福建省基桩高应变法检测人员培训讲义PPT课件
福建省基桩高应变法检测人员福建省基桩高应变法检测人员上岗考核培训上岗考核培训. .基桩动测技术的发展基桩动测技术的发展. .桩基动测技术的历史可追朔到百年以前,利用能量守恒原理和牛顿撞桩基动测技术的历史可追朔到百年以前,利用能量守恒原理和牛顿撞击定理来计算桩的承载力,称之为动力打桩公式。击定理来计算桩的承载力,称之为动力打桩公式。近代桩的动测技术是以应力波理论为基础发展起来的,桩可视为土中近代桩的动测技术是以应力波理论为基础发展起来的,桩可视为土中的弹性杆件,打桩过程是弹性应力波传播的过程。的弹性杆件,打桩过程是弹性应力波传播的过程。美国美国G.G.GobleG.G.Goble等人在等人在19671967年发表了年发表了“ “关于桩承载力的动测研究关于桩承载力的动测研究” ”一文,一文,19751975年发表了年发表了“ “根据动测确定桩的承载力根据动测确定桩的承载力” ”研究报告。研究报告。19721972年湖南大学周光龙等人开始研究桩的动测技术,这是我国最早的年湖南大学周光龙等人开始研究桩的动测技术,这是我国最早的开始用动力理论进行桩基的检测开始用动力理论进行桩基的检测19861986年福建省建筑科学研究院从美国引进首台年福建省建筑科学研究院从美国引进首台GCGC型型PDAPDA打桩分析仪,打桩分析仪,19881988年后,中国建筑科学研究院开始针对引进的美国年后,中国建筑科学研究院开始针对引进的美国PDAPDA打桩分析仪打桩分析仪进行开发,编制了桩的特征线波动分析程序进行开发,编制了桩的特征线波动分析程序FEIPWAPCFEIPWAPC,取得了较好,取得了较好效果效果 。19891989年我国由国家建筑工程质量监督检验测试中心组织编制了年我国由国家建筑工程质量监督检验测试中心组织编制了“ “高应高应变动力试桩法暂行规定变动力试桩法暂行规定” ” ,19971997年我国年我国基桩高应变动力检测规程基桩高应变动力检测规程(JGJ 106-97JGJ 106-97)颁布实施,直至)颁布实施,直至20032003年改版为年改版为建筑基桩检测技术规建筑基桩检测技术规范范 (JGJ 106-2003JGJ 106-2003),),20142014年年1010月月1 1日修订后的日修订后的 建筑基桩检测建筑基桩检测技术规范技术规范 (JGJ 106-20014JGJ 106-20014)开始实施)开始实施 。 桩的承载力桩的承载力 有竖向承载力,水平承载力及抗拔承载力等多个有竖向承载力,水平承载力及抗拔承载力等多个指标,通常人们最关注竖向承载力。指标,通常人们最关注竖向承载力。 竖向承载力取决于岩土对桩的支承阻力及桩身结竖向承载力取决于岩土对桩的支承阻力及桩身结构,前者是主要的,桩身结构则应该提供足够的构,前者是主要的,桩身结构则应该提供足够的强度,刚度和稳定性来保证荷载传递的任务。强度,刚度和稳定性来保证荷载传递的任务。 桩的破坏形态通常可分三种类型:桩身破坏,桩桩的破坏形态通常可分三种类型:桩身破坏,桩周土体的剪切破坏和桩土体系沉降超标。周土体的剪切破坏和桩土体系沉降超标。高应变法 Highstrain dynamic test 用重锤冲击桩顶,实测桩顶附近或桩顶部的速度和用重锤冲击桩顶,实测桩顶附近或桩顶部的速度和力时程曲线,通过波动理论分析,对单桩竖向抗压力时程曲线,通过波动理论分析,对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。高应变法只能判定岩土体对桩的支承阻力,其判定高应变法只能判定岩土体对桩的支承阻力,其判定的承载力是在桩身强度满足桩身结构承载力的前提的承载力是在桩身强度满足桩身结构承载力的前提下,其难于预示桩身结构破坏的可能性。下,其难于预示桩身结构破坏的可能性。规范(规范(JGJ106-2014JGJ106-2014)中高应变法的)中高应变法的检测目的检测目的 判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求;求; 检测桩身缺陷及其位置,判定桩身完整性检测桩身缺陷及其位置,判定桩身完整性类别;类别; 分析桩侧和桩端土阻力分析桩侧和桩端土阻力 作为试打桩和打桩监控。监测预制桩打入作为试打桩和打桩监控。监测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比,为沉桩时的桩身应力和锤击能量传递比,为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。工艺参数及桩长选择提供依据。 规范(规范(JGJ106-2014JGJ106-2014)中高应变法的)中高应变法的适用范围适用范围 对第对第3.3.43.3.4条规定条件外的预制桩和满足高条规定条件外的预制桩和满足高应变法适用范围的灌注桩,可采用高应变应变法适用范围的灌注桩,可采用高应变法进行单桩竖向抗压承载力验收检测,抽法进行单桩竖向抗压承载力验收检测,抽检数量不宜少于总桩数的检数量不宜少于总桩数的5%5%,且不得少,且不得少于于5 5根。根。 当有本地区相近条件的对比验证资料时,当有本地区相近条件的对比验证资料时,高应变法也可作为第高应变法也可作为第3.3.43.3.4条规定条件下单条规定条件下单桩竖向抗压承载力验收检测的补充。桩竖向抗压承载力验收检测的补充。 试打桩和打桩监控试打桩和打桩监控 不宜采用:大直径扩底桩和不宜采用:大直径扩底桩和Q-sQ-s曲线具有曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩。缓变型特征的大直径灌注桩。 广义的高应变法包括:打桩公式法(能量广义的高应变法包括:打桩公式法(能量公式法),锤击贯入法,波动方程法和静公式法),锤击贯入法,波动方程法和静动法等等动法等等 目前高应变法这个名称已被专用于以波动目前高应变法这个名称已被专用于以波动技术为特征的一种高应变测试方法。技术为特征的一种高应变测试方法。 依据高应变分析计算方法的原则不同而分依据高应变分析计算方法的原则不同而分为两类方法:为两类方法:1.1.在若干近似假定下获得波动在若干近似假定下获得波动方程闭合解,再通过实测曲线计算其结果方程闭合解,再通过实测曲线计算其结果。2.2.利用实测曲线的数字化序列,借助计算利用实测曲线的数字化序列,借助计算机技术来搜求其数值解,从中获得桩土性机技术来搜求其数值解,从中获得桩土性状参数再间接推算其结果。状参数再间接推算其结果。高应变法的特点高应变法的特点 在承载力的检测方法上,高应变法属于半直接法在承载力的检测方法上,高应变法属于半直接法 ,它不同于静载试验,它不同于静载试验,是通过现场原型试验直接获得检测结果。它是在现场原型实验基础,是通过现场原型试验直接获得检测结果。它是在现场原型实验基础上,基于一些理论假设和工程实践经验并加以综合分析才能获得检测上,基于一些理论假设和工程实践经验并加以综合分析才能获得检测结果。结果。 与静载法相比,其优缺点大体总结如下:与静载法相比,其优缺点大体总结如下:优点:优点:1.1.高效节能(省时省钱)高效节能(省时省钱)2.2.能获得有关桩身完整性的情况。能获得有关桩身完整性的情况。3.3.能获得桩周摩阻的分布情况。能获得桩周摩阻的分布情况。4.4.试打桩和打桩监控属于它特有的功能,它能监测锤击桩打入时的拉压试打桩和打桩监控属于它特有的功能,它能监测锤击桩打入时的拉压应力,锤击能量的传递,桩身完整性的变化,为沉桩工艺参数和桩长应力,锤击能量的传递,桩身完整性的变化,为沉桩工艺参数和桩长选择提供依据,这就是静载试验无法做到的。选择提供依据,这就是静载试验无法做到的。缺点:缺点:1.1.动态数据的采集精度相对较低,甚至可能因操控不当或准备不周发生动态数据的采集精度相对较低,甚至可能因操控不当或准备不周发生数据采集失败的现象。数据采集失败的现象。2.2.在动载和静载作用下,桩土体系的性状表现不同,目前动力分析的数在动载和静载作用下,桩土体系的性状表现不同,目前动力分析的数学模型还比较粗略。学模型还比较粗略。能量公式能量公式 ( (打桩公式打桩公式) )能量 = 承载力 * 贯入度 承载力 = 能量 / 贯入度 能量公式的问题能量公式的问题刚性体模型不准确 忽略了垫层和砧块土模型不合理结果有很大的不确定性, 由于相关性差结果非常不可靠一维波动理论一维波动理论 打桩机产生向下传递的应力波并输入到桩打桩机产生向下传递的应力波并输入到桩中中 桩中的应力可用一维波动理论加以描述桩中的应力可用一维波动理论加以描述 土阻力和桩身缺陷产生应力波反射土阻力和桩身缺陷产生应力波反射 可通过在桩顶实测的力和速度计算和描述可通过在桩顶实测的力和速度计算和描述应力波应力波试验前混凝土桩桩头处理试验前混凝土桩桩头处理 凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱或不密实混凝土。凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱或不密实混凝土。 桩头顶面应平整,桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合桩头顶面应平整,桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。 桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下,各主筋应桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下,各主筋应在同一高度上。在同一高度上。 距桩顶距桩顶1 1倍桩径范围内,宜用厚度为倍桩径范围内,宜用厚度为3 35mm5mm的钢板围裹或的钢板围裹或距桩顶距桩顶1.51.5倍桩径范围内设置箍筋,间距不宜大于倍桩径范围内设置箍筋,间距不宜大于100mm100mm。桩顶应设置钢筋网片。桩顶应设置钢筋网片2 23 3层,间距层,间距6060100mm100mm。 桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1 12 2级,且不得级,且不得低于低于C30C30。 高应变法检测的桩头测点处截面积应与原桩身截面积相同高应变法检测的桩头测点处截面积应与原桩身截面积相同。 桩顶应用水平尺找平。桩顶应用水平尺找平。桩身材料桩身材料弹性模量应按下式计算:弹性模量应按下式计算: E=E= . c . c 2 2 E E桩身材料弹性模量(桩身材料弹性模量(kPakPa);); c c 桩身应力波传播速度(桩身应力波传播速度(m/sm/s);); 桩身材料质量密度(桩身材料质量密度(t/mt/m3 3)。)。 桩身波速的确定桩身波速的确定 在在20032003规范中,根据规范中,根据下行波波形起升沿的起点到上行波下下行波波形起升沿的起点到上行波下降沿的起点降沿的起点之间的时差与已知桩长值确定(如下图);桩之间的时差与已知桩长值确定(如下图);桩底反射信号不明显时,可根据桩长、混凝土波速的合理取底反射信号不明显时,可根据桩长、混凝土波速的合理取值范围以及邻近桩的桩身波速值综合确定。值范围以及邻近桩的桩身波速值综合确定。 2014规范的波速确定方法:桩底反射明显时,桩身波速可根据速度波第一峰起升沿的起点到速度反射峰起升(下降)沿的起点之间的时差与已知桩长值确定平均波速的确定平均波速的确定用静载法进一步验证(用静载法进一步验证(“ “减负减负” ”) 桩身存在缺陷,无法判定桩的竖向承载力。桩身存在缺陷,无法判定桩的竖向承载力。 桩身缺陷对水平承载力有影响。桩身缺陷对水平承载力有影响。 触变效应的影响,预制桩在多次锤击下承载力触变效应的影响,预制桩在多次锤击下承载力下降下降 单击贯入度大,桩底同向反射强烈且反射峰较单击贯入度大,桩底同向反射强烈且反射峰较宽,侧阻力波宽,侧阻力波 端阻力波反射弱,即波形表现端阻力波反射弱,即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合。不符合。 嵌岩桩桩底同向反射强烈,且在时间嵌岩桩桩底同向反射强烈,且在时间2 2L L/ /c c后无明后无明显端阻力反射;也可采用钻芯法核验。显端阻力反射;也可采用钻芯法核验。有关公式和原理有关公式和原理 F = F = ZvZv 在下行波中在下行波中 F = -F = -ZvZv 在上行波中在上行波中桩阻抗桩阻抗 Z = EA/c= Z = EA/c= A c=Mc A c=Mc / /L L E - E - 弹性模量弹性模量 A - A - 横截面积横截面积 波速波速 c c2 2 = = E/E