第五届桩基峰会-深基础测试技术的新发展.pptx

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深基础测试技术的深基础测试技术的新进展新进展设备、设备、分析和方分析和方法法LiqunLiang,Ph.D.,P.E.,PileDynamics,Inc.30725AuroraRoadCleveland,OH44139,USA2015,PileDynamics1内容：

高应变动载试验方法LRFD（荷载和抗力系数）设计方法和规范应用和经济效益新进展桩身完整性试验方法（高/低应变、跨孔超声、TIP等）热异常完整性检测低应变法的进展2高应变试验2.信号拟合（CAPWAP）更准确的总阻力阻力沿桩身和在桩底的分布更准确的沿桩身各点的应力不均匀桩和复杂的土况模拟静载试验结果3沉降量沉降量荷载荷载1.采集数据和CASE法应力桩身完整性锤性能实时计算打桩时的土阻力（假定阻尼系数）LRFD（荷载和抗力系数）设计方法Rn名义土抗力（NominalResistance）为抗力系数（Resistancefactor）Qi为第i种类荷载i为荷载系数（Loadfactor）;i为荷载修正系数（Loadmodifier）;公式左边是荷载乘以对应系数之和，右边和传统意义上的极限承载力一致。

土阻力系数的取值确定承载力的方法有关4AASHTO2014打入桩抗力系数5确定方法确定方法阻力系数阻力系数至少一个静至少一个静载试验加上至少加上至少对两个（不少于两个（不少于2%）生）生产桩进行行动载试验0.8至少一个静至少一个静载试验0.75对所有生所有生产桩进行行动荷荷载测试加信号加信号拟合合0.75用用动载测试加信号加信号拟合来制定停合来制定停锤准准则，对至少至少2根根（不少于（不少于2%）生）生产桩动测来控制来控制质量量0.65仅用波用波动方程分析（无方程分析（无动载测试）或荷）或荷载测试来制定来制定停停锤准准则，加上，加上现场观察来保察来保证锤性能性能0.5用用FHWA修改的盖茨（修改的盖茨（Gates）动力公式制定停力公式制定停锤准准则（仅限于初打限于初打结束束时）0.4用用AASHTO10.7.3.8.5指定的工程新指定的工程新闻（EngineeringNews）动力公式制定停力公式制定停锤准准则（仅限于初打限于初打结束束时）0.1年钻孔桩打入桩总数总数2005$9,438,000$10,705,041$20,143,0412006$10,728,331$18,836,927$29,565,2582007$11,193,633$15,948,151$27,141,7842008$9,669,093$26,591,945$36,261,0392009$7,470,894$25,308,605$32,779,4992010$9,064,681$26,211,622$35,276,304总数$57,564,633$123,602,290$181,166,923年动载试验静载试验总数总数2005$290,421$15,500$305,9212006$273,315$40,000$313,3152007$379,750$379,7502008$528,076$59,806$587,8822009$380,863$70,000$450,8632010$483,557$35,000$518,557总数总数$2,335,982$220,306$2,556,288$2.5M/$123.6M=2%试验试验费用费用/打入桩成本打入桩成本俄亥俄州俄亥俄州桩花费桩花费:

试验费用试验费用:

PeterNarsavageOhioDeptofTransportation2011PDCADICEPprogram,Orlando年钻孔桩打入桩总数2005$9,438,000$10,705,041$20,143,0412006$10,728,331$18,836,927$29,565,2582007$11,193,633$15,948,151$27,141,7842008$9,669,093$26,591,945$36,261,0392009$7,470,894$25,308,605$32,779,4992010$9,064,681$26,211,622$35,276,304Total$57,564,633$123,602,290$181,166,923YearDynamicStaticTotal2005$290,421$15,500$305,9212006$273,315$40,000$313,3152007$379,750$379,7502008$528,076$59,806$587,8822009$380,863$70,000$450,8632010$483,557$35,000$518,557Total$2,335,982$220,306$2,556,288$2.5M/$123.6M=2%试验费用试验费用/打入桩成本打入桩成本方法方法AASHTO桩的相的相对成本成本节省省动力公式力公式（Gates）0.41.000%GRLWEAP0.50.8020%2%动测0.650.6238%2#动测OhioDOT0.700.5743%100%动测或静或静载试验0.750.5347%动测+静静载试验0.80.5050%桩花费桩花费:

试验费用：

试验费用：

FLDOT1973197319821982199219921965196519971997ThePileDrivingAnalyzerThePileDrivingAnalyzer打桩分打桩分析仪的历史析仪的历史200720071958195820142014新一代打桩分析仪:

PDA-8G合理的设计牢固：

适用现场屏幕：

10.4”；1024x768操作系统：

Windows7触摸屏：

易操作，清理内置WIFI5kg电池可更换支持有线和无线（目前8通道）910新一代打桩分析仪:

PDA-8G11新一代打桩分析仪:

PDA-8G新一代打桩分析仪:

PDA-8G利用WIFI无线传输技术允许更多无线通道加快信息传输速度（可采集锤击速度达每分钟120锤）12多通道及万能连接13不分PR和PE多通道及万能连接智能传感器智能传感器储存传感器的信息，如标定参数、传感器类型当连接到PDA-8G（有线或无线）时，PDA-8G可读出传感器中的信息，从而自动辨识传感器类型和输入标定参数加快准备工作、减少输入错误亦能防伪15远程试验（SiteLink）远程测试的概念约在2000年出现开始是通过电话系统目前是利用互联网PDA-8G用Windows7操作系统加上内置WIFI使联网更容易联网后的PDA-8G可在办公室的计算机上直接操控节省旅行费用省去旅行时间，既有利于安排测试以便测试更多的桩、亦能加快数据分析出报告有利于防伪16桩顶力传感器的利用17桩顶力传感器的利用18软件系统：

PDA-SPDA-S即用来控制PDA-8G来采集和分析数据、亦用来在计算机上进一步处理、分析数据用同一软件可减少学习新软件的过程增加了许多新功能、如新界面支持标准触摸功能采样长度根据时间确定自动辨识智能传感器显示变量分组储存；可根据不同锤/桩/土组合来制定、储存和调出显示电池剩余量配色方案等19快速自动信号拟合-iCAPiCAP是自动信号拟合程序。

其桩和土模型与CAPWAP相同。

该程序与PDA-PAX/8G上的操作程序和PC上PDA-W/PDA-S程序协同工作，使得在采集信号时或复审数据时、同时进行自动信号拟合分析成为可能。

20快速自动信号拟合-iCAP优点快速：

如桩不长（30m内）每锤分析在1-2分钟内，这使得多锤分析变得可能无人干涉，可减少人为因素；无需经验不用假设阻尼系数来求阻力能求阻力分布能求应力分布，更准确地确定拉应力当前版本的局限为限于均匀桩，木桩例外；假设直径减小率为1/120.不考虑衔接、间隙或裂缝不适用于复杂的土模型，如辐射阻尼，桩身土塞不能进行残余应力分析21适用于混凝土桩的分析-CAPWAP2014对现场灌注桩进行高应变试验，因桩是非均匀的，需进行信号拟合分析拟合分析需调整桩身截面（即阻抗）CAPWAP2014曾加了阻抗自动调整功能允许输入和显示总浇灌混凝土体积阻抗自动调整功能可考虑输入的总混凝土体积有将增加的阻抗换算成截面积的选项22适用于混凝土桩的模型-CAPWAP2014混凝土打入桩经多次锤击后，有可能出现张裂隙。

当压缩波和拉伸波经过张裂隙时，波速不同同样，夹土体的影响会引起波速在不同时段里的不同原有的CAPWAP衔接模型可用来模拟。

但需用一系列衔接，麻烦，效率低且无法在不同时段改变为此引入了时间增量变化模型来模拟波速变化23提供高能量的锤击设备要验证高的承载力，就需要有高能量的捶击设备来激发出所有的阻力现已有的约80吨锤芯的自由落锤，可激发8000吨的承载力如配上厚的桩垫、就可进行快速荷载试验24提供高能量的锤击设备25水下试验高应变动测的优势使其成为海上打桩测试的首选。

随近年来海上项目（石油、天然气和风电场）的不断增加、很多越来越大的钻进平台要安装在深海处，钢管柱常被用来固定这些平台。

由于水深，合理的安装方法是水下打桩为什么要水下打桩：

可打长桩减少衔接时间减少每节桩打完后的顶部截断连续打桩可充分利用由土恢复引起的土阻力减少减少总桩长26水下试验27连接考虑回收主电缆考虑释放电缆的步骤防止与其他设备、电缆和管线的缠绕。

如水下机器人（ROV）、锤的管线等钻孔桩孔底测试SQUID（专利申请中）准确量测底部贯入压力和贯入度（量化）量化量测比视觉观察减少不确定因素清底后，直接挂到钻杆底部。

只用几分钟。

快速、安全28PenetrometerPressure（psi）Penetration（inch）0200400600800-8-7-6-5-4-3-2-10桩身完整性检测方法桩身完整性检测方法目的:

确保基础的结构完整性（一般不评估基础的承载力）29桩身完整性检测30现常用的桩身完整性检测方法现常用的桩身完整性检测方法旁孔法（主要用来确定桩长）高应变完整性测试低应变完整性测试低应变完整性测试跨孔声波透射法伽玛-伽玛测试热异常完整性检热异常完整性检测测31钢钢筋笼处筋笼处所测混凝土所测混凝土凝固时温度凝固时温度沿深度变化沿深度变化保保护层厚护层厚水水泥泥成分成分（质量质量）桩的可使用性桩的可使用性强度（承载力）强度（承载力）耐久性耐久性32热异热异常桩身完整常桩身完整性测试性测试ThermalIntegrityProfiling（TIP）热异常桩身完整性测试热异常桩身完整性测试USF（南佛罗里达大学）和（南佛罗里达大学）和GrayMullins教授拥有最初的专教授拥有最初的专利利PDI拥有用测温电缆的拥有用测温电缆的专专利：

利：

US专利专利8,382,369；在；在其它地其它地区（如中国、香港区（如中国、香港）的专利申请正在审批中）的专利申请正在审批中当水泥和水混合时产生放当水泥和水混合时产生放热化学反热化学反应，应，即水化热释放即水化热释放释放的总热能取决于释放的总热能取决于:

水水泥含量泥含量总混凝土量总混凝土量通过测量整个桩身在通过测量整个桩身在水化过程水化过程中温中温度升度升高来高来确定桩身完整确定桩身完整性性可评估横截面尺寸和混凝土的质量可评估横截面尺寸和混凝土的质量ASTMD7949-StandardTestMethodsforThermalIntegrityProfilingofConcreteDeepFoundations钻孔桩热特征图钻孔桩热特征图像像温度温度对角安装的测温线所测温度对角安装的测温线所测温度（A3andB4）DegreesF深度深度（ft.）11011512012513013514014515015516005101520253035404550桩号号#19：

温度分布：

温度分布A3B4AVERAGESHALEB4A3B4A3数据分析数据分析缺陷缺陷DegreesF深度深度（ft.）9011013015050454035302520151050数据分析数据分析-在在C2附近的局部缺陷附近的局部缺陷C1C2AverageC1C29010psi2650psi4520psi水泥含量对温度的影响水泥含量对温度的影响装有测温线装有测温线的电缆的电缆热数据采集装置将热电缆拴到钢筋上将热电缆拴到钢筋上热电缆直接评估所测温度直接评估所测温度分布分布验证桩长验证桩长通过识别桩的顶部和底部通过识别桩的顶部和底部确确认钢筋笼的对中认钢筋笼的对中定位截面变化处定位截面变化处找出可能有问题的区域找出可能有问题的区域41热异常完整性测试热异常完整性测试（例例）100722桥桥3-1L墩墩1号桩号桩42护筒筒临时护筒至8.5m开挖上部4.6m钢筋笼偏心钢筋笼偏心钢筋笼偏心43总结总结:

热异常完整性测试热异常完整性测试混混凝凝土凝固过土凝固过程中钢筋笼处的温程中钢筋笼处的温度与以下有关度与以下有关混凝土质混凝土质量量桩的直径和钢筋笼的直径桩的直径和钢筋笼的直径保护保护层及钢层及钢筋笼位筋笼位置置浇筑后时间浇筑后时间TIP可用来评价钢筋笼内外混凝土质量，包括保护层与可用来评价钢筋笼内外混凝土质量，包括保护层与钢筋笼位钢筋笼位置置混凝土凝固过程混凝土凝固过程中测试（浇筑完中测试（浇筑完12小时后就小时后就可进行测可进行测试）可及时评估钻试）可及时评估钻孔孔桩混凝土质量、可桩混凝土质量、可以提高施工进以提高施工进度度需需预预先计先计划埋设导管划埋设导管或热电或热电缆缆44低应变完整性测试低应变完整性测试（寻（寻找明显缺找明显缺陷）陷）一、桩完整性测试（时域）声波完整性测试；冲击反射波；脉冲反射波。

二、瞬态反应（频域）三、适用于固体混凝土截面（主要是螺旋钻孔桩与钻孔灌注桩）。

低应变完整性测试低应变完整性测试-脉脉冲反射冲反射波波手锤加速度传感器46GoodPileGoodPileBadPileBadPile“桩侧剖面”理想条件下（须有桩底反射信号）可以估计桩侧剖面形状理想条件下（须有桩底反射信号）可以估计桩侧剖面形状Vc输入的相对实际浇注体积比所算的相对体积比Rn输入的相对实际桩顶面积比Zmax/Zmin所算出的相对最大/最小阻抗比值和位置需要有桩底信号低应变完整性低应变完整性测测试试瞬瞬态机械阻抗态机械阻抗法（法（频域分析）同时采集锤击力可以用来计算导纳和动刚度同时采集锤击力可以用来计算导纳和动刚度加速度传感器用配带加速度传感器的锤频域分析钻孔桩实例例:

无缺陷桩钻孔桩:

设计直径=1m；长度约23m例:

在8m附近有明显缺陷钻孔桩:

设计直径=1m；长度约23mA1A2从A1到桩底的距离约10.23m钢结构混凝土块混凝土桩冒混凝土桩低应变完整性测试：

测两个速度有助于确定波走向低应变完整性测试：

测两个速度有助于确定波走向低应变完整性测试低应变完整性测试优点：

优点：

成本成本低、速度快；低、速度快；不不用预先计划用预先计划（可用来抽查和临时决定）（可用来抽查和临时决定）可可以检以检测所有实体截面的混测所有实体截面的混凝土凝土桩桩（对于混凝土管桩、应（对于混凝土管桩、应谨慎）谨慎）检测前准备工作很检测前准备工作很少少可用来发现可用来发现明显明显缺陷缺陷有有时可以测试既有结构下的桩时可以测试既有结构下的桩基基局限性局限性或缺点：

或缺点：

局局限于限于桩长径比在桩长径比在30503050以内的桩，不能检测超长以内的桩，不能检测超长桩桩难以解释严重不均匀难以解释严重不均匀桩桩不能定位不能定位缺陷所处的象限缺陷所处的象限