高應變檢測技術(shù)原理

高應變檢測的基本原理

高應變檢測的基本原理就是往樁頂滯軸向施加一個沖擊力，使樁產(chǎn)生足夠的貫入度，實測由此產(chǎn)生的樁身質(zhì)點應力和加速度的響應，通過波動理論分析，判定單樁豎向抗壓承載力及樁身完整性的檢測方法。用重錘沖擊樁頂，使樁~土之間產(chǎn)生足夠的相對位移，以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力．從樁身運動方向來說，有產(chǎn)生向下運動和向上運動之分。習慣把樁身受壓(無論是內(nèi)力、應力還是應變)看作正的， 把樁身受拉看作是負的；把向下運動(不論是位移、速度還是加速度)看作正的，而把向上的運動看作負的。由于應力波在其沿著樁身的傳播過程中將產(chǎn)生十分復雜的透射和反射，因此，有必要把樁身內(nèi)運動的各種應力波劃分為 上行波和下行波。由于下行波的行進方向和規(guī)定的正向運動方向一致，在下行波的作用下正的作用力(即壓力)將產(chǎn)生正向的運動，而負的作用力(拉力)則產(chǎn)生負向的運動。上行波則正好相反，上行的壓力波(其力的符號為正)將使樁產(chǎn)生負向的運動，而上行波的拉力(力的符號為負)則產(chǎn)生正向的運動。由于錘擊所產(chǎn)生的壓力波向下傳播，在有樁側(cè)摩阻力或樁截面突然增大處會產(chǎn)生一個壓力同波，這一壓力回到樁頂時，將使樁頂處的力增加，速度減少。同時，下行的壓力波在樁截面突然減小處或有負摩阻力處，將產(chǎn)生一個拉力回波。拉力波返回樁頂時，將使樁頂處的力值減小，速度增加。掌握這一基本概念就可以在實測的力波曲線和速度曲線中根據(jù)兩者變化關(guān)系來判斷樁身的各種情況。

一套完整的測樁儀，應能夠足現(xiàn)場測試及數(shù)據(jù)分析的要求，而且儀器的配套性及維修方便性亦要滿足使用要求，一種高品位的測樁儀至少應在以下幾個方面達到很高 的水準。

1、 儀器的硬件要求，包括A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大和濾波器、穩(wěn)定性和適用性

2、儀器的配件性和維修方便性亦應滿足現(xiàn)場測試、記憶、再現(xiàn)功能，合理正確的實時分析功能，美觀的圖形打印與顯示功能等。

3、儀器的配套性和維修方便性亦應滿足現(xiàn)場測試要求。2100433B

1 高應變檢測的適用范圍

(1)打入式預制樁，打試樁時的打樁過程監(jiān)測。

(2)施1 前已進行單樁靜載試驗的一級建筑樁基的工程樁豎向抗壓承載力和樁身完整性的檢測。

(3)不復雜的二級建筑樁基、一級建筑樁基的工程樁豎向抗壓承載力和樁身完整性的檢測。

(4)一、二級建筑樁基靜載試驗檢測的輔助檢測。另外，高成變檢測豐委用于耐工程沒計‘進行校驗和為工程驗收而進行的現(xiàn)場試聆，對多支盤灌注樁、大直徑擴底樁、以及具有緩變形Q—S曲線的大直徑灌注樁均不宜采用高應變法檢測單樁豎向抗壓承載力；對灌注樁及超長鋼樁進行豎向抗壓承載力檢測時，應具有現(xiàn)場實測經(jīng)驗和本地區(qū)相近條件下的可靠對比驗證資料。

2 檢測樁數(shù)

由于工程樁是不允許不合格樁存在的，因此在進行檢測時，不應簡單地采用隨機抽樣的方式，而應根據(jù)打樁記錄，經(jīng)過綜合分析，抽檢那些估計質(zhì)量可能較差的樁。以提高檢測結(jié)果的可靠度，減少工程隱患。

基樁的高應變動力檢測有兩種情況：一種是根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定進行的例行檢測，其檢測樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的5%，并不得少于5根；另一種是發(fā)現(xiàn)樁基工程有質(zhì)量問題，必須對樁基施工質(zhì)量、承載能力作出總體評價時，應由有關(guān)方面協(xié)商，適當增加抽檢樁數(shù)，一般不應少于總樁數(shù)的10%。并不應少于10根，必要時還應進行低應變動力檢測普查基樁樁身結(jié)構(gòu)的完整性。

3 檢測截面的選擇

傳感器直接測到的信號是檢測面上的應變和加速度的信號，要根據(jù)其他參數(shù)設定值計算后才能得到力和速度信號。檢測截面選擇不當，如傳感器過分靠近樁頂或在變截面附近，實測的應變不具代表性；傳感器安裝處局部砼質(zhì)量差，不利于傳感器的固定，在錘擊力作用下還可能產(chǎn)生嚴重的非彈性變形，同時截面的阻抗也估算不準等，都會影響承載力的計算結(jié)果。

4 錘擊設備的選取

高應變動力檢測基樁時，為了使樁土間產(chǎn)生一定的相對位移，需要在樁上作用有較大的能量，因此必須用重錘錘擊樁頂。對于預制樁(包括管樁)，可以利用打樁機作為錘擊裝置進行試驗；對于灌注樁，則需要選擇專門的自由落錘錘擊設備，包括錘體、導向架脫鉤器等，調(diào)整錘重和錘的落距是關(guān)系到能否采集到合格有用信號(也就是試驗成敗)的關(guān)鍵。錘重選取可按“規(guī)程”要求，即錘重應大于預估樁極限承載力的1%～1.5%。落距大小是影響力峰值和樁頂速度的重要因素，落距過小，則能量不足；而落距過大，力峰值過大，易擊碎樁頂。一般的落距控制在1．0～2．Om之間，最大落距≤2．5m，最好是重錘低擊，錘重和錘落距的選取要使樁的錘擊貫入度≥2．5mm，但不能超過10mm。貫入度過小，土的強度發(fā)揮不充分，太大則不滿足波動理論，實測波形失真。

5 檢測的工作面要求

(1)為確保試驗時錘擊力的正常傳遞和提高工作效率，應先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱混凝土，對灌注樁、樁頭嚴重破損的混凝士．預制樁和樁頭已出現(xiàn)屈服變形的鋼樁，試驗前應對樁頭進行修復或加固處理。

(2)樁頭頂面應保持水平、平整，樁頭中軸線與樁身中軸線應重合．樁頭截面積應與原樁身截面積相同，樁頭主筋應全部直通至樁頂混凝土保護層之下，各主筋應在同一高度上。

(3)距樁頂上1倍樁徑范圍內(nèi)，宜用3～5mm鋼板圍裹或距樁頂1．5倍樁徑范圍內(nèi)設箍筋，間距不宜大于150ram。樁頂應設置鋼筋網(wǎng)片2～3層，間距60—100mm，樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1～2級，且不得低于C30。

(4)樁頭應高出樁周土2～3倍樁徑，樁周1．2m以內(nèi)應平整夯實。

(5)從成樁到開始試驗的休止時間：在樁身強度達到設計要求的前提下，一般對于砂類土不應少于7d；粉土不應少于lOd；非飽和黏性土不應少于15d；飽和黏性土不應少于25d，預制樁承載力的時間效應可通過復打試驗確定。對于泥漿護壁灌注樁，宜適當延長休止時間。

6 樁上體系的破壞模式

高應變動力檢測所判定的單樁豎向極限承載力是指巖土對樁的靜土阻力，是在樁身材料強度滿足要求的前提下得到的。大多數(shù)情況是巖土對樁的阻力被克服而使承載力達到極限；但也有其他情況，如樁身的壓屈，樁徑小或樁身砼質(zhì)量差而導致樁身強度先期破壞， 由于高應變檢測中動力荷載的持續(xù)時間短，在靜載荷試驗中可能先期出現(xiàn)的破壞模式在高應變檢測中可能不出現(xiàn)，因此在檢測時要注意樁身阻抗的變化，不能單純以某一次動荷載作用下獲得的阻力推斷承載力，而要觀察樁身缺陷在多次動力沖擊下的變化和發(fā)展。若樁身存在先期破壞的可能，就不能以高應變獲得的極限阻力作為單樁極限承載力。

7 檢測數(shù)據(jù)分析

分析方法一般采用Case法和實測曲線擬合法。采用實測曲線擬合法分析樁身擴徑、樁身截面漸變或多變的情況，應注意合理選擇土參數(shù)。高應變法錘擊的荷載上升時間一般不小于2m/s，因此對樁身淺部缺陷位置的判定存在盲區(qū)，也無法根據(jù)裂縫寬度8 W來判定缺陷程度。只能根據(jù)力和速度曲線的比例失調(diào)程度來估計淺部缺陷程度；不能定量給出缺陷的具體部位，尤其是錘擊力波上升非常緩慢時，還受土阻力的影響。對淺部缺陷樁，宜用低應變法檢測并進行缺陷定位。

凱斯法（Case法）

樁身受一向下的錘擊力后，樁身向下運動，樁身產(chǎn)生壓應力波P（T），在樁身的每一載面Xi處作用有土的摩阻力R（I,t），應力波到達該處后產(chǎn)生生一新的壓力波向上和向下傳播。上行波為幅值等于1/2R（I,t）的壓應力波，在樁頂附近安裝一組傳感器，可接收到錘擊力產(chǎn)生的應力波P（T）和每一載面Xi處傳來的上行波。同樣，下行波是幅值為1/2R（I，t）的拉力波，到達樁尖后反射成壓力波向樁頂傳播，到達傳感器位置后被傳感器接收，這些波在樁身中反復傳播，每到傳感器位置時均被傳感器接收，在公式的推導過程中不考慮應力波的傳播過程中能量的耗散，可得樁的靜極限承載力。

CAPWAPC方法

Case 法的計算承載力結(jié)果取決于一個假定的阻尼系數(shù)JC，它需要經(jīng)過一系列的動靜對比試驗來確定阻尼系數(shù)的取值，為此，Smith于1960年建議采用通過測量樁頭力與速度的變化，結(jié)合反映樁土模的波動方程，給出一組Smith類型的土參數(shù)的質(zhì)彈模型（capwap）。Capwapc是在capwap的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

波動方程法

波動方程法是由史密斯于1960年創(chuàng)設的方法，他對“錘、樁、土體系”提出了借助質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成的離散化計算模型，計算過程以錘心初速度作為臨界條件，然后借助差分程序編程計算，得到精確的數(shù)值解。波動方程法最大的優(yōu)點是便于計算機編程處理，因此，該方法是大多數(shù)現(xiàn)有的基樁高應變動測技術(shù)的基礎(chǔ)。

波形擬合法

波形擬合法采用了數(shù)值試算的方法，能有效地克服Case法的缺陷。其基本思路是：在錘擊過程中，采集兩組實測曲線：力隨時間變化 曲線和速度隨時間變化曲線。借助分析其中一組曲線，對土阻力、樁身阻抗及其他所有樁土提出假設，進而推求另一組曲線值，再把 推求值與另一組實測曲線值比對。比對不滿足，需要調(diào)整假設值繼續(xù)試算，一直到計算值與實測值相吻合，此時對應的樁土參數(shù)就是 實際的樁土參數(shù)值。該檢測方法充分利用了動測過程中所測得的實測值，再輔以計算機試算可以準確的測出基樁承載力。通過大量的 測試實踐表明，波形擬合法是一種較為成熟的承載力確定方法，準確性和可信度均很高，必將成為高應變動測法的主流。

第1章 樁的靜荷載試驗

1.1 習題

1.2 參考答案

第2章 樁的鉆芯法檢測

2.1 習題

2.2 參考答案

第3章 樁的低應變檢測

3.1 習題

3.2 參考答案

第4章 樁的高應變檢測

4.1 習題

4.2 參考答案

第5章 聲波透射法檢測

5.1 習題

5.2 參考答案2100433B

為了幫助從事基樁質(zhì)量檢測工作的工程技術(shù)人員順利通過上崗（理論、操作）考試，作者編寫了這本題庫。題庫有填空題、名詞解釋、單項選擇題、多項選擇題、判斷題、問答題、繪圖題、計算題等題型，由樁的靜荷載試驗、樁的鉆芯法檢測、樁的低應變檢測、樁的高應變檢測、聲波透射法檢測等五部分組成。

本書針對性、實用性強，命題力求科學、嚴謹、規(guī)范，注重對應考人員進行理論知識尤其是實際操作技能的應試訓練，目的是讓應考人員對規(guī)范內(nèi)容加深理解，進一步提高分析問題、解決問題的能力。為方便讀者全面自測學習效果，每章均附有參考答案。

地基結(jié)構(gòu)檢測研究院包括基坑監(jiān)測，樁基檢測等等地基基礎(chǔ)工程。 具體樁基檢測（高應變、低應變、鉆芯檢測以及靜載試驗），基坑監(jiān)測，基坑支護等等。

工程檢測樁基檢測

我室自95年開展樁基檢測工作以來，圍繞寶鋼及上海市進行了大量樁基檢測，逐步完善了樁基檢測的機具配備，人員配置。我們能承擔樁基3大檢測項目（高應變、低應變、靜載荷）檢測作業(yè)，每年約完成數(shù)千根樁的低應變檢測，數(shù)百根樁的高應變檢測，數(shù)十根樁的靜載試驗檢測。此外還可進行灌注樁成孔檢測工作。我們低應變儀器為美國PIT樁身完整性檢測儀（3臺），高應變儀器為美國PDA打樁分析儀（3臺），靜載荷儀器為武漢巖海樁基檢測儀（3臺）。檢測范圍：　1. 高應變　2. 低應變　3. 靜載荷：堆載實驗、錨樁法

工程檢測樁基檢測內(nèi)容

樁基工程質(zhì)量檢測內(nèi)容

灌注樁的施工分為成孔和成樁兩部分，因而對樁基的檢測便可分為成孔質(zhì)量檢測和成樁質(zhì)量檢測兩大部分。其中成孔是灌注樁施工中的第—個環(huán)節(jié)。成孔作業(yè)由于是在地下、水下完成，質(zhì)量控制難度大，復雜的地質(zhì)條件或施工中的失誤都有可能產(chǎn)生塌孔、縮徑、樁孔偏斜、沉渣過厚等問題。成樁質(zhì)量檢測又可分為承載力檢測和對完整性檢測。

成孔質(zhì)量檢測

在灌注樁的施工中，成孔質(zhì)量的好壞直接影響到混凝土澆注后的成樁質(zhì)量：樁孔的孔徑偏小則使得成樁的側(cè)摩阻力、樁尖端承載力減少，整樁的承載能力降低；樁孔上部擴徑將導致成樁上部側(cè)阻力增大，而下部側(cè)阻力不能完全發(fā)揮，同時單樁的混凝土澆注量增加；樁孔偏斜在一定程度上改變了樁豎向承載受力特性，削弱了基樁承載力的有效發(fā)揮；樁底沉渣過厚使得樁長減少，對于端承樁則直接影響樁尖的端承能力。

樁的承載力檢測

樁的承載力與加荷速率有很大關(guān)系，由于靜荷載試驗與任何動荷載試驗相比，所施加的荷載速率最慢，最接近于實際工程的加荷速率，所以試驗的結(jié)果最接近于實際樁的承載力，因而，國內(nèi)外均將靜荷載試驗的結(jié)果作為樁承載力的標準。

樁的完整性檢測

基樁的低應變動測法就是通過對樁頂施加較低的激振能量，引起樁身及周圍土體的微幅振動，同時用儀表量測和記錄樁頂?shù)恼駝铀俣群图铀俣?，利用波動理論或機械阻抗理論對記錄結(jié)果加以分析，從而達到檢驗樁基施工質(zhì)量、判斷樁身完整性、預估基樁承載力等目的。因此，低應變一般只適合對樁的完整性檢測。

對于正常的混凝土，聲波在其中傳播的速度是有一定范圍的，當傳播路徑遇到混凝土有缺陷時，如斷裂、裂縫、夾泥和密實度等，聲波要繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質(zhì)中通過，聲波將發(fā)生衰減，造成傳播時間延長，使聲時增大，計算聲速降低，波幅減小，波形畸變，利用超聲波在混凝土中傳播的這些聲學參數(shù)的變化，來分析判斷樁身混凝土質(zhì)量。

工程檢測結(jié)構(gòu)應力測試

結(jié)構(gòu)在使用過程中，在荷載用下會產(chǎn)生變形，構(gòu)件內(nèi)部應力會進一步發(fā)展，使用多年后，為保證安全生產(chǎn)或為了解結(jié)構(gòu)安全、可靠程度，往往需要對在用結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行變形及應力檢測，我室多年來配合寶鋼工程建設在多項工程監(jiān)測中對廠房柱基變形，傾斜，構(gòu)件應力，進行監(jiān)測，為制定各類決策、方案提供了可靠的科學依據(jù)。　 1. 建（構(gòu)）筑物健康監(jiān)測　現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物在使用過程中為確保其使用安全和適用性，必須對其現(xiàn)有使用狀況進行實時監(jiān)測，主要檢測內(nèi)容為關(guān)鍵部位的應力監(jiān)測、關(guān)鍵部位的變形監(jiān)測等，我部門多年來一直配合寶鋼進行該項目的工作，為寶鋼特殊工況廠房進行了多項健康監(jiān)測。地基加固部 地基土由于上部結(jié)構(gòu)荷載發(fā)生變化或新建工程地基承載力不能滿足設計要求，就必須對地基進行加固處理。地基加固方法非常多。我單位也承擔地基加固處理施工，主要進行錨桿靜壓樁及壓密注漿施工?！?錨桿靜壓樁是利用結(jié)構(gòu)或建筑物自重,通過予留錨桿或現(xiàn)埋錨桿將壓樁反力經(jīng)由壓樁架傳遞到基礎(chǔ)中,從而提高或改進建筑物基礎(chǔ)承載力的一種方法?！?靜壓樁工程相對于打樁工程具有無噪音、無污染、施工影響范圍小等優(yōu)點，錨桿靜壓樁又利用了結(jié)構(gòu)自重，它可節(jié)省工期，施工占地范圍小，可在已有建筑內(nèi)部施工達到補強、糾偏等作用。

工程檢測基坑監(jiān)測

軟土地區(qū)大型基坑施工風險大，其土質(zhì)差、地下水位高、施工工期長、影響范圍大。為保證工程順利進行，需對工程本身及周圍建、構(gòu)筑物進行多項安全監(jiān)控，為施工提供準確信息。我科室監(jiān)測業(yè)務主要參數(shù)包括：　 1. 沉降、位移、深層土體位移、地下水位、支撐軸力、孔隙水壓力、分層沉降、土壓力、鋼筋應力、坑底回彈隆起、錨桿拉力，房屋傾斜。以上參數(shù)可以保證在基坑施工過程中對基坑本身及周邊環(huán)境進行安全監(jiān)測工作?！?. 大體積混凝土測溫　我部擁有的大體積混凝土測溫技術(shù)，主要應用鋼鐵企業(yè)爐體基礎(chǔ)及大型建筑底板，由于上部荷載大，其基礎(chǔ)體積也大，底板較厚，在混凝土澆筑、養(yǎng)護過程中混凝土水化熱使混凝土體內(nèi)外溫度差異逐步增大，當溫度變形受到約束,將會在混凝土體上產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)正常使用， 因此必須在施工過程中對其中心、表面溫度進行監(jiān)控，隨時采取必要措施將溫差控制在允許范圍內(nèi)。　 3. 地基加固　地基土由于上部結(jié)構(gòu)荷載發(fā)生變化或新建工程地基承載力不能滿足設計要求，就必須對地基進行加固處理。地基加固方法非常多。我單位也承擔地基加固處理施工，主要進行錨桿靜壓樁及壓密注漿施工?！″^桿靜壓樁是利用結(jié)構(gòu)或建筑物自重,通過予留錨桿或現(xiàn)埋錨桿將壓樁反力經(jīng)由壓樁架傳遞到基礎(chǔ)中,從而提高或改進建筑物基礎(chǔ)承載力的一種方法?！§o壓樁工程相對于打樁工程具有無噪音、無污染、施工影響范圍小等優(yōu)點，錨桿靜壓樁又利用了結(jié)構(gòu)自重，它可節(jié)省工期，施工占地范圍小，可在已有建筑內(nèi)部施工達到補強、糾偏等作用。

工程檢測振動測試

設備環(huán)境振動測試

我們部門還可通過對機器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)振動的下狀態(tài)監(jiān)測，對機器或結(jié)構(gòu)可進行故障診斷、環(huán)境控制、等級評定；測量機器或結(jié)構(gòu)的受迫振動獲得被測對象的動態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應、模態(tài)等信息，找出薄弱環(huán)節(jié)，通過改進設計提高其抗振能力，或通過隔振處理改善機械的工作環(huán)境和性能。

相關(guān)案例：

1、 某地鐵道床隔振結(jié)構(gòu)及隧道結(jié)構(gòu)振動測試；該項目主要是了解地鐵運行過程中道床隔振結(jié)構(gòu)的隔振效果的測試，了解過車時產(chǎn)生的振動對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響

2、 結(jié)構(gòu)振動與結(jié)構(gòu)噪聲監(jiān)測；隨著城市建設的發(fā)展和現(xiàn)代人們對生活質(zhì)量要求的提高，工業(yè)廠房，交通等對周邊環(huán)境的振動、噪聲影響日趨嚴重，對其造成建（構(gòu)）筑物本身和周邊環(huán)境的影響已經(jīng)提到了議事日程上，為了了解振源和周邊環(huán)境受影響的程度，我們必須對其進行檢車。