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高应变试验检测要注意的问题及分析

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1、 高应变检测的常规做法

1) 优质的实测数据是高应变法分析计算的基础,需要检测的项目有:

必须要测的项目:桩头范围内某个选定截面M的平均内力Fm和平均速度Vm,借此全面掌握一个界面的动力状态。

希望测定的项目:桩顶在每次锤击下得贯入度sd,主要用来验证分析结果。

2、 检测截面M的选择

①、检测截面与桩顶的间距原则上不小于桩径的1.5倍,最好相距2~3倍桩径,再困

难条件下也不得小于1倍桩径。

②、初始应力应力波信号的波峰前后区段对数据质量的判断极为重要,应尽可能避免受到各种条件的干扰和重叠;因此检测截面附近不得存在阻抗突变的截面。 3、 测点的选择和准备

①必须严格保证每组传感器安装位置在检测截面的对称性,每组传感器的两个测点和检测截面的中心轴的距离必须相等,其连线必须通过中心轴;只有满足这两个条件,两个测点的实测结果的平均值才有可能代表桩身的轴向力和速度。

②每侧的测力和测速度的传感器应尽可能相互靠近,以利于数据的一致性;同侧的传感器的横向间距不得超过80~100mm。

③用于测力的工具式应变计在安装表面上将跨越一定距离,两端的两个接触面不仅必须平整,还必须严格处于同一处理平面之中,才能保证传感器以一定压力紧贴时不产生过大的初始初始变形,此外为了提供必要的摩擦力,平整的表面有不可过于光洁。 4、 锤重的选择

选择锤重的目的主要在于激发衰减缓慢的应力波,增大脉宽,同事也有利于提高峰值;

合起来就是增大能够促使桩身贯入土中的那一部分有效的输入能量以保证土的静阻力的充分发挥。实际上由于弹性的桩身在土中以蠕动的方式向下进行,每个桩段的阻力都在不断发生变化,应力波本身也在不断衰减之中,问题本身的关键是下行的应力波能否到达桩底并使桩身下部和底部产生足够大的位移而充分调动底部桩周土的静阻力;事实上,锤重和落高只能影响桩顶初始的应力波脉冲,而充分影响桩底的问题则还要取决于两个因素:一是传播过程中的能量的损失,二是桩底端承阻力的激发机理。

理论上讲,最容易激发全部土阻力的桩型是纯支承桩,常见条件下的锤击能激发的应力波峰值大体可达其锤重的100倍,而毫无损失的下行波抵达桩底时,遇到刚度无穷大的持力层最多激发2倍的支承阻力。把下限提高,执行的要求过死,实际上并不恰当;具体来说对于粗短的端承刚度很大的端承桩,锤重也许只需不小于承载力的0.5%就够用了;而反过来对于超长的摩擦桩,特别是遇到桩底存在一定软弱过渡层的灌注桩,1.5%也不一定够用。

研究证明,只要锤击能量足以使桩产生可测得贯入度,随着锤击能量的继续提高,土阻力和贯入度都将随之增大;当锤击能量提高到某个临界值时,只有贯入度的继续增大而土阻力则因已经能够被充分激发而转为常量。 5、 桩垫的选择

自由落锤下得桩垫所起的作用

①缓冲:垫层的直接效果是使锤击力峰值降低而脉宽增大,对于弹性垫层来说垫层的刚度越小,作用越显著。 ②调节对中

③防止横向劈裂 ④调节高度

6、 确保现场采集的数据记录符合质量要求

7、 现场检查数据记录质量的办法

1) 根据实测曲线的变化规律和基本特征作直观的判断 根据高应变检测所获得的实测曲线作出以下规律性的描述

①初始的下行应力波是一个单峰的,前陡后缓、衰减较慢而波宽较大的脉冲信号;前面从零开始、后面大体归零。

②在初始应力波作用下,速度和力的幅值必然保持正比;比例常数等于Zm;因此在只有初始应力波作用的时段内,速度Vm(t)是一个和力Fm(t)完全相似的脉冲信号;检测截面的Fm(t)和Z﹒Vm(t)将完全重合。

③由于下行波所引起的力F↓和速度V↓的符号永远一致,而上行波所引发的力F↑和速度V↑的符号永远相反,一旦有上行波到达检测截面,原本重合的Fm(t)和Z﹒Vm(t)曲线必然开始分离。

④离开检测截面距离为X的桩侧土阻力和桩身变阻抗截面都将引发上行波,并依次在2X/c时刻到达检测截面上行的压力波将导致Fm(t)的增大和Z﹒Vm(t)的减小;反之,上行的拉力波则导致Fm(t)的减小和Z﹒Vm(t)的增大;在任何一个上行波的影响下,Fm(t)和Z﹒Vm(t)都将产生等幅而反号的变化。

⑤桩底的变阻抗反射必然在2Le/c时刻出现,此时Fm(t)和Z﹒Vm(t)可能出现比较剧烈的反向的变化。

⑥桩侧的土阻力影响将出现在桩底变阻抗反射之前或与之相重叠;而桩底的土阻力则只有在初始的下行压力波到达桩底后,随桩底的向下运动并向桩底持力层施压时才产生;因此,桩底的土阻力完全有可能在桩底反射之后才出现,有时甚至会滞后很长一段时间。

⑦ Fm(t)和Z﹒Vm(t)曲线的后期将出现多次的反射所引发的多个上下行波的叠加,其中的成分将很难以直观的方式加以识别和辨认;如果桩身存在缺陷或者比较明显的变阻抗,多次反射波的叠加问题也可能提前出现干扰对实测曲线的直观分析。

根据以上理论我们可以为高应变检测所获得的Fm(t)和Z﹒Vm(t)曲线组合总结出以下结论:

①锤击开始前,两条曲线都应该为零,否则就说明存在非应力波范畴的干扰;信号的尾部,两条曲线也都应该基本归零,否则说明所采集的数据记录长度不够,或者出现某种非正常情况。

②在曲线的起始区段内,肯定只有下行波通过检测截面,两条曲线应该基本重合。除非桩身浅层存在明显缺陷,或者地表存在较大的阻力,曲线的上升沿和峰值前后区段一般都应该基本重合;两条曲线的偏离的程度不应超过正常的量测误差范围。

③峰值之后到2Le/c时刻之前,两天曲线的幅值在整体上呈现缓慢减小的走势。如果桩身阻抗基本均匀,力曲线幅值将因土阻力而增大,速度曲线则相应减小,因此力曲线幅值的衰减将因土阻力而变慢,不会在此区段内出现负值;而速度曲线的衰减将因土阻力而加快,常常出现负值。随着自上而下的各土层阻力作用的先后到达检测截面,两者的偏离程度将以累加的方式逐渐增大。在接近2Le/c时刻时,如果忽略上行波在桩顶的反射,两者的偏离程度正好等于所激发的全部桩侧动态阻力之总和

④峰值之后到2Le/c时刻之前,如果桩身阻抗存在较大的突变,在曲线的相应时刻将出现叠加上的反射波,波形接近初始的下行波。变阻抗反射波的到达使力曲线和速度曲线产生反号的变化:阻抗的突增使力值增大而速度值减小;阻抗的突减则使力值突减而速度值增大;因此如果存在突减的变阻抗截面,速度曲线的幅值就有可能大于力曲线的幅值。

⑤在2Le/c时刻桩底变阻抗反射到达检测截面,曲线产生明显变化。桩底变阻抗反射的波形也应该接近初始的下行波,符号则视桩底变阻抗情况而有正有负。经验证明,除了能直接落在硬质基岩上的干作业人工挖孔桩和部分优质嵌岩桩外,绝大部分的桩底反射为拉力波,

表现为速度值突增而力值突减。

⑥在2Le/c时刻或者稍后,有可能出现有桩底阻力所引发的上行压力波。桩底阻力波的出现会晚于桩底的变阻抗反射,因而在2Le/c时刻后重现新的力波峰和相应的速度波谷;如果桩底阻力波出现较早,则有可能和桩底的变阻抗反射重叠而使两者都难以识别。

根据同样的道理,我们可以为高应变检测所获得F↓m(t)和F↑m(t)曲线组合总结出以下基本特征。

①锤击开始前,两条曲线都应该为零;记录的尾部,同样应该基本归零。

②只要桩身中上部没有较大的变阻抗和土阻力存在,2Le/c时刻之前的下行波曲线一般就是桩顶锤击力的波形原貌;观察下行波曲线F↓m(t),就可以大体看到桩顶的锤击力波形,至少可以看到其重要的前半部分的实际情况。

③在曲线的起始区段内,由于Fm(t)和Z﹒Vm(t)两条曲线基本重合,上行波曲线F↑m(t)的相应区段为零;因此F↑m(t)的起跳点明显滞后于Fm(t)和Z﹒Vm(t)曲线的起跳点。

④每层土阻力不大可能很大,来自桩侧土阻力的上行波将以累加的方式逐渐增大,因而上行波曲线F↑m(t)具有缓慢增大的特点而明显不同于下行波F↓m(t)。

⑤桩身上任何变阻抗问题,都将在上行波曲线上产生影响:阻抗突减或突增截面的存在将使上行波曲线幅值突减或突增,缓慢的变阻抗表现为上行波曲线的梯度变化。与上行波相比,下行波的变化很不明显。

8、 根据软件提供的其他实测曲线、特征值和快速分析结果作定量的判断

①单个检测通道的实测曲线,包括F1m(t)、F2m(t)、V1m(t)、V2m(t):主要用于判断锤击的偏心程度和每个检测通道的工作是否正常;有些失常的Fm(t)和Z﹒Vm(t),原因就是锤击偏心过于严重而导致个别通道的过载或者个别通道出现故障而严重失真。

②根据平均的速度曲线积分而求得动位移曲线Um(t):主要用于观测检测截面的整个竖向位移过程。

位移曲线的各种典型形态:

a)、幅值不大,尾部在时间轴附近摆动后归零-是锤击不充分的试验,位移是弹性的,这时土阻力没有充分激发出来,确定的承载力低于真正的极限承载力。

b)、幅值较大,曲线在经过其最大值后明显下降,然后在正区内稍稍摆动,尾部与时间轴保持平行而稳定于某个正值上-是产生一定贯入度的试验,尾部的坐标值就是试验当时实际获得的贯入度值。

c)、幅值较大,曲线经过其最大值后只有很少的回弹,随即与时间轴保持平行-是贯入度很大的试验,在冲击能量适当时,常常揭示试桩承载力很低或有其他较严重的问题。

d)、曲线经过其最大值后大幅度下降,最后在负区内与时间轴保持平行-贯入度为负值,说明试桩在锤击后的最终位置高于初始位置。这种情况比较少见,通常是Vm(t)曲线尾部有误;对于支承在坚硬持力层上的桩有时可能在锤击下产生回跳,但下一击贯入度理应为正。 e)、曲线尾部不与时间轴平行-如果采样长度足够而V(t)曲线尾部最终不与时间轴保持平行,就可以肯定是实测曲线存在零飘问题,必须找出原因加以处理。

③根据平均的力和速度求得的能量曲线ε

m(t): εm(t)将随

Fm(t)和Vm(t)的瞬时值的乘积

按累计的方式变化。在桩顶锤击力所引发的初始下行应力波作用下,Fm(t)和Vm(t)同号, εm(t)线的幅值单调增大;随着两者幅值的同步减小,εm(t)线的增大越来越小;桩侧阻力的作用将Fm(t)增大而使Vm(t)减小,但只要后者保持为正,其乘积仍将为正而使εm(t)继续有所增大。因此在易沉的情况下,检测截面没有反弹而Vm(t)一直为正,能量曲线的幅值有可能一直持续增大到曲线尾部,或者在达到其最大值后成为常量而不再变化。遇到难沉的情况,桩身遇到强大的土阻力,Vm(t)或早或晚变负,检测截面出现反弹,Fm(t)和Vm(t)的乘积变负,εm(t)的幅值也就随之减小,其中来自桩底持力层的端承阻力将引发上行压力波而使εm(t)

能量曲线的幅值在2L/C时刻急剧减小。能量的最大值出现于桩身开始回跳的瞬间,能量幅值的减小,意味着部分输入的能量又返回到锤体上去了。

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