高应变法检测-方法

高应变法检测高应变法检测一、高应变法的检测原理二、适用范围与限制条件三、现场检测工作四、分析信号的选择与判定五、高应变法的波形判读六、问题探讨一、高应变法的检测原理1、概述高应变法是一种用重锤冲击桩顶，冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使桩—土产生足够的相对位移，以激发桩周土阻力和桩端支承力的一种动力检测方法。一般来说，高应变法冲击荷载作用下，使桩土体系进入充分的非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏，从而充分地激发桩周土对桩的全部阻力作用。一、高应变法的检测原理1、概述通过采集桩身截面在冲击荷载作用下的轴向应变和桩身运动的时程曲线，获得该截面的轴向内力F(t)和轴向运动速度v(t),从而观察到应力波在桩身中的传播过程。运用一维波动方程对桩身阻抗和土阻力进行分析和计算,以判定桩身完整性和单桩承载力。一、高应变法的检测原理2、桩的基本假定在以下假定的条件下，将桩在冲击荷载作用下的运动简化为一维的线性波动力学问题。⑴假定桩身材料是均匀的和各向同性的，并且服从虎克定律。⑵假定桩是线弹性杆件。振动位移相当微小，对动力激发的反应总是线弹性的，所有的输入和输出都可以进行简单的叠加。一、高应变法的检测原理2、桩的基本假定⑶假定桩是一维杆件。桩身每个截面上的应力应变都是均匀的，可以用它的平均应力应变来加以描述而不必研究其在桩身截面上的分布。⑷假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多，横向位移对纵向运动的效应可以忽略不计。一、高应变法的检测原理2、桩的基本假定⑸假定破坏只发生在桩土界面可以只把桩身取作隔离体来进行波动计算，桩周土的影响都以作用于桩侧和桩端的力来参与计算。如果破坏发生在桩周土的土体内部，则把部分土体看作是桩身上的附加质量。一、高应变法的检测原理3、应力波的作用规律及其基本描述当应力波沿着一根弹性杆件传播时，在杆件上可以同时从两个不同的角度观察到它的作用：一是杆件的每个截面都将产生轴向运动，产生相应的速度V(x,t)；二是每个截面都将受某个轴向力F（x.t）的作用产生相应的应变ε(x,t)。将F（x.t）、V(x,t)放在一起，构成F-V图。F(t)=A•E•ε(t)ZV(t)=A•E/c•∮a(t)dtZ=A•E/c一、高应变法的检测原理3、应力波的作用规律及其基本描述对于同一个应力波，可以分别从受力和运动两个方面进行分析。从受力方面来看，应力波有受压和受拉之分；从运动方面来看，又有产生向下运动和向上运动之分。由于应力波在其沿着桩身的传播过程中将产生错综复杂的透射和反射，把在桩身中运行的各种应力波划分为下行波和上行波两大类。一、高应变法的检测原理3、应力波的作用规律及其基本描述Wd(t)=[F(t)+ZV(t)]/2Wu(t)=[F(t)-ZV(t)]/2在下行波的作用下，正的作用力（压力）将产生正向（向下）运动，而负的作用力（拉力）则产生负向（向上）的运动，因此,下行波所产生的力和速度和符号永远保持一致。上行波则正好相反，上行的压力波（其力的符号为正）将使桩身产生负向一、高应变法的检测原理3、应力波的作用规律及其基本描述的运动。而上行的拉力波（力的符号为负）则产生正向的运动，上行波所产生的力和速度的符号永远相反。在这样的表达体系中，得到下列重要的推论：①在F-v图中,凡是下行波都将使两条曲线同向平移，原有距离保持不变；凡是上行波则都将使两者反向平移，互相靠拢或互相分离。一、高应变法的检测原理3、应力波的作用规律及其基本描述②在F-v图中，如果只有下行波作用。F(t)曲线和Z.v(t)曲线将永远保持持重合。③在F-v图中，F(t)曲线和Z.v(t)曲线的相对移动直接反映了上行波的作用。一、高应变法的检测原理4、桩身阻抗变化在F-V图上的反映在高应变试验中，桩身阻抗变化在F-v图上表现规律可以归纳为以下几点：⑴阻抗减少将产生上行的拉力波，在到达检测截面时，将引起力值的减小和速度值的增大，即力（F）曲线下移而速度（V）曲线上移。一、高应变法的检测原理4、桩身阻抗变化在F-V图上的反映⑵阻抗增大将产生上行的压力波在到达检测截面时，将引起力值的增大和速度值的减小，即力（F）曲线上移而速度（V）曲线下移。⑶变阻抗截面所在深度可以由反射信号到达检测截面的时间和桩体平均波速计算。一、高应变法的检测原理5、土阻力产生的应力波在F-V图上的反映在高应变试验中，有关土阻力应力波的重要推论有以下几点：⑴在锤击力的作用下，桩身运动将激发土阻力而使桩身受到外加的阻力波作用。⑵土阻力信号由检测截面的传感器接收，使得实测曲线包含了试验时实际激发的土阻力信息。一、高应变法的检测原理5、土阻力产生的应力波在F-V图上的反映⑶作用于深度为x处的土阻力所产生的上行波将在2x/c时刻到达检测截面。因此，在实测曲线上沿着时间轴将可以在2L/c之前看到分层累加的的土阻力信息。⑷土阻力的作用将表现为实测力曲线的上升和实测速度曲线的下降，两者的分离幅度下好等于所受的土阻力。一、高应变法的检测原理上述这些推论，就是高应变动力试桩法的理论基础，当然，在实测曲线上，土阻力信息是和桩身变阻抗信息重叠在一起的，必须加以区分，如果桩身在锤击后期产生向上的反弹运动，土阻力也将反向加到桩身上而在其作用截面以上的桩身内产生上行的拉力波。与此同时，为了使这种方法能够实际应用，还必须考虑到动力试验时激发的土阻力和静载荷试验时的静态土阻力的异同，以便从动力试验结果正确推断静载荷试验的结果。传感器安装在桩顶附近对称安装力传感器和加速度传感器•由测得的应变(ε)可用下式算力•F(t)=EAε(t)•由测得的加速度(a)可用下式算速度V•V(t)=√a(t)dt19751985199519652005PDA仪器Purdue1972PDA1982传统的“PAK”遥测“PAL–R”PDA试验现已被广泛采用2020/6/1822二、适用范围与限制条件1、适用范围⑴判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。这里所说的承载力是指在桩身强度满足桩身结构承载力的前提下，得到的桩周岩土对桩的抗力（静阻力）。所以要得到极限承载力，应使桩侧和桩端岩土阻力充分发挥，否则不能得到承载力的极限值，只能得到承载力检测值。二、适用范围与限制条件⑵检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别。与低应变法检测的快捷、廉价相比，高应变法检测桩身完整性虽然是附带性的，但由于其激励能量和检测有效深度大的优点，特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度。因此可以作为低应变法检测这类缺陷桩的一种补充验证手段。（JGJ106-2003第3.4.3条）二、适用范围与限制条件⑶用于监测预制桩打入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。高应变法检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩的打桩监控属于其特有的功能，它能监测预制桩打入时的桩身应力、锤击能量的传递、桩身完整性的变化，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据，是静载试验无法做到的。二、适用范围与限制条件2、限制条件⑴进行灌注桩的单桩竖向抗压承载力检测时，应具有现场实测经验和本地区相近条件下的可靠对比验证资料。高应变法检测单桩承载力属于半直接法，它是通过应力波直接测量得到打桩时的土阻力，承载力（静阻力）需要从中提取，同时还需要建立静阻力与桩的沉降特征的关系。需要假设桩土二、适用范围与限制条件力学模型及其参数，而模型的建立和参数的选择只能是近似的和经验性的，是否合理、准确需要大量工程实践经验积累来不断完善。灌注桩的截面尺寸和材质的非均匀性、施工的隐蔽性（干作业成孔桩除外）及由此引起的承载力变异性普遍高于打入式预制桩，混凝土材料应力—应变关系的非线性、桩头加固措施不当、传感器条件差及安装处混凝土质量的不均匀性，导致灌注二、适用范围与限制条件桩检测采集的波形质量低于预制桩，波形分析中的不确定性和复杂性又明显高于预制桩。与静载试验结果对比，灌注桩高应变检测判定的承载力误差也如此。因此，积累灌注桩现场测试、分析经验和相近条件下的可靠对比验证资料，对确保检测质量尤其重要。二、适用范围与限制条件⑵对于大直径扩底桩和Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用本方法进行竖向抗压承载力检测。后压浆桩、夯扩桩、支盘桩也不宜采用高应变法。除嵌入基岩的大直径桩和纯磨擦型大直径桩外，大直径灌注桩、扩底桩（墩）由于尺寸效应，通常其静载Q-s曲线表现为缓变型，端阻力发挥所需的位移很大。另外，在土阻力相同条件下，桩身直径的增加使桩身截面阻抗（或桩的惯性）与直径成二、适用范围与限制条件平方的关系增加，锤与桩的匹配能力下降。而多数情况下高应变检测所用锤的重量有限，很难在桩顶产生较长持续时间的作用荷载，达不到使土阻力充分发挥所需的位移量。根据测试经验，能使桩顶产生10mm的动位移已很难，这与静载试验的沉降相比，明显偏低。后压浆桩、夯扩桩、支盘桩由于桩身截面(阻抗)变化与高应变法的关于桩身的假设差距较大，实践中也发生检测结果和实际情况相差很大，因此，规定后压浆桩、夯扩桩、支盘桩不宜采用高应变法。三、现场检测工作1、准备工作⑴收集资料工程地质资料、建筑概况、桩位布置图，施工原始记录等，进行现场调查，了解建筑工程特点。⑵受检桩龄期应符合下列规定：①受检桩的混凝土龄期达到28天或预留同条件养护试块强度达到设计强度。②休止时间：砂土7天，粉土10天，非饱和粘土15天，饱和三、现场检测工作粘土25天。泥浆护壁灌注桩宜适当延长。⑶桩头处理对所需检测的单桩做好测前处理，要求桩顶面应平整，并与桩轴线垂直。桩顶高度应满足锤击装置的要求。对不能承受锤击的桩头应加固处理。具体要求如下：①混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土；②桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合，三、现场检测工作且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同；③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。④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。⑷向建设方或监理方申报人工地基检测现场告知书。三、现场检测工作2、传感器的安装⑴传感器应分别对称安装在距桩顶不小于2D的桩侧表面处(D为受检桩的直径或边宽)，条件允许时，应尽量往下安装；对于大直径桩,传感器与桩顶之间的距离可适当减小,但不得小于1D。安装处的材质和截面尺寸应与原桩身相同，传感器不得安装在截面突变处附近。⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一2020/6/1835三、现场检测工作水平线上；同侧的应变传感器与加速度传感器的水平距离不宜大于80mm（60～80mm）。传感器的中心轴应与桩中心轴保持平行。⑶各传感器的安装面材质应均匀、密实、平整，并与桩轴线平行，否则应采用磨光机将其磨平。⑷安装螺栓的钻孔应与桩侧表面垂直，应力传感器三、现场检测工作的安装螺栓连线应与桩中心轴保持平行并垂直与地平面。⑸安装完毕后的传感器应紧贴桩身表面，锤击时不得产生滑动，安装应变式传感器时应对初始应变值进行监控。三、现场检测工作3、锤击⑴锤击设备的要求①锤击设备宜具有稳固的导向装置；打桩机械或类似的装置（导杆式柴油锤除外，因为导杆式柴油锤荷载上升时间过于缓慢，容易造成速度响应信号失真）都可作为锤击设备。②高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸刚制作。当采取自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸造，且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。三、现场检测工作形状扁平的锤更容易造成锤击偏心、击碎桩头，应变式力传感器器对锤击偏心很敏感，可以使某一侧混凝土表现出非线性、塑性变形或开裂，使实测