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岩土研究院

高应变法适用范围及主要功能

619 2022-06-22 15:08:06

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(静阳力)。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。


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。当然,带有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。


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人式预制桩,导致灌注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。


除嵌入基岩的大直径桩和纯摩擦型大直径桩外,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。另一原因如第9.1.2条条文说明所述。


仪器设备

本条对仪器的主要技术性能指标要求是按建筑工业行业标准《基桩动测仪》提出的,比较适中,大部分型号的国产和进口仪器能满足。由于动测仪器的使用环境恶劣,所以仪器的环境性能指标和可靠性也很重要。本条对加速度计的量程未做具体规定,原因是对不同类型的桩,各种因素影响使最大冲击加速度变化很大。建议根据实测经验来合理选择,宜使选择的量程大于预估最大冲击加速度值的一倍以上。如对钢桩,宜选择20000~30000m/s2量程的加速度计。9.2.2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。


分片组装式锤的单片或强夯锤,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。因此规定锤体的高径(宽)比不得小于1。


自由落锤安装加速度计测量桩顶锤击力的依据是牛顿第二和第三定律。其成立条件是同一时刻锤体内各质点的运动和受力无差异,也就是说,虽然锤为弹性体,只要锤体内部不存在波传播的不均匀性,就可视锤为一刚体或具有一定质量的质点。波动理论分析结果表明∶当沿正弦波传播方向的介质尺寸小于正弦波波长的1/10时,可认为在该尺寸范围内无波传播效应,即同一时刻锤的受力和运动状态均匀。除钢桩外,较重的自由落锤在桩身产生的力信号中有效频率分量(占能量的90%以上)在200Hz以内,超过300Hz后可忽略不计。按最不利估计,对力信号有贡献的高频分量波长也超过15m。所以,在大多数采用自由落锤的场合,牛顿第二定律能较严格地成立。规定锤体需整体铸造且高径(宽)比不大于1.5正是为了避免分片锤体在内部相互碰撞和波传播效应造成的锤内部运动状态不均匀。这种方式与在桩头附近的桩侧表面安装应变式传感器的测力方式相比,优缺点是∶


1 避免了桩头损伤和安装部位混凝土差导致的测力失败以及应变式传感器的经常损坏。

2 避免了因混凝土非线性造成的力信号失真(混凝土受压时,理论上讲是对实测力值放大,是不安全的)。

3 直接测定锤击力,即使混凝土波速、弹性模量改变,也无需修正。

4 测量响应的加速度计只能安装在距桩顶较近的桩侧表面,尤其不能安装在桩头变阻抗截面以下的桩身上。

5 桩顶只能放置薄层桩垫,不能放置尺寸和质量较大的桩帽(替打)。

6 需采用重锤或软锤垫以减少锤上的高频分量。但因锤高度一般不大于1.5m,则最大适宜锤重可能受到限制,如直径1.0m、高1.5m 的圆柱形锤仅为 92kN。

7 由于基线修正方式的不同,锤体加速度测量可能有1g (g为重力加速度)的误差。大锤上的测试效果可能比小锤差。


本条对锤重选择与原《基桩高应变动力检测规程》不同,给出的是一个范围。主要理由如下∶


1 桩较长或桩径较大时,一般使侧阻、端阻充分发挥所需位移大。

2 桩是否容易被"打动"取决于桩身"广义阻抗"的大小。广义阻抗与桩周土阻力大小和桩身截面波阻抗大小两个因素有关。随着桩直径增加,波阻抗的增加通常快于土阻力,仍按预估极限承载力的1%选取锤重,将使锤对桩的匹配能力下降。因此,不仅从土阻力,而从多方面考虑提高锤重的措施是更科学的做法。本条规定的锤重选择为最低限值。


重锤对桩冲击使桩周土产生振动,在受检桩附近架设的基准梁也将受影响,导致桩的贯入度测量结果不可靠。也有采用加速度信号两次积分得到的最终位移作为实测贯入度,虽然最方便,但可能存在下列问题;


1由于信号采集时段短,信号采集结束时桩的运动尚未停止,以柴油锤打长桩时为甚。

2 加速度计的质量优劣影响积分精度,零漂大和低频响应差(时间常数小)时极为明显。

所以,对贯入度测量精度要求较高时,宜采用精密水准仪等光学仪器测定。



现 场 检 测


承载力时间效应因地而异,以沿海软土地区最显著。成桩后,若桩周岩土无隆起、侧挤、沉陷、软化等影响,承载力随时间增长。工期紧休止时间不够时,除非承载力检测值已满足设计要求,否则应休止到满足表3.2.6 规定的时间


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