[宝典]9 高应变法

[宝典]9 高应变法 9 高应变法 9.1 适 用 范 围 9.1.1 本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比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。 【条文说明】 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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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(静阻力)。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。 9.1.2 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本地区相近条件下的可靠对比验证资料。 【条文说明】 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入式预制桩，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。 9.1.3 对于大直径扩底桩和预估Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用本方法进行竖向抗压承载力检测。 【条文说明】 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。 9.2 仪 器 设 备 9.2.1 检测仪器的主要技术性能指标不应低于《基桩动测仪》JG/T 3055中表1规定的2级 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，且应具有保存、显示实测力与速度信号和信号处理与分析的功能。 【条文说明】 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。因动测仪器的使用环境较差，故仪器的环境性能指标和可靠性也很重要。本条对安装于距桩顶附近桩身侧表面的响应测量传感器——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 2值的一倍以上。如对钢桩，宜选择20000,30000m/s量程的加速度计。 9.2.2 除导杆式柴油锤、振动锤外，筒式柴油锤、液压锤、蒸汽锤等具有导向装置的打桩机械都可作为锤击设备。 【条文说明】 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。 本条没有对锤重的选择做出规定。因为一是软土场地长或超长预制桩施工时，锤重可能不符合本 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 9.2.4条的规定，尤其是初打施工阶段;二是建工行业采用筒式柴油锤较多，这种锤与自由落锤相比，冲击动能较大。 9.2.3 高应变检测专用锤击设备应具有稳固的导向装置。重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径(宽)比不得小于1，并采用铸铁或铸钢制作。当采取落锤上安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤的高径(宽)比应在1.0,1.5范围内。 【条文说明】 无导向锤的脱钩装置多基于杠杆式原理制成，操作人员需在离锤很近的范围内操作，缺乏安全保障，且脱钩时会不同程度地引起锤的摇摆，更容易造成锤击严重偏心。另外，如果采用汽车吊直接将锤吊起并脱钩，因锤的重量突然释放造成吊车吊臂的强烈反弹，对吊臂造成损害。因此规定锤击设备应具有导向装置。 扁平状锤如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，容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的有效频率分量(占能量的90,以上)在200Hz以内，超过300Hz后可忽略不计。按不利条件估计，对力信号有贡献的高频分量波长一般也不小于20m。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。规定锤体高径(宽)比不大于1.5正是为了避免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，即使混凝土的波速、弹性模量改变，也无需修正;当混凝土应力-应变关系的非线性严重时，不存在通过应变环测试换算冲击力造成的力值放大。 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，但一般不宜突破锤高2m的限值，则最大使用的锤重可能受到限制。 7 当以信号前沿为基准进行基线修正时，锤体加速度测量存在-1g(g为重力加速度)的恒定误差，锤体冲击加速度小时相对误差增大。 8 重锤撞击桩顶瞬时难免与导架产生碰撞或摩擦，导致锤体上产生高频纵、横干扰波，锤的纵横尺寸越小，干扰波频率就越高，也就越容易被滤除。 9.2.4 进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩竖向抗压承载力特征值的2.0%,3.0%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。 【条文说明】 本条对锤重选择考虑了以下两个因素: 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，而桩身阻抗的增加实际上就是桩的惯性质量增加，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，也要从桩身惯性质量两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。 9.2.5 桩的贯入度可采用精密水准仪等仪器测定。 【条文说明】 测量贯入度的方法较多，可视现场具体条件选择: 1 如采用类似单桩静载试验架设基准梁的方式测量，准确度较高，但现场工作量大，特别是重锤对桩冲击使桩周土产生振动，使受检桩附近架设的基准梁受影响，导致桩的贯入度测量结果可能不可靠。 2 预制桩锤击沉桩时利用锤击设备导架的某一标记作基准，根据一阵锤(如10锤)的总下沉量确定平均贯入度，简便但准确度不高。 3 采用加速度信号二次积分得到的最终位移作为贯入度，操作最为简便，但加速度计零漂大和低频响应差(时间常数小)时将产生明显的积分漂移，且零漂小的加速度计价格很高;另外因信号采集时段短，信号采集结束时若桩的运动尚未停止(以柴油锤打桩时为甚)则不能采用。 4 用精密水准仪时受环境振动影响小，观测准确度相对较高。 9.3 现 场 检 测 9.3.1 检测前的准备工作应符合下列规定: 1 预制桩承载力的时间效应应通过复打确定。 2 桩顶面应平整，桩顶高度应满足锤击装置的要求，桩锤重心应与桩顶对中，锤击装置架立应垂直。 3 对不能承受锤击的桩头应加固处理，混凝土桩的桩头处理按本规范附录B执行。 4 传感器的安装应符合本规范附录F的规定。 5 桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用10,30mm厚的木板或胶合板等材料。 【条文说明】 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3.2.5规定的时间为止。 锤击装置垂直、锤击平稳对中、桩头加固和加设桩垫，是为了减小锤击偏心和避免击碎桩头;在距桩顶规定的距离下的合适部位对称安装传感器，是为了减小锤击在桩顶产生的应力集中和对偏心进行补偿。所有这些措施都是为保证测试信号质量提出的。 9.3.2 参数设定和计算应符合下列规定: 1 采样时间间隔宜为50,200μs，信号采样点数不宜少于1024点。 2 传感器的设定值应按计量检定或校准结果设定。 3 自由落锤安装加速度传感器测力时，力的设定值由加速度传感器设定值与重锤质量的乘积确定。 4 测点处的桩截面尺寸应按实际测量确定。 5 测点以下桩长和截面积可采用设计文件或施工记录提供的数据作为设定值。 6 桩身材料质量密度应按表9.3.2取值。 3 表9.3.2 桩身材料质量密度(t/m) 钢桩 混凝土预制桩 离心管桩 混凝土灌注桩 2.45,2.50 2.55,2.60 7.85 2.40 7 桩身波速可结合本地经验或按同场地同类型已检桩的平均波速初步设定，现场检测完成后应按第9.4.3条调整。 8 桩身材料弹性模量应按下式计算: 2 E =ρ?c (9.3.2) 式中:E——桩身材料弹性模量(kPa); c——桩身应力波传播速度(m/s); 3ρ——桩身材料质量密度(t/m)。 【条文说明】 采样时间间隔为100μs，对常见的工业与民用建筑的桩是合适的。但对于超长桩，例如桩长超过60m，采样时间间隔可放宽为200μs，当然也可增加采样点数。 应变式传感器直接测到的是其安装面上的应变，并按下式换算成锤击力: F=A?E?ε (4) 式中:F——锤击力; A——测点处桩截面积; E——桩材弹性模量; ε——实测应变值。 显然，锤击力的正确换算依赖于测点处设定的桩参数是否符合实际。另一需注意的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是:计算测点以下原桩身的阻抗变化、包括计算的桩身运动及受力大小，都是以测点处桩头 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 为相对“基准”的。 测点下桩长是指桩头传感器安装点至桩底的距离，一般不包括桩尖部分。 对于普通钢桩，桩身波速可直接设定为5120m/s。对于混凝土桩，桩身波速取决于混凝土的骨料品种、粒径级配、成桩工艺(导管灌注、振捣、离心)及龄期，其值变化范围大多为3000,4500m/s。混凝土预制桩可在沉桩前实测无缺陷桩的桩身平均波速作为设定值;混凝土灌注桩应结合本地区混凝土波速的经验值或同场地已知值初步设定，但在计算分析前，应根据实测信号进行校正。 9.3.3 现场检测应符合下列要求: 1 交流供电的测试系统应良好接地;检测时测试系统应处于正常状态。 2 采用自由落锤为锤击设备时，应重锤低击，最大锤击落距不宜大于2.5m。 3 试验目的为确定预制桩打桩过程中的桩身应力、沉桩设备匹配能力和选择桩长时，应按本规范附录G执行。 4 检测时应及时检查采集数据的质量;每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大动位移)贯入度以及桩身最大拉、压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。 5 发现测试波形紊乱，应分析原因;桩身有明显缺陷或缺陷程度加剧，应停止检测。 【条文说明】本条说明如下: 1 传感器外壳与仪器外壳共地，测试现场潮湿，传感器对地未绝缘，交流供电时常出现50Hz干扰，解决办法是良好接地或改用直流供电。 2 根据波动理论分析:若视锤为一刚体，则桩顶的最大锤击应力只与锤冲击桩顶时的初速度有关，落距越高，锤击应力和偏心越大，越容易击碎桩头。轻锤高击并不能有效提高桩锤传递给桩的能量和增大桩顶位移，因为力脉冲作用持续时间不仅与锤垫有关，还主要与锤重有关;锤击脉冲越窄，波传播的不均匀性，即桩身受力和运动的不均匀性(惯性效应)越明显，实测波形中土的动阻力影响加剧，而与位移相关的静土阻力呈明显的分段发挥态势，使承载力的测试分析误差增加。事实上，若将锤重增加到预估单桩极限承载力的5%,10%以上，则可得到与静动法(STATNAMIC法)相似的长持续力脉冲作用。此时，由于桩身中的波传播效应大大减弱，桩侧、桩端岩土阻力的发挥更接近静载作用时桩的荷载传递性状。因此，“重锤低击”是保障高应变法检测承载力准确性的基本原则，这与低应变法充分利用波传播效应(窄脉冲)准确探测缺陷位置有着概念上的区别。 3 打桩过程监测是指预制桩施打开始后进行的打桩全部过程测试，也可根据重点关注的预穿越土层或预达到的持力层段测试。 高应变试验成功的关键是信号质量以及信号中的信息是否充分。所以应根据每锤信号质4 量以及动位移、贯入度和大致的土阻力发挥情况，初步判别采集到的信号是否满足检测目的的要求。同时，也要检查混凝土桩锤击拉、压应力和缺陷程度大小，以决定是否进一步锤击，以免桩头或桩身受损。自由落锤锤击时，锤的落距应由低到高;打入式预制桩则按每次采集一阵(10击)的波形进行判别。 5 检测工作现场情况复杂，经常产生各种不利影响。为确保采集到可靠的数据，检测人员应能正确判断波形质量，熟练地诊断测量系统的各类故障，排除干扰因素。 9.3.4 承载力检测时应实测桩的贯入度，单击贯入度宜在2,6mm之间。 【条文说明】 贯入度的大小与桩尖刺入或桩端压密塑性变形量相对应，是反映桩侧、桩端土阻力是否充分发挥的一个重要信息。贯入度小，即通常所说的“打不动”，使检测得到的承载力低于极限值。本条是从保证承载力分析计算结果的可靠性出发，给出的贯入度合适范围，不能片面理解成在检测中应减小锤重使单击贯入度不超过6mm。贯入度大且桩身无缺陷的波形特征是2L/c处桩底反射强烈，其后的土阻力反射或桩的回弹不明显。贯入度过大造成的桩周土扰动大，高应变承载力分析所用的土的力学模型，对真实的桩-土相互作用的模拟接近程度变差。据国内发现的一些实例和国外的统计资料:贯入度较大时，采用常规的理想弹-塑性土阻力模型进行实测曲线拟合分析，不少情况下预示的承载力明显低于静载试验结果，统计结果离散性很大～而贯入度较小、甚至桩几乎未被打动时，静动对比的误差相对较小，且统计结果的离散性也不大。若采用考虑桩端土附加质量的能量耗散机制模型修正，与贯入度小时的承载力提高幅度相比，会出现难以预料的承载力成倍提高。原因是:桩底反射强意味着桩端的运动加速度和速度强烈，附加土质量产生的惯性力和动阻力恰好分别与加速度和速度成正比。可以想见，对于长细比较大、侧阻力较强的摩擦型桩，上述效应就不会明 显。此外，6mm贯入度只是一个统计参考值，本章第9.4.7条第4款已针对此情况作了具体规定。 9.4 检测数据的分析与判定 9.4.1 检测承载力时选取锤击信号，宜取锤击能量较大的击次。 【条文说明】 从一阵锤击信号中选取分析用信号时，除要考虑有足够的锤击能量使桩周岩土阻力充分发挥外，还应注意下列问题: 1 连续打桩时桩周土的扰动及残余应力。 2 锤击使缺陷进一步发展或拉应力使桩身混凝土产生裂隙。 3 在桩易打或难打以及长桩情况下，速度基线修正带来的误差。 4 对桩垫过厚和柴油锤冷锤信号，加速度测量系统的低频特性所造成的速度信号误差或严重失真。 9.4.2 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最终未归零。 2 严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍。 3 四通道测试数据不全。 【条文说明】 高质量的信号是得出可靠分析计算结果的基础。除柴油锤施打的长桩信号外，力的时程曲线应最终归零。对于混凝土桩，高应变测试信号质量不但受传感器安装好坏、锤击偏心程度和传感器安装面处混凝土是否开裂的影响，也受混凝土的不均匀性和非线性的影响。这些影响对采用应变式传感器测试、经换算得到的力信号尤其敏感。混凝土的非线性一般表现为:随应变的增加，割线模量减小，并出现塑性变形，使根据应变换算到的力值偏大且力曲线尾部不归零。本规范所指的锤击偏心相当于两侧力信号之一与力平均值之差的绝对值超过平均值的33%。通常锤击偏心很难避免，因此严禁用单侧力信号代替平均力信号。 9.4.3 桩底反射明显时，桩身波速可根据速度波第一峰起升沿的起点到速度反射峰起升(下降)沿的起点之间的时差与已知桩长值确定(图9.4.3);桩底反射信号不明显时，可根据桩长、混凝土波速的合理取值范围以及邻近桩的桩身波速值综合确定。 F(kN) 3300 15 45 0 2 4 6 F V L/c 2.0 V(m/s) 2L/c t r t r t (ms) 30 0 图9.4.3 桩身波速的确定 【条文说明】 桩身平均波速也可根据下行波起升沿的起点和上行波下降沿的起点之间的时差与已知桩长值确定。对桩底反射峰变宽或有水平裂缝的桩，不应根据峰与峰间的时差来确定平均波速。桩较短且锤击力波上升缓慢时，可采用低应变法确定平均波速。 9.4.4 桩身材料弹性模量和锤击力信号的调整应符合下列规定: 1 当测点处原设定波速随调整后的桩身波速改变时，相应的桩身材料弹性模量应按式(9.3.2)重新计算。 2 对于通过应变式力传感器测量应变换算冲击力的方式，当原始力信号按速度单位存储时，桩身材料弹性模量调整后尚应对原始实测力值校正。 3 对于采取自由落锤安装加速度传感器实测锤击力的方式，无论桩身材料弹性模量是否调整，均不得对原始实测力值进行调整，但应扣除响应传感器安装测点以上的桩头惯性力影响。 【条文说明】 通常，当平均波速按实测波形改变后，测点处的原设定波速也按比例线性改变，弹性模量则应按平方的比例关系改变。当采用应变式传感器测力时，多数仪器并非直接保存实测应变值，如有些是以速度(V=c?ε)的单位存储。若弹性模量随波速改变后，仪器 不能自动修正以速度为单位存储的力值，则应对原始实测力值校正。 对于锤上安装加速度计的测力方式，因为力值F实际是按牛顿第二定律F=ma(式中m为锤的质量)直接测量得到的，因此不能对实测力值进行调整。F仅代表作用在桩顶的力，而分析计算则需要在桩顶下安装测量响应加速度计横截面上的作用力，所以需要考虑测量响应加速度计以上的桩头质量产生的惯性力，对实测桩顶力值修正。 9.4.5 高应变实测的力和速度信号第一峰起始比例失调时，不得进行比例调整。 【条文说明】 在多数情况下，正常施打的预制桩，力和速度信号第一峰应基本成比例。但在以下几种情况下比例失调属于正常: 1 桩浅部阻抗变化和土阻力影响。 2 采用应变式传感器测力时，测点处混凝土的非线性造成力值明显偏高。 3 锤击力波上升缓慢或桩很短时，土阻力波或桩底反射波的影响。 除第2种情况减小力值，可避免计算的承载力过高外，其他情况的随意比例调整均是对实测信号的歪曲，并产生虚假的结果。因此，禁止将实测力或速度信号重新标定。这一点必须引起重视，因为有些仪器具有比例自动调整功能。 9.4.6 承载力分析计算前，应结合地质条件)设计参数，对实测波形特征进行定性检查: 1 实测曲线特征反映出的桩承载性状。 观察桩身缺陷程度和位置，连续锤击时缺陷的扩大或逐步闭合情况。2 【条文说明】 高应变分析计算结果的可靠性高低取决于动测仪器、分析软件和人员素质三个要素。其中起决定作用的是具有坚实理论基础和丰富实践经验的高素质检测人员。高应变法之所以有生命力，表现在高应变信号不同于随机信号的可解释性——即使不采用复杂的数学计算和提炼，只要检测波形质量有保证，就能定性地反映桩的承载性状及其他相关的动力学问题。因此对波形的正确定性解释的重要性超过了软件建模分析计算本身，对人员的要求首先是解读波形，其次才是熟练操作仪器和使用相关软件。对此，如果不从提高人员素质入手加以解决，这种状况的改观显然仅靠技术规范以及仪器和软件功能的增强是无法做到的。因此，承载力分析计算前，应有高素质的检测人员对信号进行定性检查和判断。 9.4.7 以下五种情况应采用静载法进一步验证: 1 桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。 2 桩身缺陷对水平承载力有影响。 触变效应的影响，预制桩在多次锤击下承载力下降。 3 4 单击贯入度大，桩底同向反射强烈且反射峰较宽，侧阻力波)端阻力波反射弱，即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合。 5 嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/c后无明显端阻力反射;也可采用钻芯法核验。 【条文说明】 当出现本条所述五款情况时，因高应变法难于分析判定承载力和预示桩身结构破坏的可能性，建议进行验证检测。本条第4,5款反映的代表性波形见图8。原因解释参见第9.3.4条的条文说明。由图9可见，静载验证试验尚未压至破坏，但高应变测试的锤重、贯入度却“符合”要求。当采用波形拟合法分析承载力时，由于承载力比按地质报告估算的低很多，除采用直接法验证外，不能主观臆断或采用能使拟合的承载力大幅提高的桩-土模型及其参数。 注:Φ800mm钻孔灌注桩，桩端持力层为全风化花岗片麻岩，测点下桩长16m。采用60kN重锤，先做高应变检测，后做静载验证检测。 图8 灌注桩高应变实测波形 图9 静载和动载摸拟的Q-s曲线 9.4.8 采用凯司法判定桩承载力，应符合下列规定: 1 只限于中、小直径桩。 2 桩身材质、截面应基本均匀。 3 阻尼系数J宜根据同条件下静载试验结果校核，或应在已取得相近条件下可靠对比资c 料后，采用实测曲线拟合法确定J值，拟合计算的桩数不应少于检测总桩数的30%，且不c 应少于3根。 4 在同一场地、地质条件相近和桩型及其截面积相同情况下，J值的极差不宜大于平均c 值的30%。 【条文说明】 凯司法与实测曲线拟合法在计算承载力上的本质区别是:前者在计算极限承载力时，单击贯入度与最大位移是参考值，计算过程与它们无关。另外，凯司法承载力计算公式是基于以下三个假定推导出的: 1 桩身阻抗基本恒定。 2 动阻力只与桩底质点运动速度成正比，即全部动阻力集中于桩端。 3 土阻力在时刻t,t+2L/c已充分发挥。 21 显然，它较适用于摩擦型的中、小直径预制桩和截面较均匀的灌注桩。 公式中的唯一未知数——凯司法无量纲阻尼系数J定义为仅与桩端土性有关，一般遵循随c 土中细粒含量增加阻尼系数增大的规律。J的取值是否合理在很大程度上决定了计算承载力c 的准确性。所以，缺乏同条件下的静动对比校核、或大量相近条件下的对比资料时，将使其使用范围受到限制。当贯入度达不到规定值或不满足上述三个假定时，J值实际上变成了一c 个无明确意义的综合调整系数。特别值得一提的是灌注桩，也会在同一工程、相同桩型及持力层时，可能出现J取值变异过大的情况。为防止凯司法的不合理应用，规定应采用静动c 对比或实测曲线拟合法校核J值。 c 9.4.9 对于t+2L/c时刻桩侧和桩端土阻力均已充分发挥的摩擦型桩，可按以下凯司法公式1 的计算结果，判定单桩承载力: (9.4.9-1) . (9.4.9-2) 式中:R??由凯司法计算的单桩竖向抗压承载力(kN); c J??凯司法阻尼系数; c t??速度第一峰对应的时刻(ms); 1 F(t)??t时刻的锤击力(kN); 11 V(t)??t时刻的质点运动速度(m/s); 11 Z??桩身截面力学阻抗(kN?s/m); 2A??桩身截面面积(m); L??测点下桩长(m)。 对于土阻力滞后于t+2L/c时刻明显发挥或先于t+2L/c时刻发挥并产生桩中上部强烈反弹这11 两种情况，宜分别采用以下两种方法对R值进行提高修正: c 1 适当将t延时，确定R的最大值。 1c 2 考虑卸载回弹部分土阻力对R值进行修正。 c 【条文说明】 由于式(9.4.9-1)给出的R值与位移无关，仅包含t=t+2L/c时刻之前所发c2 1 挥的土阻力信息，通常除桩长较短的摩擦型桩外，土阻力在2L/c时刻不会充分发挥，尤以端承型桩显著。所以，需要采用将t延时求出承载力最大值的最大阻力法(RMX法)，对1 与位移相关的土阻力滞后2L/c发挥的情况进行提高修正。 桩身在2L/c之前产生较强的向上回弹，使桩身从顶部逐渐向下产生土阻力卸载(此时桩的中下部土阻力属于加载)。这对于桩较长、侧阻力较大而荷载作用持续时间相对较短的桩较为明显。因此，需要采用将桩中上部卸载的土阻力进行补偿提高修正的卸载法(RSU法)。 RMX法和RSU法判定承载力，体现了高应变法波形分析的基本概念——应充分考虑与位移相关的土阻力发挥状况和波传播效应，这也是实测曲线拟合法的精髓所在。另外，还有几种凯司法的子方法可在积累了成熟经验后采用。它们是: 在桩尖质点运动速度为零时，动阻力也为零，此时有两种与J1无关的计算承载力 “自动”c 法，即RAU法和RA2法。前者适用于桩侧阻力很小的情况，后者适用于桩侧阻力适中的场合。 2 通过延时求出承载力最小值的最小阻力法(RMN法)。 9.4.10 采用实测曲线拟合法判定桩承载力，应符合下列规定: 1 所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定。 2 拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。 3 曲线拟合时间段长度在t+2L/c时刻后延续时间不应小于20ms;对于柴油锤打桩信号，1 在t+2L/c时刻后延续时间不应小于30ms。 1 4 各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元的最大计算位移值。 5 拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基本吻合。 6 贯入度的计算值应与实测值接近。 【条文说明】 实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。其过程为:假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数，利用实测的速度(或力、上行波、下行波)曲线作为输入边界条件，数值求解波动方程，反算桩顶的力(或速度、下行波、上行波)曲线。若计算的曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型及参数不合理，有针对性地调整模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线(以及贯入度的计算值与实测值)的吻合程度良好且不易进一步改善为止。虽然从原理上讲，这种方法是客观唯一的，但由于桩、土以及它们之间的相互作用等力学行为的复杂性，实际运用时还不能对各种桩型、成桩工艺、地质条件，都能达到十分准确地求解桩的动力学和承载力问题的效果。所以，本条针对该法应用中的关键技术问题，作了具体阐述和规定: 1 关于桩与土模型:? 目前已有成熟使用经验的土的静阻力模型为理想弹-塑性或考虑土体硬化或软化的双线性模型;模型中有两个重要参数——土的极限静阻力R和土的最大弹u性位移s，可以通过静载试验(包括桩身内力测试)来验证。在加载阶段，土体变形小于或q 等于s时，土体在弹性范围工作;变形超过s后，进入塑性变形阶段(理想弹-塑性时，静qq 阻力达到R后不再随位移增加而变化)。对于卸载阶段，同样要规定卸载路径的斜率和弹u 性位移限。? 土的动阻力模型一般习惯采用与桩身运动速度成正比的线性粘滞阻尼，带有一定的经验性，且不易直接验证。? 桩的力学模型一般为一维杆模型，单元划分应采用等时单元(实际为特征线法求解的单元划分模式)，即应力波通过每个桩单元的时间相等，由于没有高阶项的影响，计算精度高。? 桩单元除考虑A、E、c等参数外，也可考虑桩身阻尼和裂隙。另外，也可考虑桩底的缝隙、开口桩或异形桩的土塞、残余应力影响和其他阻尼形式。? 所用模型的物理力学概念应明确，参数取值应能限定;避免采用可使承载力计算结果产生较大变异的桩-土模型及其参数。 2 拟合时应根据波形特征，结合施工和地质条件合理确定桩土参数取值。因为拟合所用的桩土参数的数量和类型繁多，参数各自和相互间耦合的影响非常复杂，而拟合结果并非唯一解，需通过综合比较判断进行参数选取或调整。正确选取或调整的要点是参数取值应在岩土工程的合理范围内。 3 本款考虑两点原因:一是自由落锤产生的力脉冲持续时间通常不超过20ms(除非采用很重的落锤)，但柴油锤信号在主峰过后的尾部仍能产生较长的低幅值延续;二是与位移相关的总静阻力一般会不同程度地滞后于2L/c发挥，当端承型桩的端阻力发挥所需位移很大时，土阻力发挥将产生严重滞后，因此规定2L/c后延时足够的时间，使曲线拟合能包含土阻力响应区段的全部土阻力信息。 4 为防止土阻力未充分发挥时的承载力外推，设定的s值不应超过对应单元的最大计算位q 移值。若桩、土间相对位移不足以使桩周岩土阻力充分发挥，则给出的承载力结果只能验证岩土阻力发挥的最低程度。 5 土阻力响应区是指波形上呈现的静土阻力信息较为突出的时间段。所以本条特别强调此区段的拟合质量，避免只重波形头尾，忽视中间土阻力响应区段拟合质量的错误做法，并通过合理的加权方式计算总的拟合质量系数，突出土阻力响应区段拟合质量的影响。 6 贯入度的计算值与实测值是否接近，是判断拟合选用参数、特别是s值是否合理的辅助q 指标。 9.4.11 单桩竖向抗压承载力特征值R应按本方法得到的单桩承载力检测值的一半取值。a 【条文说明】 高应变法动测承载力检测值多数情况下不会与静载试验桩的明显破坏特征或产生较大的桩顶沉降相对应，总趋势是沉降量偏小。为了与静载的极限承载力相区别，称为“本方法得到的承载力或动测承载力”。这里需要强调指出:本次规范修订取消了验收检测中对单桩竖向抗压承载力进行统计平均的规定。单桩静载试验常因加荷量或设备能力限制，而做不出真正的试桩极限承载力，于是一组试桩往往因某一根桩的极限承载力达不到设计要求特征值的2倍，结论自然是不满足设计要求。动测承载力则不同，可能出现部分桩的承载力远高于承载力特征值的2倍，即使个别桩的承载力不满足设计要求，但“高”和“低”取平均后仍可能满足设计要求。所以，本次规范修订同样取消了对动测承载力进行统计的有关规定，以规避高估承载力的风险。 9.4.12 桩身完整性判定可采用以下方法进行: 1 采用实测曲线拟合法判定时，拟合所选用的桩土参数应符合第9.4.10条第1,2款的规定;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(包括混凝土预制桩的接桩缝隙)拟合。 2 等截面桩且缺陷深度x以上部位的土阻力R未出现卸载回弹时，桩身完整性系数β和x 桩身缺陷位置x应分别按下列公式(9.4.12-1)和(9.4.12-2)计算，桩身完整性可按表9.4.12并结合经验判定。 (9.4.12-1) (9.4.12-2) 式中:t??缺陷反射峰对应的时刻(ms); x x??桩身缺陷至传感器安装点的距离 (m); R??缺陷以上部位土阻力的估计值，等于缺陷反射波起始点的力与速度乘以桩身截面力学x 阻抗之差值，取值方法见图9.4.12; β??桩身完整性系数，其值等于缺陷x处桩身截面阻抗与x以上桩身截面阻抗的比值。 表9.4.12 桩身完整性判定 类别 β值 ? β,1.0 ? 0.8?β,1.0 ? 0.6?β,0.8 ? β,0.6 图9.4.12 桩身完整性系数计算 【条文说明】 高应变法检测桩身完整性具有锤击能量大，可对缺陷程度定量计算，连续锤击可观察缺陷的扩大和逐步闭合情况等优点。但和低应变法一样，检测的仍是桩身阻抗变化，一般不宜判定缺陷性质。在桩身情况复杂或存在多处阻抗变化时，可优先考虑用实测曲线拟合法判定桩身完整性。 式(9.4.12-1)适用于截面基本均匀桩的桩顶下第一个缺陷的程度定量计算。当有轻微缺陷，并确认为水平裂缝(如预制桩的接头缝隙)时，裂缝宽度δ可按下式计算:w (5) 当满足本条第2款“等截面桩”和“土阻力未卸载回弹”的条件时，β值计算公式为解析解，即β值测试属于直接法，在结果的可信度上，与属于半直接法的高应变法检测判定承载力是不同的。“土阻力未卸载回弹”限制条件是指:当土阻力R先于t+2x/c时刻发挥并产生桩中x1 上部明显反弹时，x以上桩段侧阻提前卸载造成R被低估，β计算值被放大，不安全，因此x 公式(9.4.12-1)不适用。此种情况多在长桩存在深部缺陷时出现。 9.4.13 出现下列情况之一时，桩身完整性判定宜按工程地质条件和施工工艺，结合实测曲线拟合法或其他检测方法综合进行: 1 桩身有扩径。 2 混凝土灌注桩桩身截面渐变或多变。 3 力和速度曲线在峰值附近比例失调，桩身浅部有缺陷。 4 锤击力波上升缓慢，力与速度曲线比例失调。 5 本规范第9.4.12条第2款的情况:缺陷深度x以上部位的土阻力R出现卸载回弹。x 【条文说明】 采用实测曲线拟合法分析桩身扩径、桩身截面渐变或多变的情况，应注意合理选择土参数。 高应变法锤击的荷载上升时间一般不小于2ms，因此对桩身浅部缺陷位置的判定存在盲区，也无法根据式(9.4.12-1)来判定缺陷程度。只能根据力和速度曲线的比例失调程度来估计浅部缺陷程度，不能定量给出缺陷的具体部位，尤其是锤击力波上升非常缓慢时，还大量耦合有土阻力的影响。对浅部缺陷桩，宜用低应变法检测并进行缺陷定位。 9.4.14 桩身最大锤击拉、压应力和桩锤实际传递给桩的能量应分别按本规范附录G相应公式计算。 【条文说明】 桩身锤击拉应力是混凝土预制桩施打抗裂控制的重要指标。在深厚软土地区，打桩初始阶段侧阻和端阻虽小，但桩很长，桩锤能正常爆发起跳(高幅值锤击压应力是产生强拉应力的必要条件)，桩底反射回来的上行拉力波的头部(拉应力幅值最大)与下行传播的锤击压力波尾部迭加，在桩身某一部位产生净的拉应力。当拉应力强度超过混凝土抗拉强度时，引起桩身拉裂。开裂部位一般发生在桩的中上部，且桩愈长或锤击力持续时间愈短，最大拉应力部位就愈往下移。当桩进入硬土层后，随着打桩阻力的增加拉应力逐步减小，同时也使桩身压应力逐步增加，如果桩在易打情况下已出现拉应力水平裂裂，渐强的压应力在 已有裂缝处产生应力集中，使裂缝处混凝土逐渐破碎并最终导致桩身在拉裂处产生类似受压的斜截面破坏。 有时，打桩过程中会突然出现贯入度骤减或拒锤，一般是碰上硬层(基岩、孤石、漂石等)。继续施打会造成桩身压应力过大而破坏。此时，最大压应力部位不一定出现在桩顶，而是接近桩端的部位。 9.4.15 高应变检测报告应给出实测的力与速度信号曲线。 【条文说明】 本条解释同8.4.7条。 9.4.16 检测报告除应包括本规范第3.5.5条内容外，还应包括: 1 计算中实际采用的桩身波速值和J值; c 2 实测曲线拟合法所选用的各单元桩土模型参数、拟合曲线、土阻力沿桩身分布图; 3 实测贯入度; 4 试打桩和打桩监控所采用的桩锤型号、锤垫类型，以及监测得到的锤击数、桩侧和桩端静阻力、桩身锤击拉应力和压应力、桩身完整性以及能量传递比随入土深度的变化。