试Thermal Integrity Profiling（TIP)热异常桩身完整性测试热异常桩身完整性测试USF（南佛罗里达大学）和（南佛罗里达大学）和Gray Mullins教授拥有最初的专教授拥有最初的专利利PDI拥有用测温电缆的拥有用测温电缆的专专利：利：US专利专利8,382,369；在；在其它地其它地区（如中国、香港区（如中国、香

16、港）的专利申请正在审批中）的专利申请正在审批中当水泥和水混合时产生放当水泥和水混合时产生放热化学反热化学反应，应，即水化热释放即水化热释放释放的总热能取决于释放的总热能取决于:水水泥含量泥含量总混凝土量总混凝土量通过测量整个桩身在通过测量整个桩身在水化过程水化过程中温中温度升度升高来高来确定桩身完整确定桩身完整性性可评估横截面尺寸和混凝土的质量可评估横截面尺寸和混凝土的质量ASTM D7949-Standard Test Methods for Thermal Integrity Profiling of Concrete Deep Foundations钻孔桩热特征图钻孔桩热特征图像像温度温度 对角安装的测温线所测温度对角安装的测温线所测温度(A3 and B4)Degrees F深度深度(ft.)11011512012513013514014515015516005101520253035404550桩号号#19：温度分布：温度分布A3B4AVERAGESHALEB4A3B4A3数据分析数据分析 缺陷缺陷Degrees F深度深度(ft.)901101301505045403530