基桩高应变检测.ppt
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基桩高应变检测.ppt
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高应变桩基承载力检测高应变桩基承载力检测20142014年年11月月1717日日高高应应变变法法:
用用重重锤锤(重重量量为为预预估估单单桩桩极极限限承承载载力力的的1%1.5%1%1.5%)自自由由下下落落锤锤击击桩桩顶顶,使使其其应应力力和和应应变变水水平平接接近近静静力力试试桩桩的的水水平平,使使桩桩土土之之间间的的土土产产生生塑塑性性变变形形,即即使使桩桩产产生生贯贯入入度度,一一般般贯贯入入度度2mm,2mm,但但6mm.6mm.桩桩对对外外有有抗抗力力(承承载载力力)是是通通过过位位移移产产生生,有有了了位位移移,桩桩侧侧土土强强度度得得到到充充分分发发挥挥,桩桩端端土土强强度度也也得得到到一一定定程程度度的的发发挥挥,此此时时,量量测测的的信信号号含含有有承承载载力力的的因因素素。
但但对对于于嵌嵌岩岩桩桩和和超超长长的的摩摩擦擦桩桩,要要使使桩桩端端土土强度发挥几乎是不可能的。
强度发挥几乎是不可能的。
高应变法动力试桩的主要功能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)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。
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。
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。
)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。
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)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。
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。
)对桩身侧阻力和端阻力进行估算。
尽管低应变反射波法和高应变法均采用一维应力波理论尽管低应变反射波法和高应变法均采用一维应力波理论分析计算桩分析计算桩土系统响应,但前者由于桩土系统响应,但前者由于桩土体系变形很小土体系变形很小一般不考虑土弹簧和土阻尼的非线性问题;而后者除与低一般不考虑土弹簧和土阻尼的非线性问题;而后者除与低应变反射波法的计算原理、方法一致外,还要着重考虑上弹应变反射波法的计算原理、方法一致外,还要着重考虑上弹簧、甚至是土阻尼的非线性。
簧、甚至是土阻尼的非线性。
因此,利用波动理论计算桩土互作用的土阻力问题显得很重因此,利用波动理论计算桩土互作用的土阻力问题显得很重要。
要。
高应变实际检测时,测量激励和响应的传感器一般安装在桩顶附近,高应变实际检测时,测量激励和响应的传感器一般安装在桩顶附近,习惯上将传感器安装截面视为桩顶,传感器安装载面至桩底的距离习惯上将传感器安装截面视为桩顶,传感器安装载面至桩底的距离称为测点下桩长称为测点下桩长L。
对于等截面均匀桩,校顶实测到的力和速度包。
对于等截面均匀桩,校顶实测到的力和速度包含了桩侧和桩端土阻力的影响。
下面来分析一下深度含了桩侧和桩端土阻力的影响。
下面来分析一下深度x处的上阻力处的上阻力R2在冲击过程中对桩顶的力和速度的影响。
下行入射波通过在冲击过程中对桩顶的力和速度的影响。
下行入射波通过x界面界面时,将在界面处分别产生幅值各为时,将在界面处分别产生幅值各为Rx2的向上反射压力波和向下的向上反射压力波和向下传播的拉力波见图传播的拉力波见图1。
即。
即txc时刻时刻Rx被激发,被激发,Rx2的压力波的压力波影响于影响于2xc时刻反射回桩顶,它将使桩顶力曲线上升时刻反射回桩顶,它将使桩顶力曲线上升Rx2,同同时使速度曲线下降时使速度曲线下降Rx2Z。
如果将速度曲线以力的单位归一化,。
如果将速度曲线以力的单位归一化,即将速度乘以阻抗即将速度乘以阻抗Z与力曲线同时显示,这样与力曲线同时显示,这样Rx对桩顶力和速度曲对桩顶力和速度曲线的影响将使两曲线的差值增加为:
线的影响将使两曲线的差值增加为:
由于由于xx是完全任意的,可以得出如下结论:
在桩顶力和速是完全任意的,可以得出如下结论:
在桩顶力和速度时程曲线的度时程曲线的2x/c(x2x/c(xL)L)时刻,力曲线与速度曲线之间时刻,力曲线与速度曲线之间的差值代表了应力波从桩顶下行至的差值代表了应力波从桩顶下行至xx深度的过程中所受到深度的过程中所受到的所有土阻力之和,即:
的所有土阻力之和,即:
上行为R/2的压力波,经2X/c时刻到达测点。
它对测它对测点波形影响是,使力值增加,速度值减小,也就是力点波形影响是,使力值增加,速度值减小,也就是力和速度波形分开,分开距离在数值上正好是桩侧摩阻和速度波形分开,分开距离在数值上正好是桩侧摩阻力值。
力值。
数值R/2的下行拉力波将和下行的锤击波F(t)叠加,传播至桩底后产生反射。
桩侧阻力的反射波桩顶受锤击作用,应力波沿桩身传播,遇桩侧土摩阻力R时将产生上行的压力波和下行的拉力波打桩土阻力的大小显然与桩的竖向承载力高低有关,桩承载力愈高、打桩土阻力愈强。
尽管土阻力是直接测量的,但土阻力中所包含的静阻力的具体量值是未知的。
因此,通过实测力与实测速度曲线之差反映的土阻力大小只是桩的竖向承载力高低的定性表达。
CASE法计算桩基承载力法计算桩基承载力:
打桩桩总阻力估算公式:
打桩桩总阻力估算公式:
如果在整个深度如果在整个深度LL的桩段上连续作用有侧阻力以及端阻入,且土阻力是的桩段上连续作用有侧阻力以及端阻入,且土阻力是自上而下依次激发的,自上而下依次激发的,记初始速度曲线第一峰的时刻为记初始速度曲线第一峰的时刻为t1t1,则在,则在t2t2t1+2Lt1+2Lcc时刻,桩顶实测的力和速度记录中将包含以下四种影响:
时刻,桩顶实测的力和速度记录中将包含以下四种影响:
(1)
(1)由土阻力产生的全部上行压缩土阻力波的总和由土阻力产生的全部上行压缩土阻力波的总和RTRT22;
(2)
(2)由初始的下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波,符号为负;由初始的下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波,符号为负;(3)(3)由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射后以压缩波的形式上行,并由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射后以压缩波的形式上行,并与第(与第(22)项的上行波同时到达桩顶,其大小也为)项的上行波同时到达桩顶,其大小也为RTRT22;(4)(4)全部的上行被在桩顶反射而形成的下行波全部的上行被在桩顶反射而形成的下行波Fc(t2)Fc(t2)。
凯司法将打桩总阻力RT分为静阻力Rx和动阻力Rd两个不相关项。
为了从RT中将静阻力部分提取出来,凯司法采用以下四个假定:
(1)桩身阻抗恒定,即除了截面不变外,桩身材质均匀是无明显缺陷。
(2)只考虑桩端阻尼,忽略桩侧阻尼的影响。
(3)应力波在沿桩身传播时,除土阻力影响再没有其他因素造成的能量耗散和波形畸变。
(4)上阻力的本构关系隐含采用了刚塑性模型,即土体对桩的静阻力大小与桩土之间的位移大小无关,而仅与桩土之间是否存在相对位移有关。
具体地讲:
桩土之间一旦产生运动(应力波一旦到达),此时土的阻力立即达到极限静阻力Ru,且随位移增加不再改变。
得到标准形式的凯司法计算桩承载力公式,较适宜于长度适中尺截面规则的中、小型桩和摩擦型桩。
波动方程拟合法没有显式的计算公式,只能通过编程波动方程拟合法没有显式的计算公式,只能通过编程获得数值解。
目前几乎所有这类拟合程序均将桩等分为获得数值解。
目前几乎所有这类拟合程序均将桩等分为11米左右的单元,并且约定:
米左右的单元,并且约定:
(11)单元内部无面积和阻抗变化;)单元内部无面积和阻抗变化;(22)土阻力由分布荷载等效为集中荷载;)土阻力由分布荷载等效为集中荷载;(33)单元内部的应力波衰减符合线性粘性模型;)单元内部的应力波衰减符合线性粘性模型;(44)应力波在单元节点处因受土阻力、桩身阻抗变)应力波在单元节点处因受土阻力、桩身阻抗变化等产生反射波和透射波。
化等产生反射波和透射波。
波动方程拟合法分析拟合过程中,需了解桩土参数对波动方程拟合法分析拟合过程中,需了解桩土参数对拟合曲线的影响:
拟合曲线的影响:
(11)减小缷载水平意味着缷载后的反弹阻力或负摩阻)减小缷载水平意味着缷载后的反弹阻力或负摩阻力减小,导致计算曲线的尾部上升。
力减小,导致计算曲线的尾部上升。
(22)桩底弹限降低时,会引起桩底土的快速加载和缷)桩底弹限降低时,会引起桩底土的快速加载和缷载,因而会导致计算曲线载,因而会导致计算曲线2L/c2L/c处及前方一点偏高。
处及前方一点偏高。
(33)桩侧土弹限降低时,会引起桩侧土的快速加载和)桩侧土弹限降低时,会引起桩侧土的快速加载和缷载,前部单元对应的计算力曲线会偏高,后部会降低。
缷载,前部单元对应的计算力曲线会偏高,后部会降低。
(44)降低桩侧缷载系数会引起桩侧土单元缷载速度加)降低桩侧缷载系数会引起桩侧土单元缷载速度加快,自然将使计算力曲线的后方提前下降。
快,自然将使计算力曲线的后方提前下降。
(55)桩侧各点土的阻尼力,与瞬时速度成正比。
降)桩侧各点土的阻尼力,与瞬时速度成正比。
降低桩侧阻尼系数,将使土单元的动阻力减小,计算曲线偏低桩侧阻尼系数,将使土单元的动阻力减小,计算曲线偏低。
低。
高应变现场测试技术高应变现场测试技术高应变检测技术成功的关键在于现场,如果现场检测高应变检测技术成功的关键在于现场,如果现场检测得到的曲线波形不正确,室内怎么处理也得不到好的结果。
得到的曲线波形不正确,室内怎么处理也得不到好的结果。
(11)现场准备与桩头处理)现场准备与桩头处理对于预制桩,桩头处理很简单,使用施工用柴油锤跟对于预制桩,桩头处理很简单,使用施工用柴油锤跟打时,只需留出深度以备传感器安装。
打时,只需留出深度以备传感器安装。
对于灌注桩,其处理较为复杂,最好制作长桩帽,将对于灌注桩,其处理较为复杂,最好制作长桩帽,将传感器安装在桩帽上,但这费用较大,施工单位不愿意。
传感器安装在桩帽上,但这费用较大,施工单位不愿意。
在灌注桩开挖和桩侧处理时,如果仅在桩侧挖一个洞在灌注桩开挖和桩侧处理时,如果仅在桩侧挖一个洞安装传感器,将使得选择安装传感器的地方太小,难以找安装传感器,将使得选择安装传感器的地方太小,难以找到合适的平面。
到合适的平面。
(22)传感器的安装:
)传感器的安装:
加速度计的安装,一般加速度计只有一个孔,安装加速度计的安装,一般加速度计只有一个孔,安装较容易。
但要注意加速度计和底座一定要拧紧,底座一定较容易。
但要注意加速度计和底座一定要拧紧,底座一定要紧贴桩壁。
要紧贴桩壁。
工具式应力环的安装最为讲究。
一般高应变测试难工具式应力环的安装最为讲究。
一般高应变测试难获成功的主要原因是因为应力环安装效果不理想,在预制获成功的主要原因是因为应力环安装效果不理想,在预制桩和桩帽上安装很容易,只要膨胀螺栓孔距合适,表面平桩和桩帽上安装很容易,只要膨胀螺栓孔距合适,表面平整,螺栓又生根紧密,即可获得满意的效果。
整,螺栓又生根紧密,即可获得满意的效果。
在灌注桩的本桩上安装工具式应力环是个细致的活,在灌注桩的本桩上安装工具式应力环是个细致的活,应让一个工人一直干这个活。
应力环四个脚的一面朝桩面应让一个工人一直干这个活。
应力环四个脚的一面朝桩面时,要反复调节,使其没有明显变形,拧两个螺丝时要上时,要反复调节,使其没有明显变形,拧两个螺丝时要上下同时、反复调整。
下同时、反复调整。
(33)现场信号采集和信号质量的判断)现场信号采集和信号质量的判断高应变现场检测不像低应变检测容易获得信号曲线,高应变现场检测不像
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- 基桩高 应变 检测