高应变试桩 - 图文(2)

2019-09-01 00:08

5、国外有关规范、标准和文献对桩动测法的规定:

(1)1983年,国际土力学基础工程学会(ISSMFE)野外试验室委员会推荐的“桩轴向荷

载试验——动荷载方法”中谈到,高应变法可以确定桩承载力,桩承载力的动测方法可以用于设计,也可作为施工控制。如果锤击能量不足以充分发挥土的强度,那么任何动承载力的测定方法都将不能准确测定桩的承载力,如同静荷载试验中没有施加足够的作用荷载一样,也不能测得桩的极限承载力。

(2)1987年,加拿大结构规范(国家标准)的桩基础一节,认为可以用打桩分析仪进行

打桩监测、确定桩的性能、测定发挥的静承载力和初、复打的贯入阻力。

(3)1989年,美国材料试验学会(ASTM)列入桩的高应变动力试桩方法和标准(D4945

——89),其意义和用途一节谈到,本试验方法用于获得桩在冲击力作用下产生的应变或力,以及加速度、速度或位移数据。应用这些数据可以估计桩的承载力和完整性,还可以估计锤的性能、桩的应力和土的动力特性。本方法不能代替静荷载试桩。

在测试结果分析一节谈到,记录的数据可以用计算机分析,包括桩的完整性评价,打桩系统的功效和最大的打桩应力。试验结果也可以作用估计试验时土的静阻力及沿桩身分布。分析结果可能和静荷载试桩结果吻合或不吻合,经常做静、动对比试验是必要的。

(4)1988年,英国土木工程师协会的英国桩工专业联合会“桩试验规范”谈到,桩的动

力试验是对单桩采用冲击方式进行试验,可用落锤或其他冲击装置测定桩的动态响应,并以此得出土对桩的动阻力及有关的参数,诸如单桩承载力、土阻力分布。瞬时沉降特性、打桩应力和桩锤特性。不出现相对的桩土位移的贯入是不可能充分测定单桩极限承载力的。

桩的完整性检验是为了在尽可能的范围内研究埋入土中桩的结果完好程度,它不作为确定单桩承载力方法。桩身结构完整性的检测可以用反射波法、振动法和声波透射法等方法中的一种。

(5)1988年,英国土木工程师协会的“英国桩工规范合同文件与测量”谈到,桩动力试

验一般是用来估计桩的承载力、土的阻力分布、瞬时沉降特性、桩锤能量传递和打桩应力,其结果都直接和动荷载的条件有关。

桩的动力试验,特别是试验数据的分析,一定要由经训练有素的工程师负责完成。

桩的位移太小,就不足以发挥可能出现的土的全部阻力。

桩身结果完整性可用反射波法(荷兰应用科学研究中央国家委员会TNO和法国建筑与公用工程试验研究中心CEBTP研制的);振动法(稳态激振,法国CEBTP研制的)和声波透射法之一进行检测。习惯上是用开挖和钻芯法对其检测结果进行验证。

桩身结构完整性检测结果应由有经验的工程师分析。因为所有方法都有局限性,反常的结果也会出现,不能认为可以查出所有缺陷,检测结果可能作出这样或者那样的解释,工程师得用自己的经验和判断力决定某根有缺陷桩的取舍。

(6)瑞典建筑规范(SBN1975:8)近年来补充了高应变动力试桩内容,对于打入桩,如

果抽总桩数5%的工程桩进行应力波测试和CAPWAP程序分析的,安全系数,对落锤施打取3,液压锤施打取2.5;抽总桩数25%进行监测的,安全系数可分别降至2.2和2.0。

(7)澳大利亚桩基设计施工规范(AS2159——1978)规定,如有可靠依据,也可采用高

应变动测法或其他有效方法确定单桩竖向承载力。

(8)1991年,西德土力学基础工程学会AK5分委员会“关于桩的动测建议”谈到,动测

结果不仅取决于仪器,而且在很大程度上取决于检测人员的经验和技术。Case法不宜用于桩径大于0.6的灌注桩。对于桩结构完整性试验,即使有经验的专家也可得到下面不同的结论:完整桩;缺陷桩;可能缺陷桩;实测信号无法解释。

(9)挪威“近海结构物的设计、建造和检验规范”动力公式应用一节规定,依据应力波传

播理论确定的动力打桩公式可用于确定打桩期间的贯入阻力和静荷载的关系,并用于检查打桩期间和打桩后桩土单元的应力关系。用波动方程法需输入大量的参数。 (10)丹麦“基础工程应用规范(DS415——1965)规定,打桩时,在一定的锤重和一定

的落高锤击下,量测桩的贯入度,动承载力可以采用动力打桩公式确定。动力打桩公式原则上只能用于持力层为砾石、砂或坚硬的含漂石的粘土的桩。

(11)前苏联“建筑法规СНИПII-σ.5-67——桩基设计”规定,桩的动力试验应记录每

米击数、锤平均落高、贯入度和吸着系数,吸着系数可以用复打和初打贯入度比值得到。

处于中密和密实的饱和砂以及卵石中的桩,吸着效应不明显;处于可塑的粘土和亚粘土、松散砂类土中的桩,吸着效应明显。

当锤重与桩重之比大于2时,任何土层吸着效应都不体现,因为锤击的力已大

于休息后所恢复的桩侧土强度。

(12)欧洲地基基础规范(EUROCODE7)桩基础一章规定,如果进行了场地详堪,并且

动力试桩已和相似场地的同类型桩的静荷载试验进行对比试验,可采用动测结果。动测结果必须综合评价,其可靠性可通过静荷载试验加以验证。

桩的质量和施工程序密切相关,而且没有可靠方法进行监督。施工中已发现疑点的桩,必须用动测法检验完整性或抽芯检验。 6、高应变法动力试桩基本理论。 6.1一维波动方程

桩动测技术是以一维波动方程为理论基础。

假设桩为等截面细长杆,杆四周无侧阻力作用,杆顶端 受撞击后,杆截面在变形后仍保持平面。如图6-1:

图6-1杆的受力

取微分单元aba'b'其应变为ε= ,u为沿z方向位移, ab截面受力,σ=Eε,F(M-1)=Aσ=AεE=AE ?u? z, a'b'截面受力,F?u??u(M)=AE( ? z )-AE ? z( ? z )dz 式中:A—杆截面;E—杆材料弹性模量;

单元aba'b'受力为:

?u??u?2u??2uF?M?1??F?M??AE??AE?AE2dz??AE2dz???z??z?z?z ? 单元aba'b'力的平衡,F=ma,m=W/g,加速度a为位移两次求导,

?2uW?2uAE2dz?g?t2?zWgm?杆重量密度 ? ? AdzAdz2?2u2?u?c?t2?z2 式中:W—单元重量;g —重力加速度;

(6-1)方程为二阶偏微分方程, c— 应力波波速。 6.2波动方程的波动解

c= E

?(6-1)

方程 ? u 2 ? u 的波动解为二个反向波的叠加。 ? c

?t2?z222U( z , t )= f(z-ct)+g(z+ct) (6-2) 波f(z-ct)以波速c沿x轴正向传播,g(z+ct)以波速c沿x轴负向传播,如图(6-2):

图6-2

6.3应力波沿细长杆的传播

设波f(z-ct)为下行波(入射波)Wd Wd =f(z-ct)=f(ξ) ξ=z-ct Wd分别对x和t取偏导数,

?Wd?? ? z ,?Wd?Wdd??Wd????c?x??dt?z ,

,E=c2.ρ ,

上式两边乘杆截面积A,得:

,, (6-3)

Z=ρAc为杆力等阻抗, ν— 质点运动速度

假设杆端自由,当敲击的压应力传至自由端时,杆端力为零,由力的平衡条件,从自由端反射回来的波为拉力波。

F=Fd+Fu=0 , Fd=-Fu (6-4) 因此,应力波沿细长杆传播结果为:

(1)下行压力波(ν向下),遇自由端反射为上行拉力波(ν向下),端点F=0,ν加倍; (2)下行压力波(ν向下),遇固定端反射为上行压力波(ν向上),端点ν=0,F加倍; (3)下行拉力波(ν向上),遇自由端反射为上行压力波(ν向上),端点ν加倍; (4)下行拉力波(ν向上),遇固定端反射为上行拉力波(ν向下),端点ν=0。 6.4打桩时应力波的传播

打桩时,当锤重远小于桩重,锤对桩的作用可假定是半正弦压力脉冲波。


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