基樁高應(yīng)變法檢測(cè)課件

基樁高應(yīng)變法檢測(cè)2009.9高應(yīng)變法是用瞬態(tài)激振，使樁土發(fā)生相對(duì)遷移，利用波動(dòng)理論揭示樁土體系在接近極限階段時(shí)的工作性能，評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量，分析樁的極限承載力；低應(yīng)變法是利用低能量的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振，使樁在彈性范圍內(nèi)作低幅振動(dòng)，利用振動(dòng)和波動(dòng)理論判斷樁身缺陷。高應(yīng)變法與低應(yīng)變法的根本區(qū)別在于高應(yīng)變法考慮了樁周土的彈塑性響應(yīng)而低應(yīng)變法僅使樁周土完全處于彈性范圍內(nèi)。直接測(cè)定樁的極限承載力，一般必須具備樁與樁周土之間產(chǎn)生足夠的相對(duì)位移這一條件，從而可以獲知樁在工程中所具備的安全度。據(jù)此觀點(diǎn)高應(yīng)變法可以直接測(cè)定樁的極限承載力，而低應(yīng)變法是測(cè)不到樁的極限承載力的。

對(duì)基樁的檢測(cè),一般都需要對(duì)樁身施加外力。從外力的能量角度講,大能量的有靜載測(cè)試、高應(yīng)變法，外力可以達(dá)數(shù)十、百、千噸。小能量的有低應(yīng)變法、聲波透射法，外力的能量微乎其微，只在樁身介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生了彈性應(yīng)變。盡管一些實(shí)踐表明，有些類(lèi)型的樁與一維應(yīng)力波動(dòng)理論有關(guān)樁身的基本假定相差較大，但多數(shù)類(lèi)型的工程樁（預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力管樁、常規(guī)灌注樁）與這些基本假定是相近的。這些基本假定是高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括：樁是一個(gè)時(shí)間不變的系統(tǒng)，即樁的基本特性在測(cè)試所涉及的時(shí)間內(nèi)可以看作是固定不變的；樁是一個(gè)線性系統(tǒng)，即樁在總體上是彈性的，所有的輸入和輸出都可以簡(jiǎn)單疊加（在樁身的局部環(huán)節(jié)可以考慮其非線性性狀）；樁是一個(gè)一維桿件，即樁身每個(gè)截面上的應(yīng)力應(yīng)變都是均勻的，可以用平均應(yīng)力應(yīng)變來(lái)描述樁身截面上的分布。高應(yīng)變法涉及的理論比較復(fù)雜，操作也較嚴(yán)格。本次培訓(xùn)內(nèi)容以掌握高應(yīng)變檢測(cè)的基本技能為主。

幾個(gè)基本概念.樁的廣義波阻抗

Z=EA/c=cA

由一維波動(dòng)理論可知，樁的廣義波阻抗Z是其橫截面積、材料密度和彈性模量的函數(shù)：

Z：樁的廣義波阻抗（單位：Ns/m）；C：樁的聲波速度（單位：m/s）；E：樁的彈性模量（單位：N/m2）；：樁的質(zhì)量密度（單位：kg/m3）；A：樁的截面積（單位：m2）。

.振動(dòng)速度V和力F的關(guān)聯(lián)。根據(jù)虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變之比等于彈性模量E..下式中等號(hào)右邊第一項(xiàng)稱(chēng)為下行力波Fd（也簡(jiǎn)稱(chēng)為下行波），第二項(xiàng)稱(chēng)為上行力波Fu（也簡(jiǎn)稱(chēng)為上行波）。如果類(lèi)似地將質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度也進(jìn)行分解，即V=Vd+Vu.入射波、反射波和透射波和下行波、上行波之間關(guān)系。在實(shí)際樁的動(dòng)力檢測(cè)時(shí)，施加于樁頂?shù)暮奢d為壓力，按習(xí)慣定義位移u，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度V和加速度a以向下為正（即x軸正向），樁身軸力F，應(yīng)力σ和應(yīng)變?chǔ)乓允軌簽檎＃?）當(dāng)初始入射波FI沿x正向（向下）傳播尚未到達(dá)阻抗變化界面前，下行波就是入射波，無(wú)上行波；（2）入射波到達(dá)阻抗變化界面將產(chǎn)生反射和透射，反射力波FR沿阻抗為Z1的桿x軸負(fù)向（向上）傳播，稱(chēng)為上行波；透射力波FT沿阻抗為Z2的桿x軸正向（向下）傳播，此時(shí)下行波就是透射波。.對(duì)于實(shí)際工程樁動(dòng)測(cè)，希望是在樁頂給樁以入射波（輸入），使入射波在下行過(guò)程中遇到樁截面或界面阻抗變化和樁周巖土阻力作用以反射波的形式上行返回至樁頂，通過(guò)對(duì)樁頂部測(cè)量的應(yīng)力波信號(hào)提取反射波或上行波信息，并與入射波或下行波相比較，達(dá)到檢測(cè)承載力和樁身完整性之目的。就動(dòng)測(cè)樁的實(shí)質(zhì)而言，最受關(guān)注的信息就是反射波，而反射波就是上行波。.土阻力在低應(yīng)變檢測(cè)中，土阻力的作用被忽略，視彈性波的傳播局限在樁身內(nèi)部。但是土阻力對(duì)彈性波傳播過(guò)程的影響是確實(shí)存在的。高應(yīng)變檢測(cè)中無(wú)法忽視土阻力的存在，因?yàn)闄z測(cè)樁承載力的過(guò)程主要就是分析研究樁周?chē)领o阻力發(fā)揮作用的過(guò)程。土阻力對(duì)彈性波傳播過(guò)程的影響是非線性的（詳細(xì)可見(jiàn)有關(guān)專(zhuān)著）。這里，強(qiáng)調(diào)應(yīng)力波在傳播時(shí)，土阻力的變化同樣會(huì)產(chǎn)生反射與透射，會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似桿件的阻抗（E、A、）中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)的變化的反射與透射。高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)不僅要識(shí)別阻抗（E、A、）的變化，還要識(shí)別和計(jì)算土阻力的變化；還有一個(gè)難點(diǎn)是把土體振動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)的土阻力（阻尼）如何等效為土的靜阻力。樁身波速可根據(jù)下行波波形起升沿的起點(diǎn)到上行波下降沿的起點(diǎn)之間的時(shí)差與已知樁長(zhǎng)值確定應(yīng)變式力傳感器直接測(cè)到的是其安裝面上的應(yīng)變，并按式F=A·E·ε計(jì)算沖擊力。式中：F—錘擊力；A—測(cè)點(diǎn)處樁截面積；E=c2ρ—樁身彈性模量；ε—實(shí)測(cè)應(yīng)變值。測(cè)點(diǎn)處的樁截面尺寸應(yīng)按實(shí)際測(cè)量確定，波速、質(zhì)量密度和彈性模量應(yīng)按實(shí)際情況設(shè)定。也可用加速度傳感器測(cè)力，F(xiàn)=m*a，m是重錘質(zhì)量，a是安裝在自由落錘上的加速度傳感器的實(shí)測(cè)信號(hào)。在《規(guī)范》JGJ106-2003第9章高應(yīng)變法中有五條強(qiáng)制性條文，而且都不是針對(duì)分析計(jì)算方法的規(guī)定。其目的是很明顯的：如果沒(méi)有實(shí)測(cè)信號(hào)質(zhì)量的保證或者信號(hào)反映的樁-土相互作用信息不充分，再好的計(jì)算分析方法也不可能得出可靠的承載力結(jié)果?！兑?guī)范》對(duì)錘擊設(shè)備有以下兩條強(qiáng)制性規(guī)定：——高應(yīng)變檢測(cè)用重錘應(yīng)材質(zhì)均勻、形狀對(duì)稱(chēng)、錘底平整，高徑（寬）比不得小于1，并采用鑄鐵或鑄鋼制作。當(dāng)采取自由落錘安裝加速度傳感器的方式實(shí)測(cè)錘擊力時(shí)，重錘應(yīng)整體鑄造，且高徑（寬）比應(yīng)在1.0～1.5范圍內(nèi)?！M(jìn)行高應(yīng)變承載力檢測(cè)時(shí)，錘的重量應(yīng)大于預(yù)估單樁極限承載力的1.0%～1.5%，混凝土樁的樁徑大于600mm或樁長(zhǎng)大于30m時(shí)取高值。貫入度測(cè)量樁的貫入度可采用精密水準(zhǔn)儀等儀器測(cè)定。利用打樁機(jī)作為錘擊設(shè)備時(shí)，可根據(jù)一陣錘（10錘）的錘擊下樁的總下沉量確定單擊貫入度。

重錘對(duì)樁沖擊使樁周土產(chǎn)生振動(dòng)，采用在受檢樁附近架設(shè)的基準(zhǔn)梁的辦法，由于基準(zhǔn)樁受振動(dòng)的影響，導(dǎo)致樁的貫入度測(cè)量結(jié)果不可靠。目前多采用加速度信號(hào)兩次積分得到的最終位移作為實(shí)測(cè)貫入度，雖然最方便，但可能存在下列問(wèn)題：（1）由于信號(hào)采集時(shí)段短，信號(hào)采集結(jié)束時(shí)樁的運(yùn)動(dòng)尚未停止，以柴油錘打長(zhǎng)樁時(shí)為甚。一般情況下，只有位移曲線尾部為一水平線，即位移不再隨時(shí)間變化時(shí)，所測(cè)的貫入度才是可信的。（2）加速度計(jì)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣影響積分（速度）曲線的趨勢(shì)，零漂大和低頻響應(yīng)差（時(shí)間常數(shù)小）時(shí)極為明顯。所以，對(duì)貫入度測(cè)量精度要求較高時(shí)，宜采用精密水準(zhǔn)儀等光學(xué)儀器測(cè)定。傳感器安裝示意圖（單位：mm）練習(xí)題一混凝土方樁橫截面尺寸為500mm×500mm，實(shí)