昆明-讲稿高应变ppt.doc

高应变测试技术高应变测试技术中交上海港湾工程设计研究院中交上海港湾工程设计研究院 朱光裕朱光裕一、一、 高应变测桩中目前存在的一些问题高应变测桩中目前存在的一些问题二、二、 如何用高应变对低应变检测结果进行验证如何用高应变对低应变检测结果进行验证三、三、 高应变测试用于试打桩和打桩监控高应变测试用于试打桩和打桩监控一、高应变检测中存在的一些问题高应变检测中存在的一些问题1 1、锤的问题、锤的问题2 2、、CASECASE 法确定承载力法确定承载力（（1 1）） 不符合不符合 CASECASE 法的基本假定法的基本假定CASECASE 法的基本假定法的基本假定①①桩为一维弹性杆件，桩身材料不变，截面相等；桩为一维弹性杆件，桩身材料不变，截面相等；②②应力波在桩身传递过程中无能量耗散；应力波在桩身传递过程中无能量耗散；③③假定锤击时的动土阻力集中在桩尖，且与桩尖的运动速度成正比：假定锤击时的动土阻力集中在桩尖，且与桩尖的运动速度成正比：bcdVZJR     cLtVZcLtFJtVZtFJRccs221211211111根据上述假定，适合根据上述假定，适合 CASECASE 法分析的桩，首先要截面相等、材料相同，因为法分析的桩，首先要截面相等、材料相同，因为当桩身材料阻抗有突变时，锤击产生的下行波和上行波每次经过截面变化处都当桩身材料阻抗有突变时，锤击产生的下行波和上行波每次经过截面变化处都要产生反射和透射，而要产生反射和透射，而 CASECASE 公式中未包含这些反射和透射信息公式中未包含这些反射和透射信息，，因此桩身缺陷因此桩身缺陷越严重，越严重，CASECASE 法计算误差也就越大，原则上不适合使用法计算误差也就越大，原则上不适合使用 CASECASE 法。

法其次其次 CASECASE 法只适用于中、小直径桩，且桩长不宜过长法只适用于中、小直径桩，且桩长不宜过长下面看两个例子：因为桩身存在严重缺陷，导致下面看两个例子：因为桩身存在严重缺陷，导致 CASECASE 法计算结果与曲线拟法计算结果与曲线拟合结果相差很大合结果相差很大图图 1 1图图 2 2（（2 2）使用）使用 CASECASE 阻尼系数不规范阻尼系数不规范CASECASE 阻尼系数阻尼系数是无量纲阻尼系数，与土的类别有关，但又不限于土性，是无量纲阻尼系数，与土的类别有关，但又不限于土性，cJ实际上是一个经验系数一般规范中推荐的实际上是一个经验系数一般规范中推荐的值见下表：值见下表：cJcJ土类别土类别cJ砂土砂土0.1～0.2粉砂、粉土粉砂、粉土0.2～0.4粘土粘土0.4～1.03 3、、拟合法确定承载力拟合法确定承载力（（1 1）曲线拟合法的特点）曲线拟合法的特点a a、不要求桩身等阻抗；、不要求桩身等阻抗；b b、可以考虑桩身内阻尼对应力波衰减的影响；、可以考虑桩身内阻尼对应力波衰减的影响；c c、假定动阻尼力存在于桩侧和桩端，各单元上土的动阻尼力与静阻力和桩、假定动阻尼力存在于桩侧和桩端，各单元上土的动阻尼力与静阻力和桩土相对运动速度成正比：土相对运动速度成正比： iViRiJiRsdJ J 为为 SmithSmith 阻尼系数，是一个有量纲的系数，它与阻尼系数，是一个有量纲的系数，它与 CASECASE 阻尼系数不同阻尼系数不同。

2 2））SmithSmith 阻尼系数推荐值阻尼系数推荐值SmithSmith 本人推荐：不分土类，桩侧本人推荐：不分土类，桩侧米秒16. 0sJ桩尖桩尖米秒48. 03JspJ三航科研所推荐值：三航科研所推荐值：中粗砂：中粗砂：，米秒16. 0sJ米秒48. 0pJ粉、细砂粉、细砂：，米秒20. 0sJ米秒60. 0pJ粘土：粘土：，米秒43. 0~33. 0sJ米秒3 . 1~0 . 1pJ里斯等人推荐值：里斯等人推荐值：砂土：砂土：，米秒22. 0~11. 0sJ米秒66. 0~33. 0pJ粘土：粘土：，米秒10. 1~45. 0sJ米秒3 . 3~3 . 1pJ（（3 3）土的最大弹性变形值）土的最大弹性变形值 Q QSmithSmith 建议值：不分砂土和粘土，也不分桩侧和桩尖，建议值：不分砂土和粘土，也不分桩侧和桩尖，Q Q 值一律取值一律取 0.10.1 吋吋（（2.54mm2.54mm）） ；；三航科研所建议值：三航科研所建议值：Q Q＝＝1 1～～4mm4mm一般桩端应大于桩侧；对大直径闭口桩及一般桩端应大于桩侧；对大直径闭口桩及半闭口桩，半闭口桩，Q Q 值还应大些。

值还应大些里斯等人建议值：对大直径桩，粘土取里斯等人建议值：对大直径桩，粘土取 1.31.3～～7.5mm7.5mm，砂土取，砂土取 1.31.3～～5mm5mm注意：各单元输入的土的最大弹性变形值不应超过相应桩单元的最大位移注意：各单元输入的土的最大弹性变形值不应超过相应桩单元的最大位移值，否则会出现土阻力未充分值，否则会出现土阻力未充分发挥时承载力外推发挥时承载力外推4 4）实测曲线拟合法存在的主要问题）实测曲线拟合法存在的主要问题（（a a）计算曲线与实测曲线偏离太大，谈不上吻合；）计算曲线与实测曲线偏离太大，谈不上吻合；（（b b）输入参数不合理，按设计要求输入土阻力，违背拟合法的基本原则，）输入参数不合理，按设计要求输入土阻力，违背拟合法的基本原则，人为制造假数据人为制造假数据输入土参数不合理（输入土参数不合理（JsJs、、Q Q）） c c）桩身明显缺陷或严重缺损的桩，曲线拟合会产生一定的误差桩身明显缺陷或严重缺损的桩，曲线拟合会产生一定的误差5)(5)、曲线拟合法注意事项、曲线拟合法注意事项（（a a）桩）桩————土力学模型和土参数的选用；土力学模型和土参数的选用；（（b b）自动拟合后要人工干预；）自动拟合后要人工干预；（（c c）曲线拟合长度；）曲线拟合长度；（（d d）拟合的贯入度要接近实测贯入度。

拟合的贯入度要接近实测贯入度6)(6)曲线拟合法的基本思路曲线拟合法的基本思路图图 3 3第一区段：第一区段：t t 从从 0 0～～2L/C2L/C，主要修正桩侧土阻力，对于摩擦型桩，这一段占比重，主要修正桩侧土阻力，对于摩擦型桩，这一段占比重很大；很大；第二区段：从第一区段结束到第二区段：从第一区段结束到 tr+3mstr+3ms，这一段主要修正桩端阻力和总土阻力；，这一段主要修正桩端阻力和总土阻力；第三区段：从第一区段结束到第三区段：从第一区段结束到 tr+5mstr+5ms，这一段主要调整土阻尼系数；，这一段主要调整土阻尼系数；第四区段：第二区段终点到延长第四区段：第二区段终点到延长 20ms20ms 左右，这一段主要修正土的卸载系数，如左右，这一段主要修正土的卸载系数，如土的最大弹性变形，土的最大负阻力等土的最大弹性变形，土的最大负阻力等下面是几个曲线拟合的例子：下面是几个曲线拟合的例子：图图 4 4图图 5 55 5、超范围使用高应变检测、超范围使用高应变检测a a、为设计提供依据的单桩承载力检测应采用静载；、为设计提供依据的单桩承载力检测应采用静载；b b、桩身存在严重缺陷的桩一般不要用高应变；、桩身存在严重缺陷的桩一般不要用高应变；c c、高应变难以判别桩身浅部缺陷。

高应变难以判别桩身浅部缺陷6 6、土体恢复引起承载力增长、土体恢复引起承载力增长沉沉( (成成) )桩会使桩周土体产生扰动，不同施工工艺及不同土质中桩会使桩周土体产生扰动，不同施工工艺及不同土质中扰动程度也不同一般地讲，粘性土中的扰动程度要大于砂性土，扰动程度也不同一般地讲，粘性土中的扰动程度要大于砂性土，为此在规范中都规定了不同土质中沉桩后的休止时间下面的例子为此在规范中都规定了不同土质中沉桩后的休止时间下面的例子说明了不同休止期对单桩承载力的影响说明了不同休止期对单桩承载力的影响 (图图 6 6、图、图 7)7)图图 6 6图 7二、如何通过高应变对低应变结果进行验证二、如何通过高应变对低应变结果进行验证当低应变检测被判为当低应变检测被判为 IIIIII、、IVIV 类桩，或低应变检测难以对桩的完整性分类类桩，或低应变检测难以对桩的完整性分类时，可采用高应变抽样检测验证，特别是对那些有接头的预制桩、有严重扩径时，可采用高应变抽样检测验证，特别是对那些有接头的预制桩、有严重扩径的钻孔灌注桩或者缺陷埋深较深的桩，用高应变检测桩身完整性的结果可靠性的钻孔灌注桩或者缺陷埋深较深的桩，用高应变检测桩身完整性的结果可靠性高。

高桩身完整性系数桩身完整性系数值的物理意义如下：值的物理意义如下：12ZZ即桩被测截面阻抗与完整截面的阻抗比当桩为一根没有任何阻力的自由杆时，即桩被测截面阻抗与完整截面的阻抗比当桩为一根没有任何阻力的自由杆时，上式成立但有二种情况值得注意：上式成立但有二种情况值得注意：1 1、高应变检测时推算、高应变检测时推算值的公式为：值的公式为：         xxxxxx tVtVZRtFtFtVtVZRtFtF 1111 22规范中规范中值判定如下：值判定如下：类别类别值值I I0 . 1IIII0 . 18 . 0IIIIII8 . 06 . 0IVIV6 . 0桩侧土阻力及被测截面前面的缺陷均会对桩侧土阻力及被测截面前面的缺陷均会对和和产生影响，产生影响，测出的测出的 xtF xtV值有一定误差值有一定误差2 2、当缺陷处有其他介质（如土）存在，因这些介质也能传递部分能量，此、当缺陷处有其他介质（如土）存在，因这些介质也能传递部分能量，此时时为两种介质的声阻抗之和，为两种介质的声阻抗之和，值会大于两截面的面积比，值会大于两截面的面积比，因此当桩在土中因此当桩在土中2Z完全断开后，完全断开后，值一般也不等于零。

值一般也不等于零3 3、混凝土预制桩的接桩部位、钢桩的高频振荡波等均会出现、混凝土预制桩的接桩部位、钢桩的高频振荡波等均会出现值小于值小于1.01.0，因此在判断桩身完整性时要根据桩身结构、入土深度及经验积累综合评价因此在判断桩身完整性时要根据桩身结构、入土深度及经验积累综合评价下面看几个例子：下面看几个例子：图图 8 8 为一根在入土较深部位的缺陷桩，低应变很难判别，而高应变有明显为一根在入土较深部位的缺陷桩，低应变很难判别，而高应变有明显反射图图 8 8图图 9 9 为三根桩低应变检测波形，图为三根桩低应变检测波形，图 1010 为相应的高应变检测波形，很明显，高应为相应的高应变检测波形，很明显，高应变检测缺陷程度的精度要优于低应变变检测缺陷程度的精度要优于低应变图图 9 9图图 1010图 11 为三根桩的高、低应变波形对比，从中可以看出，低应变能测出(a)桩的浅部缺陷，而高应变测不出；低应变测出的(b)桩波形与(a)、(c)桩相似，而高应变判断(b)桩值为 0.74，综合判别认为(b)桩为角钢接头缝隙过大，但并没有断桩图图 1111三、三、 进行试打桩和沉桩分析进行试打桩和沉桩分析高应变的另一个重要功能是用于工程正式高应变的另一个重要功能是用于工程正式开工前的试打桩开工前的试打桩和和施工工程中进施工工程中进行打桩监控行打桩监控，使桩基础的设计和施工更加合理。

使桩基础的设计和施工更加合理1 1、试打桩的两个作用：一是检验设计的桩型及桩长是否合理，二是为施工、试打桩的两个作用：一是检验设计的桩型及桩长是否合理，二是为施工选择合理的沉桩设备和沉桩工艺选择合理的沉桩设备和沉桩工艺2 2、打桩监控：、打桩监控：（（1 1）对工程桩抽样进行高应变检测，特别是对地质条件复杂、持力层起伏）对工程桩抽样进行高应变检测，特别是对地质条件复杂。