1、建筑工程質量專項檢測培訓地基基礎工程檢測高應變法動力試樁劉興錄目錄1. 高、底應變法動力試樁的區分 .2. 高應變法動力試樁的主要功能 .3. 建筑基樁檢測技術規范JGJ106-2003對高應變法動力試樁適用范圍的具體規定4. 高應變法動力試樁的進展和主要方法 .5. 國外有關規范、標準和文獻對樁動測法的規定 .6. 高應變法動力試樁的基本理論 .7. 儀器設備.8. Case 法.9. 波形擬合法 .10. 工程實例 .11. 高應變法還不能解決的樁基工程問題 .12. 高應變法動力試樁的目前存在的問題 .1、高、低應變法動力試樁的區分（ 1）動力試樁是在樁頂作用一動態力（動荷載） ，在樁頂

2、量測樁土系統的動力響應，如位 移，速度或加速度信號， 對信號的時域和頻域進行分析， 可以對單樁承載力和樁身完 整性進行評價。（ 2）高應變法，用重錘（重量為預估單樁極限承載力的1%1.5%）自由下落錘擊樁頂，使其應力和應變水平接近靜力試樁的水平， 使樁土之間的土產生塑性變形， 即使樁產 生貫入度，一般貫入度玄2mm,但6mm.樁對外有抗力（承載力）是通過位移產生， 有了位移，樁側土強度得到充分發揮，樁端土強度也得到一定程度的發揮，此時,量測的信號含有承載力的因素。 但對于嵌巖樁和超長的摩擦樁， 要使樁端土強度發揮幾 乎是不可能的。（ 3）低應變法，用手錘、力棒敲擊樁頂，或用激振器在樁頂激振，其

3、產生的能量小，動應 變約 10-5 （高應變動應變為 10-3），通過樁頂量測速度時域波形，對樁身完整性進行 判定。2、高應變法動力試樁的主要功能（ 1）判定單樁豎向抗壓承載力（簡稱單樁承載力） 。單樁承載力是指單樁所具有的承受荷 載的能力，其最大的承載能力稱為單樁極限承載力。高應變法判定單樁承載力是樁身結構強度滿足軸向荷載的前提下判定地基土對樁的 支承能力。（ 2）判定樁身完整性。 高應變作用在樁頂的能量大， 檢測樁的有效深度大。 對預制方樁和 預應力管樁接頭是否焊縫開裂等缺陷判斷優于低應變法； 對等截面樁可以由截面完整 系數B定量判定缺陷程度，從而判定缺陷是否影響樁身結構的承載力。（ 3）

4、打入式預制樁的打樁應力監控；樁錘效率、錘擊能量的傳遞檢測，為沉樁工藝、選擇 錘擊設備提供依據。（ 4）對樁身側阻力和端阻力進行估算。3、建筑基樁檢測技術規范 JGJ106-2003 對高應變法動力試樁適用范圍的具體規定。（ 1）高應變法動力試樁只能作為檢驗性試樁（校核單樁承載力是否滿足設計要求），不能作為設計性試樁（為設計提供單樁承載力依據） 。（ 2）當有本地區相近條件的對比驗證資料時， 可以作為單樁豎向抗壓承載力驗收檢測的補充。（3）用于灌注樁時，應具有現場實測和本地相近條件下的可靠對比驗證資料。（4）大直徑擴底樁和 Qs 曲線緩變形的大直徑灌注樁不宜采用。4、高應變動力試樁的進展和主要方

5、法。 100 多年前有學者假定樁、錘為剛體，利用牛頓碰撞理論推導得到打樁公式，用于打樁 施工質量的監控；有成熟經驗的地區，也用于單樁承載力的估算；1931 年有學者認識到打樁是個應力波傳播過程。 將埋入土中的一維桿引入波動方程， 研 究應力波在桿中的傳播，但是限于當時的電子技術發展水平和計算機技術，無法用于實 際工程，致使應力波理論在樁基工程中的實際應用晚于應力波理論足有100 年； I960年ASmith提出了差分數值解法模型，該模型將錘體、鐵砧、樁帽簡化為剛性質 量塊；錘墊和樁墊簡化為無質量的彈簧；樁離散為許多樁段單元，單元間用彈簧連接； 樁單元周圍土體用彈簧和摩擦鍵模擬其彈、塑性靜阻力、

6、動阻力用黏壺模擬，建立了較 完整的錘樁土系統的打樁波動問題，用電子計算機進行迭代運算，從而使打樁的波 動方程分析進入實用階段； 1970年美國GGGoblt教授發表了關于樁承載力的動測研究一文，1975年發表了根據動測確定樁的承載力研究報告； 1978年美國PDI公司生產PDA打樁分析儀，為高應變動力試樁的專用儀器，并用 Case 法判定單樁承載力，僅80年代我國從美國購進PDA打樁分析儀有10多臺； 80 年代美國又把樁作為連續模型，研制成波形擬合分析軟件（ CAPWAP 軟件），根據實 測波形進行樁側阻和端阻的計算分析；相繼荷蘭生產了 TNO 測樁儀，在國際上有一定 的銷量； 1989年加

7、拿大伯明翰公司和荷蘭皇家科學院建工研究所 （TNO）聯合研究靜一動法試樁； 1972 年湖南大學周光龍教授研制動力參數測樁法； 1976 年四川建筑科學研究所和中國建筑科學研究院共同研制了錘擊貫入法高應變動力 試樁；1978年以東南大學唐念慈教授為主的多家單位在渤海 1 2號儲油罐平臺進行 2根鋼管樁 波動方程打樁分析，編制 BF81 計算程序，并和靜載試驗結果進行對比； 1980 年西安公路研究所研究了穩態激振機械阻抗法和水電效應法測樁方法， 并生產我國 最早的低應變測樁儀；1985 年甘肅建筑科學研究所和上海鐵道學院共同研制了我國最早的高應變測樁儀；1986年中國科學院武漢巖土力學所研制了

8、 RSM 樁基動測儀； 1992年中國建筑科學研究院研制 FEI樁基動測分析系統，并編制 EFIPWAPC波形擬合分析軟件； 80 年代交通部三航局科研所研制了 SDF1 型打樁分析儀；90年代成都工程檢測研究所研制了 ZK 系列測樁儀； 1992 年武漢巖海工程技術開發公司研制了 RS 系列測樁儀；1993年頒布了中國工程建設標準化協會標準貫擊貫入試樁法規程 ； 1995 年頒布了行業標準基樁低應變動力檢測規程 (JGJ/T93-95)；1997年頒布了行業標準基樁高應變動力檢測規程 (JGJ106-97)； 1999 年頒布了地方標準深圳地區基樁質量檢測技術規程 ( SJG09-99)；2

9、000年頒布了廣東省地方標準建筑基樁檢測技術規程 (DBJ15-27-2000)； 2002 年頒布了天津市地方標準建筑基樁檢測技術規程 (DBJ29-38-2002)；2003年頒布了行業標準建筑基樁檢測技術規范 (JGJ106-2003)； 1994年1998年建設部委托國家建筑工程質量監督檢驗中心分別在北京龍爪樹、鄭州滎陽進行三批足尺樁的現場動測考試，參加單位 400 多家，參加樁基有關規范和樁動測基 本理論和原理筆試的近 4000 人；樁的動測技術在計算機技術發展前提下，近二三十年發展相當迅速，主要在計算軟件的 完善和測樁設備的更新和改進，致于土的模型、參數、基本原理和測試方法等方面沒

10、太 大進展，主要原因土是具有彈、塑性性質的三相物質(土顆粒、水和空氣) ，其應力應 變關系的非線性，加上地基土的復雜性、分布不均勻性以及土的動態本構關系極為復雜 等所致；高應變動力試樁有以下幾種方法：(1) 動力打樁公式法；(2) 錘擊貫入法；(3) Smith 波動方程分析法；(4) Case法；( 5)波形擬合法；( 6)靜動試樁法。5、國外有關規范、標準和文獻對樁動測法的規定：(1) 1983年，國際土力學基礎工程學會(ISSMFE)野外試驗室委員會推薦的“樁軸向荷 載試驗動荷載方法” 中談到， 高應變法可以確定樁承載力， 樁承載力的動測方法 可以用于設計， 也可作為施工控制。 如果錘擊

11、能量不足以充分發揮土的強度， 那么任 何動承載力的測定方法都將不能準確測定樁的承載力， 如同靜荷載試驗中沒有施加足 夠的作用荷載一樣，也不能測得樁的極限承載力。( 2) 1987 年，加拿大結構規范(國家標準)的樁基礎一節，認為可以用打樁分析儀進行 打樁監測、確定樁的性能、測定發揮的靜承載力和初、復打的貫入阻力。(3)1989年，美國材料試驗學會(ASTM )列入樁的高應變動力試樁方法和標準(D4945 89)，其意義和用途一節談到，本試驗方法用于獲得樁在沖擊力作用下產生的應 變或力，以及加速度、速度或位移數據。 應用這些數據可以估計樁的承載力和完整性， 還可以估計錘的性能、樁的應力和土的動力

12、特性。本方法不能代替靜荷載試樁。在測試結果分析一節談到， 記錄的數據可以用計算機分析， 包括樁的完整性評價， 打樁系統的功效和最大的打樁應力。 試驗結果也可以作用估計試驗時土的靜阻力及沿 樁身分布。分析結果可能和靜荷載試樁結果吻合或不吻合， 經常做靜、 動對比試驗是 必要的。( 4) 1988 年，英國土木工程師協會的英國樁工專業聯合會“樁試驗規范”談到，樁的動 力試驗是對單樁采用沖擊方式進行試驗，可用落錘或其他沖擊裝置測定樁的動態響 應，并以此得出土對樁的動阻力及有關的參數， 諸如單樁承載力、 土阻力分布。瞬時 沉降特性、打樁應力和樁錘特性。 不出現相對的樁土位移的貫入是不可能充分測定單 樁

13、極限承載力的。樁的完整性檢驗是為了在盡可能的范圍內研究埋入土中樁的結果完好程度， 它不 作為確定單樁承載力方法。 樁身結構完整性的檢測可以用反射波法、 振動法和聲波透 射法等方法中的一種。( 5) 1988 年，英國土木工程師協會的“英國樁工規范合同文件與測量”談到，樁動力試 驗一般是用來估計樁的承載力、 土的阻力分布、 瞬時沉降特性、 樁錘能量傳遞和打樁 應力，其結果都直接和動荷載的條件有關。樁的動力試驗，特別是試驗數據的分析，一定要由經訓練有素的工程師負責完成。樁的位移太小，就不足以發揮可能出現的土的全部阻力。樁身結果完整性可用反射波法(荷蘭應用科學研究中央國家委員會 TNO 和法國 建筑

14、與公用工程試驗研究中心 CEBTP 研制的)；振動法(穩態激振，法國 CEBTP 研 制的)和聲波透射法之一進行檢測。 習慣上是用開挖和鉆芯法對其檢測結果進行驗證。樁身結構完整性檢測結果應由有經驗的工程師分析。因為所有方法都有局限性， 反常的結果也會出現， 不能認為可以查出所有缺陷， 檢測結果可能作出這樣或者那樣 的解釋，工程師得用自己的經驗和判斷力決定某根有缺陷樁的取舍。(6) 瑞典建筑規范(SBN1975: 8)近年來補充了高應變動力試樁內容，對于打入樁，如 果抽總樁數 5的工程樁進行應力波測試和 CAPWAP 程序分析的，安全系數，對落 錘施打取 3，液壓錘施打取 2.5；抽總樁數 25

15、進行監測的， 安全系數可分別降至 2.2 和 2.0。(7) 澳大利亞樁基設計施工規范(AS2159 1978)規定，如有可靠依據，也可采用高 應變動測法或其他有效方法確定單樁豎向承載力。8) 1991 年，西德土力學基礎工程學會 AK5 分委員會“關于樁的動測建議”談到，動測 結果不僅取決于儀器，而且在很大程度上取決于檢測人員的經驗和技術。 Case 法不 宜用于樁徑大于 0.6的灌注樁。對于樁結構完整性試驗， 即使有經驗的專家也可得到 下面不同的結論:完整樁；缺陷樁；可能缺陷樁；實測信號無法解釋。9) 挪威“近海結構物的設計、建造和檢驗規范”動力公式應用一節規定，依據應力波傳 播理論確定的

16、動力打樁公式可用于確定打樁期間的貫入阻力和靜荷載的關系， 并用于 檢查打樁期間和打樁后樁土單元的應力關系。用波動方程法需輸入大量的參數。(10) 丹麥“基礎工程應用規范(DS415 1965)規定，打樁時，在一定的錘重和一定 的落高錘擊下，量測樁的貫入度，動承載力可以采用動力打樁公式確定。動力打樁 公式原則上只能用于持力層為礫石、砂或堅硬的含漂石的粘土的樁。(11) 前蘇聯“建筑法規CHMn II-(T .5-67樁基設計”規定，樁的動力試驗應記錄每 米擊數、錘平均落高、貫入度和吸著系數，吸著系數可以用復打和初打貫入度比值 得到。處于中密和密實的飽和砂以及卵石中的樁，吸著效應不明顯；處于可塑的

17、粘土 和亞粘土、松散砂類土中的樁，吸著效應明顯。當錘重與樁重之比大于 2 時，任何土層吸著效應都不體現，因為錘擊的力已大于休息后所恢復的樁側土強度（12）歐洲地基基礎規范（EUR0C0DE7）樁基礎一章規定，如果進行了場地詳堪，并且 動力試樁已和相似場地的同類型樁的靜荷載試驗進行對比試驗，可采用動測結果。 動測結果必須綜合評價，其可靠性可通過靜荷載試驗加以驗證。樁的質量和施工程序密切相關，而且沒有可靠方法進行監督。施工中已發現疑 點的樁，必須用動測法檢驗完整性或抽芯檢驗。6、高應變法動力試樁基本理論。6.1 一維波動方程樁動測技術是以一維波動方程為理論基礎。假設樁為等截面細長桿，桿四周無側阻力

18、作用，桿頂端受撞擊后，桿截面在變形后仍保持平面。如圖6-1：M-）圖6-1桿的受力取微分單元aba，bz其應變為& =，u為沿z方向位移,ab 截面受力，c = E ， F（ m-1）= Ac= A e E = AE a，b，截面受力，F（M）=AE （一；） AE -z （ -； ） dz式中：A桿截面；E桿材料彈性模量;單元abaz b受力為:2 2F M 1 Fm AE u AE u AE u dz AE f dz zzzz單元abaz b，力的平衡，F= ma m= W/g,加速度a為位移兩次求導,2uW 2uAE 2 dz2zg t式中：W單元重量；g 重力加速度;mW gAdzAd

19、z桿重量密度2 2u 2 u2 C 2 tz(6-1)(6-1)方程為二階偏微分方程，c應力波波速。6.2波動方程的波動解2 2方程 _u c2 _U的波動解為二個反向波的疊加。2 c 2tz(6-2)U( z , t)= f(z ct) + g(z+ ct)波f(z ct)以波速c沿x軸正向傳播，g( z + ct )以波速c沿x軸負向傳播，如圖(6-2):T館)行赫上(左)圖6-26.3應力波沿細長桿的傳播設波f（z ct）為下行波（入射波）WdWd = f(z ct ) = f (E)WdxWd d dtWdczWdVzdtST -Wd分別對x和t取偏導數,a ca tjV = c- F

20、 = C j=E c P片,E = c2 p ,上式兩邊乘桿截面積A,得:(6-3)Z= p Ac為桿力等阻抗， v質點運動速度假設桿端自由，當敲擊的壓應力傳至自由端時，桿端力為零，由力的平衡條件，從自 由端反射回來的波為拉力波。F=Fd + Fu=0 , F d= Fu（6-4）因此，應力波沿細長桿傳播結果為：（1）下行壓力波（V向下），遇自由端反射為上行拉力波（v向下），端點F = 0，v加倍;（2）下行壓力波（v向下），遇固定端反射為上行壓力波（v向上），端點v = 0，F加倍;（3）下行拉力波（v向上），遇自由端反射為上行壓力波（v向上），端點v加倍；（4）下行拉力波（v向上），遇固定

21、端反射為上行拉力波（v向下），端點v = 0。6.4打樁時應力波的傳播打樁時，當錘重遠小于樁重，錘對樁的作用可假定是半正弦壓力脈沖波。F (t) = Fosin(n t/ t )樁頂處應力(T o (t) = ( Fo/A) sin(n t/ t )式中T脈沖力持續時間；A樁截面積；F。一脈沖力峰值。下行應力波(T(乙t) =f(z Cot)樁頂(z=0)處(T(o,t)=f( cot)= ( Fo/A) sin( n t/ t )= ( Fo/A) sin ( n /co t )( cot)(T(z,t)=( Fo/A) sin ( n /co t )(z cot)在t= t時，即錘擊過程結

22、束的瞬時，(6-5)(T(z,t)=( Fo/A) sinn( z/co t 1)當t=L/ co即應力波到達樁底后將產生反射，后續行為將依賴于樁端支承條件圖6-3打樁時應力波的傳播(a)固定端；(b)自由端總應力等于入射波和反射波相加，壓力波如圖6-3 (a)陰影部分所示樁端如果樁尖持力層為基巖，可近似視為固定端，此時入射壓力波反射仍為壓力波,如果樁端持力層為很軟的軟土，不能限制樁端位移，可近似為自由端，反射的應力波為壓 力波，樁端總應力為入射波和反射波的代數和，其拉力波如圖 6-3 (b)陰影部分所示 實際大部分工程樁樁端持力層介于以上兩種情況之間，反射的上行波是壓力波還是拉力波 視樁端土

23、層情況，如果樁較長，樁端土為粘性土，往往反射的上行波為拉力波，當拉應力 超過混凝土的抗拉強度時，會在據樁尖一定位置把樁拉裂。工程中打樁，一般錘重為樁重的一半左右，而不是遠小于樁重，又加有錘墊和樁墊， 實際脈沖力不是簡單的半正弦脈沖，比半正弦要復雜的多。6.5上、下行波的計算圖6-4應力波沿桿件傳播自由桿受錘擊后，將產生以波速 c向下傳播的壓縮波(下行波)，經過dt時間，波行 走距離為dLdL=cdtdL長度范圍內受到壓縮的變形du，則應變為： =du/dL=du/cLt由虎克定律，桿內應力為：C =F/A=E ，F= A E du/cLt質點O運動速度為：V= du/dt= F c/E AF=

24、EA V/C, EA/c=Z ,(6-6)F=Z V式中 A - E桿截面積和彈性模量；Z桿力學阻抗。由式( 6-6)表明,在反射波來到之前,即無上行波時,力和速度是成比例的,比例系 數為Z,所以實測的力和速度波形，只有下行波時，F和Z V應該是重合的。假設上、下行波分別為 WU(t)和Wd(t)，由式(6-6)知，應力波在桿件中任何截面的軸 力和運動速度之間，在數值上保持比例關系，因此得到：下行波Wd(t)=ZV(t)(6-7)上行波Wd(t)=ZV(t)(6-8)根據線性疊加原理， 桿件任一截面在不同時刻的軸力和運動速度是上、 下行波的疊加：F(t)= Wd(t) Wu(t)( 6-9)V

25、(t)=(Wd(t)/Z)( Wu(t)/Z)(6-10)由( 6-9)( 6-10)得：F (t) V(t) Z=2Wu(t)(6-11)由( 6-9)( 6-10)得：F (t) V(t) Z=2Wd(t)(6-12)聯立方程( 6-11)和( 6-12)得到上、下行波計算公式： 下行波Wd(t)=1/2F(t)V(t) Z(6-13)上行波Wd(t)=1/2F(t)V(t) Z(6-14)6.6 樁側阻力的反射波樁頂受錘擊作用，應力波沿樁身傳播，遇樁側土摩阻力 R 時將產生上行的壓力波和下 行的拉力波(圖 6-5)上行壓力波，因是壓力波， Wu為正，運動速度向上，Vu為負值:Vu= Wu

26、/ Z(6-15)下行拉力波，拉力波 Wd為負運動，速度向上，Vd為負值:Vd= Wd/ Z( 6-16)由截面處的介質連續條件：Vu+ Vd=0(6-17)式( 6-15) 和( 6-16)代入(6-17)得：(Wu + Wd) / Z=0(6-18)由截面力的平衡條件：R= WU Wd(6-19)聯立式(6-18)和式(6-19)得：Wu=R/2Wd= R/2(6-20)所以應力波傳播過程，遇到樁側土摩阻力時，將產生上行的壓波和下行的拉力波，數 值分別為摩阻力的一半。上行為R/2的壓力波，經2X/C時刻到達測點。它對測點波形影響是，使力值增加, 速度值減小，也就是力和速度波形分開，分開距離

27、在數值上正好是樁側摩阻力值。數值-R/2的下行拉力波將和下行的錘擊波 F(t)疊加，傳播至樁底后產生反射。6.7樁身阻抗變化的反射波根據反射系數公式：Rv=(Zi 乙)/ (Zi + Z?)應力波沿桿體傳播過程，當遇阻抗變小時， 乙v乙，反射系數Rv為正，反射波與入 射壓力波同相位，即運動速度皆向下，上行波必為拉力波，所以遇阻抗變小，如縮頸、斷 樁、混凝土離析或夾泥，其反射波為拉力波。拉力波到達測點，對波形影響，使力減小，速度值增大，即力波形下移，而速度波形上移。應力波沿桿體傳播過程，當遇阻抗變大時，Z2乙，反射系數Rv為負，反射波與入射壓力波反相位，即運動速度前者向上，后者向下。所以遇阻抗變

28、大，如擴頸或嵌巖樁， 產生的反射波為壓力波。壓力波到達測點，對波形影響，使力增大，速度值減小，即力波 形上移，而速度波形下移。【例】 已知一根預應力管樁的實測力和速度波形 (圖6-6)，如何計算在ti和t2時刻的上、 下行波？已知 E=3840kN/cm 2,A=2083cm2,c=4000m/s圖6-6上、下行波計算在t1時刻力和速度峰值相等，說明t1時刻只有下行波，貝F=Z V ，Z=F/ V=8000/4=2000(kN s/m)由上、下行波計算公式(6-13)和(6-14)計算如下：t1時刻，下行波：Wdt1= (Ft1 + Vt1 Z) /2 = (8000 + 2000 X 4)

29、/2=8000 (kN)上行波W ut1=(Ft1Vt1 Z)12= (8000 2000X 4) /2=0 (kN)t2 時刻，下行波：Wd t2=( Ft 2Vt2 Z )/2 =35002000X( 0.7 ) /2=1050 ( kN)上行波W ut2=( Ft2 Vt2 Z)/2 =35002000X( 0.7)/2=2450(kN)7 、儀器設備。7.1 錘擊裝置(1) 自由落錘：錘重(1.0% 1.5%) Q(Q預估單樁極限承載力)；高徑(寬)比玄1; 鑄鐵或鑄鋼整體錘；組合錘。( 2)筒式柴油錘；蒸汽錘；液壓錘。不宜采用導桿式柴油錘(錘下落壓縮汽缸中氣體對 樁施力，F、V上升緩

30、慢，V畸變)。7.2樁墊：厚1030伽的木板或膠合板；面積比錘底面積稍大。7.3 傳感器：(1) 應變式力傳感器，應變測量范圍：混凝土樁1000卩 ；鋼樁： 15006；(2) 加速度計：(a)帶內裝放大壓電式加速度計；(b)電荷放大壓電式加速度計。量程： 樁混凝土 1000g 2000g;鋼樁 3000g 5000g。7.4 傳感器安裝：樁徑D 800伽,對稱安裝在1D處樁側表面；加速度和速度傳感器距離不大于80伽、傳感器中心軸和樁中心軸保持平行。7.5測樁儀：采樣時間間隔50200卩s;信號采樣點1024點。應具有保存、顯示F、V 信號、信號處理和分析的功能。7.6貫入度量測：采用精密水準

31、儀。采用加速度信號二次積分所得位移作為實測貫入度 辦法，存在問題：（1）貫入度為靜態位移，當頻響為零時的位移為貫入度，但是加速度計頻響永遠達不到零。（2）靜態位移為位移不隨時間變化時的值，但動測信號采集時間短，采集結束時樁運動還未停止，所以用加速度二次積分得到的動位移曲線最大值和激光位移計量測結果接近，但殘余變形（貫入度）誤差大，有時還會出現負值。& Case 法。8.1力信號量測高應變法力信號量測是將鋁合金制作的應變式傳感器（如圖7-1 ）用脹錨螺栓緊固于樁側表面，量測標距77伽，樁身的應變值，由應變值換算樁身內力。圖7-1工具式應變傳感器& =/L/L (7-1)2(T =E =c p (

32、7-2)F= t A=d p A (7-3)式中c測點處樁身應力波波速;樁身材料應變值；E 樁身材料彈性模量;P材料質量密度；A測點處樁截面積；c、F分別為測點處樁身應力和軸力。式（7-3 ）中p、A為已知常數，應變值&由測樁儀量測得到，c采用整根樁長的平均波速，一般平均波速小于樁身測點處的波速，所以用應變式傳感器實測的力值有一定誤差，當波 速誤差10%寸，可以引起20%勺力值誤差。8.2波速的確定波速和樁材料性質有關。要準確確定波速，條件是知道真實樁長和波形有明顯樁底反 射。知樁長，看不到樁底反射，只能假定波速校核樁長，這時樁底附近存在缺陷時和真 正樁底難于識別。不知樁長，能看到樁底反射，只

33、能假定波速計算樁長；如樁長20m假定波速誤差為5%則推斷的樁長誤差為10m這時無法避免把樁底附近缺陷當作樁底。不知樁長，也看不到樁底和缺陷反射，則無法確定波速。高應變從實測波形確定波速的三種方法：（1）峰一峰法如圖（7-2）所示，樁底反射峰較尖銳，可用波速的最大峰與樁底反射波峰的時間差/t確定c值，圖7-2峰一峰法(2) 上升沿一上升沿法如圖(7-3)所示，樁底反射波峰較寬，用峰一峰法誤差較大，可用上升沿一上升沿法, 即速度波上升沿(速度峰值10%位置為起點)到反射波上升沿的時間/ t確定波速。圖7-3上升沿一上升沿法(3) 上、下行波法如圖(7-4)所示，其反射峰不明顯時，可用上、下行波法，

34、即下行波峰值到上行波谷值 的時間差/ t確定波速。bU)圖7-4 上、下行波法8.3 Case法的基本假定（1樁身是等阻抗的（Z=p Ac）, Z沿樁身不變，對預制樁、預應力管樁和鋼樁在無樁 身缺陷情況下是符合的，因而實測信號除土阻力和樁底反射信號外，沒阻抗變化的反 射波；（2）動阻力集中在樁底，忽略樁側的動阻力。（3）忽略應力波在傳播過程的能量損耗。即應力波在傳播過程無波形畸變和幅值變化。8.4 Case法的數學模型（1樁體假定為均勻連續一維桿，并且樁身參數（p，E）在測試時間不變化，稱為時不 變；（2）樁周土模型Rt(b)(a)圖7-5(a)靜阻力模型土的模型(b)動阻力模型 樁的承載力為

35、土對樁的支承載力， 樁承載力達極限值時，認為是樁土界面受剪破壞。 實測總阻力為靜阻力和動阻力之和。R= Rs+Rd 受(7-4)其中Rs為靜阻力，取決于土的位移，隨著位移線性增加，直到土的最大彈性位移(Quake 值)后，Rs不隨變形增加而增加。Rd為動阻力，簡化為與樁運動速度 V成線性關系的粘滯阻尼模型。Rd=JcZV式中V樁身運動速度Z樁身阻抗JCCase阻尼系數8.5 Case法的單樁承載力由式(7-4)所示，動測總阻力由靜阻力和動阻力之和，但人們關心的是和靜荷載試 樁相對應的靜阻力Rs,要想辦法從總阻力分離出靜阻力。Goble教授研制的PDA打樁分析儀，從實測力波形和速度波形實現了這種

36、分離。Rs=R Jc(2F“一 R)(8-1)(8-2)R=1/2 F( ti)+ F( t2)+ ZV( ti) ZV( t2)(8-3)Rs=1/2(1 Jc) F(ti)+ ZVti)+ 1/2(1 + Jc) F(t2) ZVt2)式中ti、F(ti)、Vti)分別為速度第一峰的時刻、錘擊力和質點運動速度t2、F(t2)、Vt2)分別為樁底反射時刻、錘擊力和質點運動速度【例】某預制方樁，截面 0.3 x o.3m,樁長12m持力層為粉土，用筒式柴油錘復打圖8-1高應變法實測波形已知：F(t1)=4150kN; F(t2)=700kN; ZV(t1)=4150kN; ZV(t2)=350

37、0Kn;試用 Case法計算單樁極限 承載力。解樁端持力層為粉土，根據 Goble推薦的Case阻尼系數，Jc取0.3Rs=1/2(1-Jc) F(t1)+ZV(t1) +1/2(1+Jc) F(t2)- ZV(t2)=1/2(1-0.3)(4150+4150)+1/2(1+0.3)(700-3500)=2905-1820=1085kN單樁極限承載力為1085 kN9.波形擬合法。9.1擬合原理：波形擬合法是利用計算機軟件對波形問題進行數值計算，反演樁、土的參數過程。將樁劃分若干分段（單元），假定各單元的樁、土參數（樁：E、A、c； 土： Rs（Ru） Q（S）、Jc、Jet）,利用實測的速度

38、波形（或力、上行波、下行波）作為輸入邊界條件進行 波動程序計算， 反算樁頂力波形 （或速度、上行波、下行波） ，若計算的波形和實測的波形 不吻合，改變樁、土參數，反復計算，直至兩者吻合程變良好并且不易進一步改善為止， 從而得到單樁極限承載力、樁側、端阻分布、計算的QHs曲線和樁身完整性。9.2 擬合結果評價 良好的擬合結果應滿足：（ 1） 選用的參數應在巖土工程合理范圍；（2）擬和時間段應在ti+2L/c +20ms;柴油錘打樁波形應在ti+2L/c +30ms；（ 3） 土阻力響應段波形應吻合，其他區段波形基本吻合；（ 4） 各單元假定的 Qk（Sq） 值不大于計算值；（ 5） 貫入度計算值

39、和實測值接近。10工程實例【例1】直徑0.55 m,樁長21m預應力管樁，樁端持力層硬塑堅硬粘土，筒式柴油錘施 打，圖 1 0-1為波形擬合法結果，（a實測F、V波形； （b）擬合力波形；（c）擬合速度波形；（d）上、下行波；（e）計算速度波形；（f）計算位移波形；（g）計算Cs曲線和阻力分布。由此看出：（1）該樁屬摩擦端承樁，Qu=3960kN,端阻1012kN （占26%）,側阻2947kN（占 74%），波速 c=4200m/s；（2）樁位移最大值滯后速度最大值，滯后時間，樁頂2.6ms、樁中6ms、樁底4.5ms。圖 10-1預應力管樁波形擬合法m/s MNMN6bEJS5:015Ki

40、lH 2、D 二 1 勺“s坐茨【例2】由實測的F、V波形定性判斷樁承載力大小（圖10-2）冶）3圖10-2打樁實測波形根據圖10-2中波形分析如下：波形是打樁期間進行測試，粧很容易打人.從波形特征 反映*幾乎無樁側、端阻力（占）波形表明*樁側阻力很小，幾乎無端承力。（小波形表明、松側陽力很大。3）波形衷明，側阻力小.端阻力大p3）波形表明，僅有樁端阻力無側阻力（/）波型表明，側阻力較大，端阻力很大也【例3】由實測波形定性判斷打樁過程樁承載力變化（圖10-3）圖10-3樁打入過程實測波形之一應力波沿樁身傳播，遇土阻力時要產生上行壓力波。它使測點的力波上升，使速度波 下降，所以土阻力愈大，力和速

41、度二者分開距離愈大。從圖10-3看出：（a）、（b）波形表明，2L/C前力F和速度V波形分開距離不太大，樁尖反射強烈，說 明樁身處于較差土層，側阻力不大，樁尖未進入持力層，端阻力很小。（c）波形表明，樁已進入好土層，側阻增大，端阻力在提高。（d）波形表明，2L/C以后，速度波往下拉很多，樁已進好持力層，端阻力大大增加【例4】初打和復打實測波形比較(圖10-4)。0O.5X 0.5m方樁，樁長37m 土層分布：淤泥、淤泥質粉土，持力層為殘積土，(a) 初打實測F、V波形，定性判斷承載力極低，(b) 過3d復打，經波形擬合法分析 Q=2500kN 28d后靜載試樁，Q=4500kN。0.5X 0.

42、5m方樁，樁長40m 土層分布同上，(c) 初打實測F、V波形，定性判斷承載力不高，(d) 過4d復打，側阻、端阻明顯提高，經波形擬合法分析，Q4500kN=圖 10-4初打與復打對比波形【例5】由實測波形定性判斷樁身完整性（圖10-5）打樁時，應力波沿樁身傳播，遇樁身有缺陷時，反射為拉力波。上行拉力波到了測點， 使速度波上升，力波下降。圖10-5中（a）波形表明樁身無缺陷；（b）、（ c）波形的2L/c 以前速度波位于力波的上面，表明樁身有嚴重缺陷，該缺陷可能是樁身產生裂縫。而且， 裂縫隨錘擊數的增加而加大。圖 10-5樁打入過程實測波形【例6】由實測波形判斷波形異常原因(圖10-6)(a)

43、 波形正常；(b) 波形異常，力傳感器未上緊，波形震蕩；(c) 波形異常，近測點混凝土塑性變形，波形不回零；(d) F大于V,近測點有擴徑或混凝土硬塊和樁相連；(e) V大于F,近測點有縮頸；(f) V大于F,同時F不回零，近測點有裂縫，或新接樁頭和樁身沒牢固連接I h圖10-6實測異常波形【例7】摩擦樁實測波形和靜載承載力（圖 10-7）。人工挖孔灌注樁，樁徑1.1 m （包含護壁厚0.15m,地面下3.0m無護壁），樁長12.4m, 土層分布：粉質粘土、持力層為密實砂層，該樁為1994年全國第一次動測資質考試北京基 地考試樁，樁底放入0.5m稻草籠（對參考單位保密），（a）為高應變實測F、

44、V波形，（b） 為靜載試樁CHs曲線，Qa=1950kN, s=22伽，按照樁頂沉降大于前一級荷下沉降量的5倍判定，其單樁極限承載力 Q=1800kN,相應沉降s=6.9伽。該樁參考單位104家，用波形擬合法分析45家，所得Qma=3600kN,相應沉降s=11.4m, Qs曲線呈陡降型，單樁極限承載力Q=3400kN,相應沉降 6.8mm由實測波形判斷，該樁為摩擦端承樁，波形正常，波形擬合結果和靜載結果比較，誤 差很小。MN買朮f計算Jni/$15maLc；.1i1-L:1S曲疑Q j曲線團ST 實潴波形、植合曲我和屏剝對比3麗空耐険極仙謝陶與動超砒【例12】人工挖孔灌注樁。樁徑1.6m（含

45、護壁），樁長18.8m，土層分布：淤泥質粉沙砂、 粉細砂、粉質粘土（軟塑硬塑），樁端持力層為強風化泥巖。圖10-12（a）高應變實測波形；（b）靜荷載Qs曲線，Qa=12000kN,s=87mm曲線為緩變 形。按照s=40mn所對應的荷載為單樁極限承載力，Q=10000kN,設計要求Q=13500kN,不滿 足設計要求。高應變法動力試樁，錘重80kN,按照錘重=1%估極限承載力要求，錘重應為100kN 140kN,錘重偏小，產生的樁頂動位移僅為 5.2mm波形擬合法得到的承載力底于靜荷載試 樁很多。從波形定性分析，承載力信息很少，同時樁底反射強烈并且峰寬。圖10-12實測波形和靜載 Qs曲線（

46、a）高應變實測波形；（b）靜載Qs曲線【例13】0.5m x 0.5m預制樁，樁長37m (3節樁，)土層為淤泥和淤泥質粘土，樁端持力 層為殘積土。圖10-13(a)高應變法初打實測波形，接頭處較明顯反射；(b)休止3天后復打實測波 形。波形擬合法,初打承載力Q=500kN;休止3天后承載力Q=2500kN 28天后靜載荷實驗 Q=4500kN。規范規定，承載力檢測休止時間，砂土 7天，粉土 10天；非飽和粘土 15天；飽和粘 土 25天，泥漿護壁灌注樁適當延長休止時間。M/S F俯n(a)初打(b)3d后復打【例14】O.5mx 0.5m預制樁，樁長40m和49m 土層為淤泥質粘土，樁端持力

47、層為強風化xJU巖0圖10-14，(a)樁長49m初打實測波形，從波形定性判斷無承載力；(b)樁長40m初打實測波形，從波形定性判斷有一定承載力；(c)樁長40m休止4天后復打實測波形，測阻和端阻都較大，波形擬合法分析，Q=5200kN.M/S FtMNFor.Ve.L/06(a)L=49m 初打MSECL/C(c)L=40m休止4天初打For.L/C圖10-14高應變初、復打實測波形比較【例15】泥漿護壁鉆孔灌注樁，樁徑 0.5m，樁長13.5m圖10-15為高應變法實測波形.從力波形看出，信號不回零，始終處于壓應力，原因可 能是測點處混凝土質量差，混凝土產生塑性變形，變形不能全部恢復所致。

48、注意：（1）測點處混凝土質量欠佳，測的應力偏大，換算的F=c2p A&偏大，會高估承載力。 測點距樁頂為1.5D2.0D（D為樁徑），根據彈性力學圣維南原理“如果物體的一 小部分邊界上的面力變換為靜力學上的等效面力，那么近處的應力分布將有顯著的改變， 但遠處的影響可以不計”，則點離錘擊點有一定距離，可避免樁頂復雜的應力狀態，錘的接 觸條件對樁身應力分布影響可忽略不計。msecL/C【例16】高應變法傳感器安裝不當，樁頭裂縫實測波形圖10-16(a)力傳感器未上緊，產生頻率和傳感器自振頻率相當的振蕩頻率波形,1OOOHZ.(b)樁頭裂縫實測波形.圖10-16力傳感器未上緊和樁頭開裂波形1-* 5

49、3k(a)力傳感器未上緊nsecL/rfOOOHttonPl 月-L/C68(b)樁頭開裂Fxl= 57.51 旳迄二 67.【例17】高應變法錘擊偏心和膨脹螺栓質量差的實測波形。圖10-17(a)錘擊偏心實測波形(如用強夯錘作為錘擊設備)(b)膨脹螺栓質量差,套管和栓體間隙過大，使得力傳感器受拉，力信號不回零。ton388128 s h - i- 八、二28Fftxl= S49.95Fx2= 48.08Fl F2 -L/C(a)錘擊偏心實測波形Frxl= 548.9S FhxZ= 4乩同HSFCL/C圖10-17錘擊偏心和膨脹螺栓質量差實測波形【例18】短樁的實測波形圖10-18為樁長5.5

50、m,樁徑0.8m的灌注樁高應變實測波形，由于樁短信號的峰值 和樁底反射回來的反射波疊加，難于找到反射時刻，無法確定波速，只能用低應變法實測 波速。For.叩 MSECL/C圖10-18主峰與反射峰重疊【例19】O.35mx 0.35m預制樁，樁長10m持力層為中砂，圖10-19(a)(b)為同一跟樁、 相同錘重、相同落高得到的不完全一樣的波形，也就是高應變法實測波形重復性不如低應 變法信號重復性好。原因：(1)高應變法錘擊能量大，樁受錘擊后，樁側樁端土受擾動；(2) 樁受錘擊產生殘余應力；(3) 樁端土被壓密；(4) 樁身有可能產生微裂縫。【例20】導桿式柴油錘作為錘擊設備實測波形圖10-20(a)為導桿式柴油錘作為錘擊設備的實測波形；(b)為導桿式柴油錘打冷錘 的實測波形。導桿式柴油錘靠錘頭下落壓縮汽缸中氣體對樁施加荷載，空氣壓縮過程緩慢，歷時 較長，波形上升緩慢，速度是由加速度信號積分得到，積分誤差積累，使F、V信號不同步, V低于F信號. 3-.5(b)導桿式柴油錘