《基桩动力检测高应变检测技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基桩动力检测高应变检测技术.docx（44页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基桩动力检测高应变检测技术第一节基本原理一、若干基本概念高应变动力试桩的基本理论是一维波动方程，为方便分 析，将桩看作一根截面积，材料均相同的“无限长弹性杆”。 设杆的单位体积的质量为p，杆长为1，截面积为A，材料 弹性模为。在外加轴向力的作用下，杆的纵向振动位移u （x、t）是纵向坐标和时间两个变量的函数。（一）一维波动方程经过力学与数学的推导，可将上过杆的纵向振动用二阶编微分方程来描述：整理得杆纵向振的微分方程为 竺=_竺（4-1）dx 2 C 2 dt 2考虑桩周土作用的完整桩纵向振动（或波动）方程pA 竺 + c 竺 + ku = AE 竺（4-2）dt 2 dtdx 2（二）纵波波速
2、C上式中的C为杆的纵向振动波沿杆的传播速度，可以理解为应力波在桩身中的传播速度，即桩基测试界道常所说的波 速，它的单位为m/s，混凝土桩的正常波速约30004000m/s 之间（三）质点运动速度V传递波动的物质称为介质，介质的运动随时间的变化称为 振动；整个介质随空间、时间的运动变化情况，则称为波动。在应力波作用下，桩身产生运动。其质点的振动速度V取决 于应力的大小和介质的特性。（4-3）V _ 位移 _ (。/ E) x c x dt _。乂 c -。时间 dt E p x c（四）桩的阻抗Z由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积、材料密度(4-4)和弹性模量的函数。z _作用_ vSI速度
3、）_曲AC _pCA也可表达为F=ZVZ为桩的阻抗（单位为N S/m）E为桩的弹性摸量（单位为N/m2）A为桩的横截面积（单位为m2）p为桩的质量密度（单位为Kg/m3）（五）应力波的反射与透射当应力波在杆件内传播时，如果杆件的阻抗有变化时，即杆件的E、A、p中任一项或几项有变化而使阻抗产生改变 的，应力波即产生反射与透射。如分别以表示入射波，表 示反射波，表示透射波，且遵照压力为（+）拉力为（-）， 速度以朝向X轴正向为（ +），朝向X轴负向为（-）的符号规则，根据力的平衡条件可得:A1（bi + br） = A2bt由质点速度的连续条件可得(4-5)Vi + Vr = Vt最终可得出：(4
4、-6)Z2 - Z1 .br =6Z1 + Z 2Z 2 - Z1Vr = -ViZ1 + Z 2(4-7)（六）行波理论（七）土的总阻力六、七部分详见桩的动测新技术（基础结构动态诊断）中的相关内容。二、凯斯（Case）法波动方程法一般指完全使用波动方程解的计算机程序在 给定的锤、垫、桩、土的参数变化范围内通过程序的参数分 析功能迅速绘制出多组理论承载，即以纵坐标为不同的设定 桩周土总静阻力值，横坐标为假定参数计算所得的打入阻力 （每击贯入度的倒数）。每组曲线的某些参数（视要求而定） 为设定值，其余变量相应便形成一组曲线。确定承载力时桩 的最终贯入度及锤的落高为实测，其余参数参照取用。因此 从
5、各组曲线中选出相应的承载曲线便可由打入阻力反查总 静阻力。如还有动静载对比试验数据则更可作相应修正。显 然这种方法对某一地区的固定施工场地有一定的适用性也 极方便，因为对土质、锤的效率、垫层耗能状况等都是熟悉 而稳定的，易于掌握。波动方程法更多的用途是对大型打桩 工程的沉桩能力分析与预测。在纯粹的工程桩承载力事后控 测中很少应用。桩基测试技术中所称的Case法是美国桩基动力学公司提 出的一种测定桩的静极限承载力的一种简便方法。该法只在 引用应力波行波理论及激发土阻力所产生的上、下行波概念 方面与波动方程法一致。Case法理论要点（）Case法的基本假定为了简化问题，Case采用了下述假定：（1
6、）桩看作一维杆体，桩身等阻抗，即截面不变、桩身 材质均匀且无明显缺陷；（2）只考虑桩底的动阻尼，忽略桩身周围的动阻尼；（3）应力波在传播过程中没有能量耗散和信号畸变；（4）在（tt+4L/C）时段内桩侧各点的摩阻力不变。（二）Case法基本公式阻尼系数法基于上述假定，Case法导出，在锤的冲击下，岩土对桩 的实际总阻力Rt为：Rt = 1/2p1 + P 2+ Z /2V1 - V 2（4-8）我们的希望的是岩土对桩的静阻力，所以必须从总阻力Rt中扣除由于桩身在土中运动而受到的附加阻力Rd，根据 第二点假设，桩侧动阻力可不予考虑，Case法假定桩尖动阻 力与桩尖的运动速度Vb成正比，令Jc为比
7、例常数，经推导得：Rsp = （1 - Jc） x（ P1 + ZV 1）/2 + （1 + Jc） x（2 ZV 2）/2（4-9）式中：Rt一桩对土的实际总阻力；Rsp阻尼系数法所确定的桩的静阻力（即桩的极限垂直承载力）；Jc桩尖土层的凯斯系数，其取值与桩尖岩土颗粒粗细 有关，高勃尔建议如表4.1取值；P1、V111时刻（或应力波初始峰值时刻）实测的力 值、速度值；P2、V212时刻（t2=t1+2L/c即来自桩底反射波时刻） 实测的力值、速度值；Z桩身阻抗，为P （密度）、c （波速）、A （截面积） 的乘积。表4.1PDI公司推荐的Jc值土质纯砂粉砂粉土亚粘土粘土Jc0.10.150.
8、150.250.250.40.40.70.71.0（三）关于Case法的几点说明（1）Case法公式确实很简单，（4-9）式中未知数仅为Jc, 其它为实测值，在现场只要输入Jc值，即可得预测承载力 值；（2）根据基本假定，符合条件的桩为初打阶段的打入桩， 这时Jc值为桩尖土层的Case阻尼系数。实际上，Jc值正是 高勃尔根据120根打入桩动静对比结果总结出来的。（3）应该说，对复打阶段的预制桩、对静压桩、对桩侧 动阻力比较明显的灌注桩、对挖孔桩，均无法和假设条件完 全一致，这时Jc值变成了一个没有明确物理意义的经验系 数，综合反映试桩各个方面的特定条件。（4）Case法有一定适用范围，对短桩（
9、桩长与桩径之比 较小），对扩底桩、对桩身截面变化较复杂或桩身存在较严 重缺陷的桩，因基本不符合Case法假设前提，一般来说不 适宜用Case法，而应该用Capwapc（曲线拟合法）或静载法 解决。经过以上的讨论，我们可以看出，对大部分桩，动静对比 求取Jc值除反映桩尖土的颗粒粗细程度外，还包括了试桩 与Case法假设前提背离程度的影响。换句话说，Jc值除和 桩尖土有关外，还与桩周土、不同桩类型有关。所以说Jc 值 具地区性，不同地区均需要作动静对比，求取不同桩型、 不同桩径大小、不同地质条件下桩的凯斯系数，其道理就在 这。上述第（4）点所提到的各种桩，因试桩条件与假设前 提背离程度太大，Jc值
10、的求取当然就很困难了，所以，就不 适宜用Case法。国内对Case系数的选择多年来，我国不少应用单位对Case法进行了有益的探索， 提出了适用本地区情况的Jc值，修改了 PDI公司的给定值， 这里给出了几组有代表性的Jc值。（1）国家建筑质量检测中心颁布的高应变动力试桩法 暂行规定（1989）给定的Jc值，实际上该表的内容和高勃 尔所推荐的一致：表4.2国家建筑工程质量检测中心推荐的Jc值桩类土类别砂粉砂粉土亚粘土粘土Jc （建议值）0. 10.150.150.250.250.40.40.70.71.0（2）山东省地区Jc值取值范围:表4.3山东省地区Jc值持力层强风化粉细砂粉土轻亚粘土亚粘土
11、粘土Jc值0.050.10.10.250.250.40.250.450.40.70.51.0（3）广东省建筑科研设计所提出的Jc值取值范围：表4.4广东省建筑科研设计所的Jc值持力层强风化砾砂粉砂粉土粉质粘土粘土Jc值0.050.10.10.150.150.250.250.40.40.70.71.0三、实测曲线拟合法实测曲线拟合法中典型的代表是Capwapc法，是高应变 动力试桩中较为常用的方法，是以波动方程解为基础的方 法。主要是将理论计算所得力波F（t）与速度波V（t）。通过 调整土阻力大小与分布及各参数值来与实测力波与速度波 拟合以提供承载力。Capwapc采用连续杆件模型，将桩身分成N
12、P个（桩身及 传感位置的桩材弹模、波速等）弹性杆件单元，每个单元长 度大约为1m，桩身模型中包含桩材性质、波阻抗、桩身裂 隙、材料阻尼等参数。将土分成NS （一般取NS=1/2NP）个 单元，模型中除了最大静阻力Ru，最大弹性变形Q及阻尼 系数Jc三个基本参数外，还增加了卸载时的弹性变形、卸载 水平、重新加载水平、桩端与岩土间空隙、桩端附加质量（土 塞）、残余应力及能量耗散（幅射阻尼）等选项。在多数情 况下，桩周土单元的Q值和Jc值可取相同值，桩身阻抗是 恒定的，故一般情况下共有Ns+19个未知数。Capwapc分析方法的思路是根据实测的应力的速度曲线 中，选一条曲线进行相应的波动计算，将求得
13、的另一条计算 曲线与实测曲线相比较拟合。也可以通过应力和速度曲线求 解上行波和下行波相拟合进行，即从上行波曲线（或下行波 曲线）出发，对各种参数进行设定，计算出下行波（或上行 波）曲线，把计算结果和相应的实测曲线进行比较，根据对 比的差值，自动修改数学模型，再进行下一次的计算拟合， 如此把复进行，直至达到拟合效果满意（拟合指数 Match Quality10）为止，才能最终确定符合实际桩土体系的各种 参数，但必须指出最终设定的各种参数应基本符合桩周土的 分布规律。可见这种算法是以实测值作为客观标准来反演桩 土参数。经过多次拟合，最终得到桩身剖面形状、土参数分 布（如土阻沿桩身分布）和根据桩土参
14、数进行静力分析模拟 出的静荷载一沉降曲线。此外，由于求解是对整个波动过程 进行的，因而还能给出桩身任一深度处的动力学和运动学参 量随时间的变化，应该注意到：参数选取是否合理与分析人 员素质与经验的丰富程度有很大关系，所得拟合效果因人而 异。因此，尽管拟合法的标准唯一，但实际上解并非唯一， 只可能将不同的解控制在一定的变异范围内。Capwapc的具体原理请见桩基动测新技术基础桩结构动态诊断中的有关章节，(a)计算力波曲线与实测曲线的拟合(b)桩侧摩阻力分布图3.2 复打时CAPWAPC分析结果图3.2复打时CAPWAP C分析结果(a)计算力波曲线与实测曲线的拟合(b)桩侧摩阻力分布四、高应动力
15、试桩法检验桩身完整性（一）桩身缺损和裂缝由锤所产生的压力波向下传播，在桩侧摩阻力或桩截面突 然增大处都会产生一个压力回波（反射波），这一反射波返 回到桩顶时，将使桩顶处的力增加，使速度减小。掌握这一 基本概念就可在实测的力波曲线和速度波曲线中，根据两者 的相对变化关系来判断桩身的各种情况。图4.3现场实测波形如图4.4所示，当速度波幅值突然增加且力值突然减小时（图中t时刻），说明图4.4桩身缺损诊断传感器接收到了一拉力回波，根据收到拉力回波的时刻就可 以估计出该回波产生的位置，即桩身缺损使声阻抗变小的位 置，缺陷的损坏程度用损坏截面的声阻抗值z2与正常截面的 场阻抗值Z1的比值。来描述，p通常
16、称为桩身截面的完整性 指标：& = Z Z21（4-10）由式前述理论可知，当截面变化时，下行波的入射压力波与反射的拉力波之间的比值为F 个Z_-Zp -1ftz :+z； p+1 (4-11) 由tx时刻两曲线的差值，可算出缺损截面以上土摩阻力 RR F (t ) - Z - v(t )(4-12)式中，tx表示波经过缺损处再反射到传感器的时刻。由。值即可判断该面上缺损的程度。高勃尔提出了一个鉴别 标准，见表4.5表4.5桩身缺损鉴别标准p损坏程度P损坏程度1.0完好0.60.8损坏0.81.0轻微损坏0.6断裂当桩中的缺损轻微时(即。0.8时)，劳契和高勃尔建议 了一个估算裂缝宽度6的近似
17、公式：5 1仁.-七坐力2 t； I Z J(4-13)图4.5裂缝宽度估算如图4.5,从发现异常回波的时刻起,在速度波曲线上作一 条与F波曲线平行的假想的速度波曲线（F-A R）/Z,这条假想 的速度波曲线与实测速度波曲线两次相交的时刻为t1匕，积 分式（4-13）就是假想的速度波曲线与实测速度波曲线所围 成的阴景部分面积。图4.5是一根73.15m长的端承桩，在8.75ms处收到异常 回波，裂缝位置大约在传感器下17m处，因。0.8，所以 在异常回波后还能测到桩尖回波，由式（4-13）算得裂缝的 宽度约为112mm。（二）桩身材料整体质量检查从应力波在桩身中的传播速度，可判断桩身混凝土的整
18、 体质量。从波形曲线上桩尖所产生的拉力回波收到的时间2L/C和桩长L就可推算出波速C值。（1）声速与强度混凝土强度（R）和声波在混凝土中的传播速度（C）, 一般来说，混凝土强度越高，则其声速越快。其理由是，混 凝土强度与弹性模量有相关性，弹性模量高的混凝土其强度 也高。另外，弹性模量与声速的平方又具有比例关系，因此 混凝土强度和声速之间亦应有相关性。实际上，混凝土的密 实性、孔隙率与声速有关，密实性愈低（即孔隙率大）的混 凝土其声速也低、孔隙率大的混凝土强度也低。桩基测试中所使用的声速就是借鉴了以上的经验相关关 系，但还有所不同，由于桩侧土的影响，声速值比同等强度 的结构物偏低。（2）检验步骤
19、：I、桩身结构完整性评价时，宜对信号先作下列定性检查:II、观察连续锤击情况下，缺陷的扩大或逐步闭合的情况。（3）桩身结构完整性可用实测曲线拟合法评价：I、拟合时所选用的桩土参数应在岩土工程的合理范围之 内；II、根据桩的成桩工艺，拟合时可采用桩身阻抗拟合或桩身裂隙（包括预制桩的接桩缝隙）拟合。（4）对于等截面桩，桩身结构完整性可用p法评价。表4.6桩身结构完整性评价p值评价p =1.0完好桩0.8Mp 1.0轻微缺陷桩0.8Mp 0.8明显缺陷桩p 0.6严重缺陷或断桩上表是建筑基桩检测技术规范（JGJ1062003）中推 荐中。目前的仪器，已可以自动显示计算出的桩顶下第一缺 陷的P值和位置
20、。五、高应变动测适用范工程桩是否合格除桩身完整性外，其主要依据还是承载力。在建筑桩基技术规范JGJ 94-94中规定可以用来检 测基桩承载力的方法是单桩静载荷试验和可靠的动力测试。 规范中规定，对于一级建筑物和复杂的二级建筑物桩基，如 果在设计阶段未曾做过静载荷试验，在工程验收阶段就必须 做静载荷试验；对于做过静载荷试验的一级建筑物、不复杂 的二级建筑物以及三级建筑物桩基，则可以采用可靠的动测法检测其承载力。随着社会经济的发展，建筑物的桩基类型也多种多样，一 些实践表明有些桩与一维应力波理论有关桩身的基本假定 相差较大，这里将基本假定列出，供大家参考：桩是一个时间不变的系统，即桩的基本特性在测
21、试所涉及 的时间内可以看作是固定不变的；桩是一个线性系统，即桩在总体上是弹性的，所有的输入 和输出都可以简单叠加；（在桩身的局部环节可以考虑其非 线性性状）桩是一个一维杆件，即桩身每个截面上的应力应变都是均 匀的，可以用平均应力应变来描述桩身截面上的分布；高应变法检测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 桩身结构承载力前提下，得到桩周岩土对桩的支撑静阻力。 所以要得到极限承载力，必须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，所得到的是承载力检测 值。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
22、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”是否影响竖向抗压力承载基础上，合理判定缺陷程度。当然，对于普查性的完整性检 测，采用低应变法更为恰当，高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩 和打桩监控属于其特有的功能，是静载试验无法做到的。该 方法适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监测 预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递化，为沉桩工艺参 数及桩长选择提供依据。进行灌注桩的竖向抗压承载力检测 时，应具有现场实测经验和相近条件下的可靠对比资料。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
23、高应变方法进行竖向抗压承载力检测。另外要说明的是Case法有一定适用范围，对短桩（桩长 与桩径之比较小），对扩底桩、对桩身截面变化较复杂或桩 身存在较严重缺陷的桩，因基本不符合Case法假调设前提， 一般来说不适宜用Case法。第二节测试与分析一、测试方法与设备高应变动力试桩方法是70年代首先在美国发展起来的， 由于计算机技术的飞速发展，近十年的进步尤为显著，这种 方法在不少国家和地区得到了应用，有的已被正式纳入国家 规范。我国1985年引进了这项技术取得了很大成绩。现已 有建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003)。要点如下：试桩桩数选定：与静力试桩不同，高应变试桩桩数一般为 工程总桩数的
24、5%，并不少于5根。试桩时间确定：动力试桩给出的承载力只代表桩时候的承 载力。桩在设置过程中不可避免地使桩周土扰动，进而部 分或大部分丧失土强度。因此，充分的休止时间是必须的。 一般砂性土中的桩休止时间短，粘土中的桩休止时间长。 桩锤选择：在不过分增添锤击设备吊装运输麻烦的前提 下，一般要选择较重的锤，这主要是为了锤击使土阻力能 得到充分发挥。现在建筑基桩检测技术规范(JGJ106 2003)中明确规定，锤击设备中导杆式柴油锤荷载上升时间过于缓慢，容易造成速度响应失真；分片组装锤和强夯锤下落时平稳性差且不易导向，更易造成严重锤击偏心并影响测试质量。锤体高径(宽)比规定不得小于1,锤 体的重量必
25、须大于予估单桩极限承载力的11.5%,桩径 大于600mm，桩长大于30m取高值。锤击信号测量：在距桩顶2倍桩径以下的桩侧表面对称安装应变传感器和加速度传感器各2支，以便减少锤击应力 集中、消除锤击偏心。应变测量对锤击偏心、安装处混凝 土质量的平整度很敏感，往往由于安装不良而导致测试失 败。加速度传感器的低频特性也应引起足够重视。打桩监控：以预制桩打入过程中连续测量，要求仪器具备 实时处理能力，这样才能区分地质分层，观察打桩应力， 桩锤效率和桩身缺陷的变化。表4.7 我国目前主要应用的高应变动测仪器（参考）序号仪器生产厂家仪器型号1美国动力学公司PAK、PAL打桩分析仪GC型打桩分析仪2中国建
26、筑科学研究院地基 所FEI桩动测分析系统DJ-3测桩仪3中国科学院武汉岩土力学 所RSM系列测桩仪FC-P204测桩仪4武汉岩海技术开发公司R&S系列测桩仪国产应变测量传感器（力传感器）主要技术性能指标1 .测量范围800 2 .测量基距75mm（3英寸）1.5mv.v3 .定输出4.零点输出4KG （A.C 型）12KG （B.D 型）6.频率响应2kHZ（A.C 型） 4kHZ（B,D 型）7.精度0.8%8.组桥型式全桥350X Q9.允许供桥电压10v DC10.允许超载120%11.外型尺寸120mm X32mmX9.5mm12.自 重40g（A.C） 110g（B.D）13.引出电
27、缆4 X0.15mm屏蔽电缆长1.5mm，带CX16Z2FM1航空插头二、仪器准备与安装（一）桩头的处理与桩帽的捣制钻孔灌注桩由于在桩头附近存在一定深度的浮浆，该层浮 浆强度低，塑性大，如果不对其加以处理，则将严重影响测 试信号的质量，使测试信号严重畸变，而无法用于解释。在 处理的办法是将该层浮浆凿除，凿除深度主要以桩身砼设计 标号为依据，务必使桩头表面砼强度达到或接近设计砼强度 值。特别是由于钻孔灌注桩的桩身直径大，设计承载力高，若 要充分激发桩身土阻力，必须选择较重的落锤，为了防止重 锤直接作用在桩头，避免桩头砼产生塑性变形和破裂，必须 在桩头处捣制桩帽。桩帽的作用是为了缓冲重锤对桩头过大
28、 的动力冲击，以及锤击偏心时对桩头的剪切破坏。因此，捣 制桩帽时，必须在桩帽内设置若干层钢筋网片，以消散锤击 偏心时，重锤对桩头所产生的剪切应力。另外，桩帽砼的强 度必须比桩身砼强度高一至二个级别，以提高桩帽的耐打 性，进一步保护桩头。对此，（规程）中有明确和详细的要 求。（二）传感器的安装深度动力试桩的理论基础是一维波动方程，要求波以平面波的 形式传播与接收。重锤所激发的球面波只有在数倍桩径深度 以后才能按准平面波的形式传播，因此传感器的安装深度不 宜小于2倍桩径，对于大直径桩不得小于1倍桩径。另一方 面，为了减少锤击应力集中，消除锤击偏心的影响，传感器 的安装也必须尽量远离桩顶。（三）传感
29、器与桩的连接传感器与桩的连接可采用螺栓，也可以采用粘贴法，加速 度传感器和应变传感器各采用两个，在桩的两侧对称布置， 以消除桩身弯曲应力的影响。但也不应离桩顶太远，因为这 将给测试带来许多困难，传感器一般装在距桩顶23倍桩径 的位置处。安装时还要注意传感器与桩身接触面的平整度。对于不平 整的表面应凿平，磨光，以保证传感器的轴线与桩轴线的平 行，当采用螺栓连接时，不可加弹簧垫圈。附：垫胶法安装力传感器正确的安装高应变力传感器，务必使传感器的四个垫脚和 桩身测点表面严密吻-合，为此需用角磨机、砂轮机反复修 整混涨土或钢桩测点表面平整度，修整工作十分麻烦，并难 以达到技术要求。建议用垫胶法修整测点表
30、面。此方法简单、易于操作，不 会因测点表面的不平整影响测量精度或损坏传感器。垫胶法安装力传感器的方法是：（1）用角向磨光机粗磨测点表面去除锈斑或浮浆，使传 感器四个脚垫与测点表面间的最大间隙不大于0 .5 毫米。按常规埋设胀锚螺钉或钻孔套丝。（2）用酒精棉擦除测点表面的油污及尘土。（3）将定量垫胶主剂（铝管）挤在小玻璃板上，再挤取 1/4胶量的活化剂（塑料管）混合后细棒快速充分搅 拌30秒左右，并立即涂布在测点表面相应传感器四 个垫脚的部位。（4）在垫胶表面覆盖一层塑料薄膜。（5）将待安装的传感器就位，用大姆指、中指轻按传感 器安装孔部位，挤出垫脚塑料薄膜下的多作垫胶，持 续35分钟后（气温2
31、0 C，如气温较低则需延长时 间或用吹风机微微加热回速固化）垫胶初固化。（有 一定强度，并不粘手）。（6）取下传感器，待垫胶硬化后撕下塑料薄膜，既能按 常规安装传感器。（7）安装过程中建议监视传感器零点输出。注意：（1）垫胶凝固时间甚短，应快捷操作。（2）垫胶厚度越薄效果越好。（3）就位传感器与安装传感器应为同一传感器。（4）传感器不能与胶接触，否则难以分离。力传感器的使用技术动力试桩力传感器是试桩分析仪力学参数测量的主要 元件，力传感器实际测定的是应变，而力是通过桩身断面面 积、桩身材料弹性模量计算出来的。传感器安装在桩身表面， 在试桩现场测量桩身冲击应变，因而传感器要具有防尘、防 水、防止
32、机械冲击，良好的频率特性和高分辩力。传感器弹性体采用超硬度铝合金，通过精密切削成型和严 格的热处理，以专用自补偿电阻应变计特殊贴片调试工艺， 经反复老化处理后，用弹性橡胶、硅橡胶、防水漆等材料制 成复合防护层。每个成型传感器必须通过由计算机、应变发 生器、数字繁用表组成的校准装置测试。给出各项技术指标。（1）在传感器安装之前应检查传感器。I、将传感器接入试桩分析仪，检查传感器的初偏值是否 在允许范围之内。II、在试桩分析仪处于接受状态时，手持传感器一端，在 其另一端分别用手指硬、软部位轻轻敲击，就能观察到不同 的信号图形。（2）传感器的安装固定。I、传感器与桩身接触的基面都经研磨，十分平整，因
33、而 安装传感器的桩身表面也必须用磨光机打磨平整，并与传感 器基面吻合良好。II、传感器都使用M8mm机制六角螺栓安装固定，对于 钢桩，在测点位置先钻5mm的孔，孔间中心距离为75mm（或 3寸），充许偏差1mm，然后用M8mm丝钻铰成螺孔。对 于砼桩需用M8mm胀锚螺栓固定。为了保证孔距在允许偏差 范围以内，建议先打好一孔，装胀锚螺栓，套上打孔样板后 再钻另一孔。对于木桩可用木螺丝固定传感器。安装传感器 轴线与桩身轴线平行偏差3。III、安装固定传感器要用长度合适的M8六角或内六角标准螺检，螺栓与传感器接触面应加垫圈，以防擦伤传感器。W、拧紧螺栓过程中，应十分小心，随时监视输出信号， 切勿使传
34、感器弯曲或扭曲超过传感器变形极限，产生不可回 复的永久变形，损坏传感器。V、拧紧螺栓过程中，可以适当地拉伸、压缩传感器，使 用传感器输出接近零位。W、传感器引出导线与仪器分线器连接后，应把导线固定 在传感器上部的桩身上，以避免锤击过程中，因导线下垂影 响测量数据或损坏传感器。W、为了防止损坏传感器，一般在试桩导架安装好后，再 安装传感器。起吊装有传感器的桩必须十分小心，对传感器 本体及导线务必采取保护措施。训I、传感器外壳是保护传感器用的，传感器使用前后，请 将传感器放在外壳内。撞击、跌落、挤压都会损坏传感器。IX、传感器可以安装在桩身的任意位置上，然而安装位置 越低，实测的传递能量会减小。如
35、果传感器越接近桩顶，损 坏传感器的机遇越多。一般说离桩顶23倍桩径处最理想。 为了避免损坏传感器，选定的安装位置也应在最终的入土深 度时仍在地面以上。对于复打，当桩顶离地面较高时，传感 器要安装在最宜人员操作的高度，如离地1.2米左右。（五）锤重的选择建筑基桩检测技术规范（JGJ1062003）规定桩在每 击下的贯入度宜在26mm时，方可完全激发该桩的承载力。 为了充分激发桩击与桩端土的承载力，选择一个合适的锤重 是试验充分与否的关键。必须重锤低打，防止用轻锤高打的 办法来获取冲击能量。因为轻锤高打往往因冲量的增大而破 坏桩头，使测试信号产生畸变。（六）桩垫桩垫的选择使用桩垫的目的是为了防止重
36、锤与桩帽直接 接触，缓减重锤的冲击能量，保持桩帽不被重锤击烂。桩垫 的选择应根据测试时的实际情况，选择不同厚度的干木板或 纤维夹板。过厚的桩垫会延缓锤与桩帽的接触时间，使冲击 脉冲变宽，起跳不干脆，影响桩身平均波速的求取及桩身浅 部缺陷的判定。（七）现场试验参数设定（1）桩的参数设定I、现场试验的桩截面积、桩身波速、桩材质量密度和弹 性模量应按测点处桩的性状设定。II、测点下桩长和截面积的设定应符合下列规定：i测点下桩长应取传感器安装点至桩底的距离：ii.对于预制桩，可采用建设或施工单位提供的实际桩长 和桩截面积作为设定值;iii .对于灌注桩，测点下桩长和截面积设定值宜按建设 或施工单位负责
37、提供的完整的施工记录确定。III、桩身波速i. 一般钢桩，波速值可设定为5120m/s；ii. 对于混凝土预制桩，可在打入前实测无缺陷桩的桩身 平均波速作为设定值；iii .对于混凝土预制桩，在桩长已知的情况下，可用反 射波法按桩底反射信号计算桩的平均波速作为设定值； 如桩底反射信号不清晰，可根据桩身混凝土强度等级参 数综合设定。W、桩身质量密度设定应符合下列规定i对于一般钢桩，质量密度应设定为7.885t/m3ii. 对于一般混凝土预制桩，质量密度可设定为 2.452.55t/m3;iii. 对于一般混凝土预制桩，质量密度可设定为2.40t/m3;V、桩材弹性模量设定值应按下式计算：E=p
38、C2（4-14）式中E桩材弹性模量（MPa）C桩身内应力波传播速度（m/s）p桩材质量密度（t/m3）（2）采样频率和采样数据长度的设定I、采样频率，长桩取低频，并设定相应采样数据长度II、每个信号的采用点数不宜少于1024点。（3）力传感器和加速度传感器标定系数的设定力传感器和加速度传感器标定系数应由国家法定计量单 位开具的标定系数或传感器出厂标定系数作为设定值。三、信号的选取（一）典型现场记录依据行波理论，在波形曲线开始段，即传感器开始感受到 冲击波，而土阻力的回波还不明显时，在安装传感器的桩截 面上只有单一的行波，在波形曲线的初始段（一般在峰值以 前）P曲线与ZV曲线应基本重合。图4.7
39、是典型的现场记录波形，可见在波形曲线的初始 段两条曲线是重合的。当波形曲线初始段没有明显的重合趋 势时，应停止试验，仔细检查传感器和仪器善，认真找出产 生异常的原因。（地表有阻力；传感器附近变截面； 参数不合理；传感器位置不当，安装不好；偏心，力的 任一值与平均值相差大于30%为严重偏心。）2L/cP(KN)p(t)波Zv(t)波图4.7典型的现场记录波形图4.8、图4.9是测试中可能遇到的两种异常情况。图4.8 的异常情况比较明显，曲线的形状完全不重合。图4.9曲线 形状似乎有重合的趋势，但是实测的Z值与理论估算值相差 太大。对于预判打入桩，桩截面尺寸是已知的。实测的Z值 与理论值之间的相对
40、误差不应大小土25%，通常误差在20% 范围内。图4.8 P波和ZV波起始段不重合的实录曲线Z 实测= 4.86MNs/mZ 理论=1.90MN s/m图4.9 Z值不符的情况当传感器接收到上行的回波（一般情况首先是土阻力的回 波），F曲线与Zv曲线开始被分开。当上行的回波是压力波 时，F f为正值，v f为负值。截面的入射波的波幅为F上Fmax_ 2 M（4-15）式中Fmax为力波的峰值。如果在ta时刻以后没有任何回波叠加，则自ta以后，速 度波和力波将保持平行。图中超出平行线的部分就是由拉力 回波的叠加所产生的，它的大小可用 U表示。前文已约定，以压力为正，故上行的拉力波F1 f幅值 是
41、负的，上行的速度为-* f /Z是正值。上行的拉力波与原 来的波叠加时，使力波的幅值减小I Fif|，使速度波ZV的值增加I F1 f|,所以两条曲线的差值F-ZV的变化量为U=-2 F1 f。故式(4-14)可改写为1“F 一 -产(4-16)F1 I F - 2 AR高勃尔、劳歇建议在实际应用中，公式修改为(4-17)1 a” AU 以=亏=匕 I F AR由式(4-13)得 t =壬(4-18)X 1 +以根据观察这一异常回波的时刻tx,即可求得缺陷距传感器的距离为(4-19) 其中c为波在桩桩身中传播的速度压力回波使传感器测到的F的值增加，V值减小，F曲线 与ZV曲线拉开，F曲线值大于
42、ZV曲线值。反之，当回波是 拉力波时，F f为负值，V f为正值，则F值减小，V值增加， ZV曲线值大于F曲线值。在图3.4中，两曲线开始拉开后， F曲线值大于ZV曲线值，可知回波是压力波，一般情况下， 它是由土阻力所产生，在时刻tb时，突然产生了相反的现象， 即F波急剧减小，ZV波急剧增加，说明在时刻tb起传感器 接收到一个较强的拉力回波，一般它是由于桩截面的突然缩 小所产生的。由于时间（tb - ta）与估算的2L/c值很接近， 我们即可判断在匕时刻，传感器接收到桩尖回波，时间tb -ta就是实测的2L/c值，实测的2L/c与理论值之间误差的 大小也是判断现场测试记录可靠性的重要依据。（二
43、）信号的判读实测信号能否用于解释，试验人员必须在现场作出判断， 一个信号的好坏主要从如下几方面进行判别：（1）信号的成比比例性：正常情况下（桩身浅部存在缺陷 除外），实测力曲线与速度曲线起始部分应该重合。若力曲 线速度曲线在起始部分即有较大的偏离，这可能有如下几种 情况引起：一是传感器附近混凝土松散，锤击作用下该处混 涨土产生塑性变形；二是锤击严重偏心，引起信号偏离；三 是弹性波速输入不正确。试验人员应根据实际情况及时排除 故障，重新测试。（2）信号的一致性：同一试桩的不同锤击信号应具有相关 一致性。若不同的锤击信号差异很大，试验人员应及时检查 传感器的安装是否松脱，传感器有否损坏，采取措施重
44、新测试。(3) 信号的归零性：正常的实测信号，力与速度曲线尾部 必须归零。引起零漂的原因主要是锤击偏心，使桩身砼局部 受压和受拉。以及传感器处混凝土松散，锤出时产生塑性变 形。另外传感器处桩身若存在局部裂缝，也往往引起实测曲 线零漂。(4) 试验的充分性：试验的充分与否，直接影响承载力的 计算，一个不充分的试验曲线。其提供的承载力显然是保守 的。试验是否充分，主要从如下两方面进行观察：一是观察 桩在锤击下的贯入度；二是观察速度曲线2L/C时刻之前是 否归零，如果速度曲线在2L/C之前提早归零，那么，可以 肯定该桩的承载力仍未能充分激发，此时，必须加大锤重或 提高落距，进彳丁进下步的检测。总之，
45、实测数据的好坏必须从信号的比例性、一致性、 归零性及充分性进行判别，只有反映真实情况的实测数据， 才能得出正确的结果。当出现下列情况之一时，高应变锤击 信号不得作为承载力分析计算的依据：1传感器安装处混凝土开裂或出现严重塑性变形使力曲线】终未归零;2严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍；3触变效应的影响，预制桩在多次锤击下承载力下降;4四通道测试数据不全。四、分析与拟合（一）若干规定I、II、（1）实测曲线拟合法所采用的力学模型宜符合下列规定: 土的力学模型能反映土的实际应力应变性状； 桩的力学模型能反映桩的实际性状，可采用一维弹 性模型。(2)采用实测曲线拟合法分析计算时应符合下列规定；I、可用实测的速度、力和上行波的其中之一作为边界 条件进行拟合；II、曲线拟合时间段长度，不应少于5L/C,并在2L/C 时刻后延续时间不应小于20ms;III、拟合分析选定的参数，必须在岩土工程的合理范围之内。各单元所选用的土的最大弹性位移S值不得超 过相应桩单元的最大计算位移值；W、拟合完成时应使计算曲线与实测曲线吻合良好；、贯入度的计算值应与实测值吻合良好；（二）分析拟合的步骤：（1）按照建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2
