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管桩检测及承载力计算

　　管桩检测 1、管桩检测规范应严格按照《基桩高应变动力检测规程》（JGJ 106-97）中相关规定执行。 2、检测仪器管桩高应变动力检测仪器目前国内市场种类较多，所选进口或国产仪器均应满足规程中相关规定。目前国外引进的仪器有瑞典PID打桩分析仪、荷兰TNO基桩诊断系统、美国桩基动力学公司PDA打桩分析仪，国内的有中国建筑科学研究院FEI-C型桩基动测分析系统、中交三航局SDF-1型打桩分析仪、中科院武汉岩土所RSM系列动测仪、武汉岩海工程技术有限公司RS系列桩基动测仪等型号。 武汉岩海公司RS-1616K(PLUS)/1616K动测仪高应变系统 主要用途: • 高应变测桩主要特点: • 电性能指标高，机械故障率低 • 即现速度、力曲线和承载力与打击力 • 高应变实时监控大于130锤/分钟存取信号 • 任选RS模式和PDA模式从事高应变检测 • 自动实现连续采集、叠加、平衡调节功能 • 兼容速度计和国产或进口内装式加速度计 中科院武汉岩土所RSM—24FD浮点工程动测仪 是针对目前市政工程、铁路交通、地质勘察等检测 工作研制开发的产品，应用多项最新技术，能有效完成基桩高低应变法检测；单孔波速、振动、瑞雷波测试；其它工程动态信号检测；…。是目前我国 工程界广泛采用的主流机型，深得广大用户的喜爱。 美国桩基动力学公司PAK型PDA高应变桩基动测专用仪器 Case法承载力。 侧摩阻力和端阻力。 最大压应力、加速度和位置。 桩身最大拉应力。 计算的桩端应力。 桩身结构完整性，缺损程度及位置。 传递给桩的最大能量。 锤垫层刚度（蒸汽锤/钢桩） 每分钟锤击数，检验打桩系统。 可显示力、速度、动能、位移、阻力、上下行波的时标曲线，可以用来校核波速。 现场就可通过内置的CAPWAPC拟合软件作曲线拟合计算，得到总承载力、桩端土阻力、桩侧土阻力、桩侧土阻力分布等参数智能化操作设计。 美国桩基动力学公司PAL型PDA高应变桩基动测专用仪器 PAL-L型 PAL-R型 3、管桩打桩监控打桩监控试验使用两个应力传感器和两个加速度传感器对称固定在桩顶附近或钢铸替打上，随连续锤击沉桩过程，记录每一锤作用下检测截面M 处的力F(t)和速度V(t)与阻抗Z 乘积的变化，然后利用一系列波动理论计算方法，从中可以获取大量的重要信息和分析结果。概括起来可以得到以下三个方面的结果：⑴基桩的可打性分析，即通过桩身锤击应力监测和锤击能量监测，评判打桩机能否适应场地工程地质条件将桩有效地打入设计深度；⑵桩身结构完整性；⑶基桩竖向极限承载力。 3.1桩身最大锤击应力监测 在混凝土预制桩的低应变动力检测中常常发现桩身某处严重破损或接桩处焊接开裂等工程质量问题，这是由于桩端从软土层突然进入较大阻力的硬土层时使桩身锤击压应力增大，或桩端穿过硬土层突然进入软夹层时使桩身锤击拉应力增大所致。因此，桩身最大锤击应力监测包括桩身锤击压应力和锤击拉应力两部分。 根据波动理论推导，桩身最大锤击拉应力可按下式计算 式中：σt：桩身最大锤击拉应力，kPa； x：计算点与测点之间的距离，m。 桩身最大锤击压应力可按下式计算： 式中：σp：桩身最大锤击拉应力,kPa； Fmax：实测最大打击力,kN。 根据规范[2]规定，混凝土预制桩桩身最大锤击压应力σp 应小于桩材轴心抗压强度设计值，桩身最大锤击拉应力σt 应在（0.25～0.33）σp 之间。 3.2锤击能量监测 打桩锤实际传递给桩的能量可按下式计算： 式中：En：桩锤实际传递给桩的能量,kJ； T：采样结束的时刻。 国内通常使用柴油打桩锤，桩锤实际传递给桩的能量En 与已知的额定能量之比称为桩锤效率。对于混凝土预制桩，该值一般介于0.20～0.30 之间。 3.3 桩身结构完整性监测 在连续的锤击作用下常常会引起桩身缺陷或接桩开焊，发现和计算缺陷位置和缺陷大小尤为重要。打桩监控试验可以观察连续锤击下缺陷的位置和缺陷逐步扩大或逐步闭合全过程的变化情况。在监测过程中一般情况下是首先对力和速度（或上行波）曲线作定性分析，及时发现缺陷和位置并注意观察。由于打入桩一般等截面，桩身规则且材质均匀，桩身截面力学阻抗相同，因此桩顶以下第一个缺陷可以采用结构完整性系数β法进行准定量计算： 式中：β：桩身结构完整性系数； t1：速度第一峰所对应的时刻,ms； tx：缺陷反射峰所对应的时刻,ms； ΔR：缺陷以上部位土阻力估计值。 桩身缺陷位置可按下式计算： 3.4 单桩竖向极限承载力监测 在连续的锤击作用下，桩身不断下沉，桩周土和桩端土阻力不断地被发挥出来，土阻力产生的阻力波使得实测曲线F(t)、V(t)上下分离，应用一维波动方程和桩一土体系的数学模型确定单桩竖向极限承载力。 桩打入地下设计标高时所测到的桩侧和桩端静土阻力值之和称为初打承载力，如果经过复打试验获得桩在地基土中的时间效应系数，就可以根据二者的乘积推算出不同龄期单桩竖向承载力值。 一般情况下，对打入桩单桩竖向极限承载力监测分为两个阶段：一是现场进行CASE 法分析，二是室内进行实测波形拟合（CAPWAP）法计算。 CASE 法是在一些理想假设基础上提出的，是一种半经验算法，比如它要求桩呈一维弹性体且桩身阻抗相等；应力波在传播过程中，桩侧没有动阻尼，动阻尼主要集中在桩端；桩-土体系满足质量-弹簧-阻尼系统等。CASE 法在现场能粗略地提供桩承载力结果，常用以下公式进行计算： 式中：Rc：单桩竖向极限承载力,kN； JC：CASE 阻尼系数； t1：速度峰值对应的时刻,ms； Z：桩身截面力学阻抗,kN﹒s/m； L：测点以下桩长,m。 从上式中不难看出，影响计算结果的主要参数是带有经验性的JC 值。回到室内采用实测波形拟合（CAPWAP）法计算可以大大提高测试精度。CAPWAP 法与CASE 法相比是截然不同的两种思路，它是利用实测波形中的一条曲线（F、V 或上、下行波）通过设定桩土参数进行波动方程拟合计算，得到另一条曲线的计算值，然后与实测曲线相比较，如不符合，重新调整桩土参数，再重新迭代计算，重复上述过程。经过循环计算直到获得满意的拟合结果为止，最终确定出符合实际桩土体系的所有参数值，得到桩身摩阻力、桩端土阻力、桩身分段土阻力和总阻力。 管桩检测 1、管桩检测规范应严格按照《基桩高应变动力检测规程》（JGJ 106-97）中相关规定执行。 2、检测仪器管桩高应变动力检测仪器目前国内市场种类较多，所选进口或国产仪器均应满足规程中相关规定。目前国外引进的仪器有瑞典PID打桩分析仪、荷兰TNO基桩诊断系统、美国桩基动力学公司PDA打桩分析仪，国内的有中国建筑科学研究院FEI-C型桩基动测分析系统、中交三航局SDF-1型打桩分析仪、中科院武汉岩土所RSM系列动测仪、武汉岩海工程技术有限公司RS系列桩基动测仪等型号。武汉岩海公司RS-1616K(PLUS)/1616K动测仪高应变系统主要用途: • 高应变测桩主要特点: • 电性能指标高，机械故障率低 • 即现速度、力曲线和承载力与打击力 • 高应变实时监控大于130锤/分钟存取信号 • 任选RS模式和PDA模式从事高应变检测 • 自动实现连续采集、叠加、平衡调节功能 • 兼容速度计和国产或进口内装式加速度计 中科院武汉岩土所RSM—24FD浮点工程动测仪是针对目前市政工程、铁路交通、地质勘察等检测 工作研制开发的产品，应用多项最新技术，能有效完成基桩高低应变法检测；单孔波速、振动、瑞雷波测试；其它工程动态信号检测；…。是目前我国 工程界广泛采用的主流机型，深得广大用户的喜爱。 美国桩基动力学公司PAK型PDA高应变桩基动测专用仪器 Case法承载力。 侧摩阻力和端阻力。 最大压应力、加速度和位置。 桩身最大拉应力。 计算的桩端应力。 桩身结构完整性，缺损程度及位置。 传递给桩的最大能量。 锤垫层刚度（蒸汽锤/钢桩） 每分钟锤击数，检验打桩系统。 可显示力、速度、动能、位移、阻力、上下行波的时标曲线，可以用来校核波速。 现场就可通过内置的CAPWAPC拟合软件作曲线拟合计算，得到总承载力、桩端土阻力、桩侧土阻力、桩侧土阻力分布等参数智能化操作设计。美国桩基动力学公司PAL型PDA高应变桩基动测专用仪器 PAL-L型 PAL-R型 3、管桩打桩监控打桩监控试验使用两个应力传感器和两个加速度传感器对称固定在桩顶附近或钢铸替打上，随连续锤击沉桩过程，记录每一锤作用下检测截面M 处的力F(t)和速度V(t)与阻抗Z 乘积的变化，然后利用一系列波动理论计算方法，从中可以获取大量的重要信息和分析结果。概括起来可以得到以下三个方面的结果：⑴基桩的可打性分析，即通过桩身锤击应力监测和锤击能量监测，评判打桩机能否适应场地工程地质条件将桩有效地打入设计深度；⑵桩身结构完整性；⑶基桩竖向极限承载力。 3.1桩身最大锤击应力监测 在混凝土预制桩的低应变动力检测中常常发现桩身某处严重破损或接桩处焊接开裂等工程质量问题，这是由于桩端从软土层突然进入较大阻力的硬土层时使桩身锤击压应力增大，或桩端穿过硬土层突然进入软夹层时使桩身锤击拉应力增大所致。因此，桩身最大锤击应力监测包括桩身锤击压应力和锤击拉应力两部分。根据波动理论推导，桩身最大锤击拉应力可按下式计算式中：σt：桩身最大锤击拉应力，kPa； x：计算点与测点之间的距离，m。桩身最大锤击压应力可按下式计算：式中：σp：桩身最大锤击拉应力,kPa； Fmax：实测最大打击力,kN。根据规范[2]规定，混凝土预制桩桩身最大锤击压应力σp 应小于桩材轴心抗压强度设计值，桩身最大锤击拉应力σt 应在（0.25～0.33）σp 之间。 3.2锤击能量监测 打桩锤实际传递给桩的能量可按下式计算：式中：En：桩锤实际传递给桩的能量,kJ； T：采样结束的时刻。国内通常使用柴油打桩锤，桩锤实际传递给桩的能量En 与已知的额定能量之比称为桩锤效率。对于混凝土预制桩，该值一般介于0.20～0.30 之间。 3.3 桩身结构完整性监测 在连续的锤击作用下常常会引起桩身缺陷或接桩开焊，发现和计算缺陷位置和缺陷大小尤为重要。打桩监控试验可以观察连续锤击下缺陷的位置和缺陷逐步扩大或逐步闭合全过程的变化情况。在监测过程中一般情况下是首先对力和速度（或上行波）曲线作定性分析，及时发现缺陷和位置并注意观察。由于打入桩一般等截面，桩身规则且材质均匀，桩身截面力学阻抗相同，因此桩顶以下第一个缺陷可以采用结构完整性系数β法进行准定量计算：式中：β：桩身结构完整性系数； t1：速度第一峰所对应的时刻,ms； tx：缺陷反射峰所对应的时刻,ms； ΔR：缺陷以上部位土阻力估计值。桩身缺陷位置可按下式计算： 3.4 单桩竖向极限承载力监测 在连续的锤击作用下，桩身不断下沉，桩周土和桩端土阻力不断地被发挥出来，土阻力产生的阻力波使得实测曲线F(t)、V(t)上下分离，应用一维波动方程和桩一土体系的数学模型确定单桩竖向极限承载力。桩打入地下设计标高时所测到的桩侧和桩端静土阻力值之和称为初打承载力，如果经过复打试验获得桩在地基土中的时间效应系数，就可以根据二者的乘积推算出不同龄期单桩竖向承载力值。一般情况下，对打入桩单桩竖向极限承载力监测分为两个阶段：一是现场进行CASE 法分析，二是室内进行实测波形拟合（CAPWAP）法计算。 CASE 法是在一些理想假设基础上提出的，是一种半经验算法，比如它要求桩呈一维弹性体且桩身阻抗相等；应力波在传播过程中，桩侧没有动阻尼，动阻尼主要集中在桩端；桩-土体系满足质量-弹簧-阻尼系统等。CASE 法在现场能粗略地提供桩承载力结果，常用以下公式进行计算：式中：Rc：单桩竖向极限承载力,kN； JC：CASE 阻尼系数； t1：速度峰值对应的时刻,ms； Z：桩身截面力学阻抗,kN﹒s/m； L：测点以下桩长,m。从上式中不难看出，影响计算结果的主要参数是带有经验性的JC 值。回到室内采用实测波形拟合（CAPWAP）法计算可以大大提高测试精度。CAPWAP 法与CASE 法相比是截然不同的两种思路，它是利用实测波形中的一条曲线（F、V 或上、下行波）通过设定桩土参数进行波动方程拟合计算，得到另一条曲线的计算值，然后与实测曲线相比较，如不符合，重新调整桩土参数，再重新迭代计算，重复上述过程。经过循环计算直到获得满意的拟合结果为止，最终确定出符合实际桩土体系的所有参数值，得到桩身摩阻力、桩端土阻力、桩身分段土阻力和总阻力。