本文拆分至“第二册第10章动力学测试和信号拟合分析,10.8介绍展示动力学试验结果”,我们将分三篇内容介绍:现场检测结果及评估锤和打桩系统性能;图解锤性能、桩身缺陷、土壤恢复及松弛试验记录;动力学检测结果报告。
桩基动测试验结束后,应给业主、咨询与设计、施工和监理单位工程师发送正式报告,相关单位的工程师应该了解动力学测试结果中包含的信息及在项目建设中的作用。在桩基础设计与验收中涉及许多因素,因此,工程师应该审查测试结果,避免因不利因素或不合理方案影响整体设计和施工要求。
现场测试结果
工程师经常会接触到动力学测试结果,而对如何使用或解释信息了解的很少。因此,对于施工工程师和设计人员来说,非常有必要熟悉常见的屏幕测试界面及获取现场动力学测试的可用信息。 图1显示了8G打桩分析器系统经典的动力学测试屏幕界面。 图1 打桩分析仪测试显示画面 屏幕的左上角为测试桩信息,其中: LT:总桩长 LE:传感器以下桩长 AR:传感器安装界面截面尺寸 EM:传感器安装界面桩身弹性模量 SP:传感器安装界面桩身重密度 WS:桩身弹性波速 JC:case法阻尼系数 屏幕居中的图形界面,分为上下两个界面以显示不同的测试结果图,如图1,上部分图显示的是平均FV曲线,下部分图显示的是上行波与位移曲线。这些图形给出的信息可以解释在此次锤击下桩的运动与受力状态。如在FV曲线重,第一条实线代表应力波从桩顶到达传感器的峰值线即case法计算公式里面的t1时刻,第二条实线代表应力波到底桩底后产生反射到达传感器的峰值线即case法计算公式里面的t2时刻。有经验的工程师可以直观地解释这些信号的数据质量、土壤阻力分布和桩身完整性。 如前所述,土阻力会使力波增加和速度波减小。因此,在横截面均匀的桩上,时间t1和t2时刻区间内的力和速度的间隔表示桩侧阻力。分离的程度也表示在该深度以上的总土壤阻力的大小。桩端阻力则在t2时刻之前开始上升时间来指示。 桩身完整性可以通过观察2L/C区间内力和速度之间的收敛程度来决定。如果力和速度之间的收敛发生在时间t2速度上升之前,则表示横截面减小或桩身损坏。力和速度之间的收敛程度由近似减小的横截面面积百分比BTA的完整值表示。在2L / C之前应对早期反射进行评估,如果出现1%的BTT值,将需要工程师对桩端损伤记录进行审查。 凯斯法数值计算的结果由显示在屏幕左侧的三个字母代码识别。最常见的计量及相应的字母代码摘要如表1所示。 打打桩分析器 输出编码 输出数量描述 CSX 传感器位置处的最大压力应力 CSI 单个应变传感器的最大压力应力 CSB 桩端最大计算压应力 TSX 最大计算拉应力 BTA 桩身完整系数 BTT 早期桩端完整性反射指标 LTD 传感器安装处至缺陷处的长度 EMX 传递到传感器位置的最大能量 ETR 能量传输比(EMX / 额定E) STK 计算的锤落距 BPM 每分钟锤击数 RMX 最大阻力修正法 RSP 阻尼系数法(经典CASE公式法) RSU 桩侧阻尼修正法 RAU 自动法(适合动阻力为零) RA2 自动凯斯法——考虑桩侧阻力 RUC* iCAP土阻力 SFC* iCAP桩侧阻力 EBC* iCAP桩端阻力 CSC* iCAP计算最大压力应力 CBC* iCAP计算桩端压力应力 TSC* iCAP计算抗拔应力 * - 需要额外的iCAP自动信号拟合软件。 在图1给出的示例中,前四个输出参数Q1,Q2,Q3和Q4提供了最大力和相关打桩应力的信息。桩头的最大平均打击力FMX是696千磅。相对于传感器位置处的平均压力应力CSX为44.9千磅。来自单个应变传感器的最大压力应力CSI为45.3千磅,桩端处的最大计算压力应力CSB为49.5千磅。因此,打桩应力水平相当高,并且高于AASHTO推荐的极限。 如前所述,压力应力水平超过打桩应力极限以及A572、50级钢制成的H型桩保证的最小屈服强度。因此,桩端有可能发生损伤。桩身完整性BTA,计算为100%时表明没有检测到桩身损坏。尽管在硬岩石上的突然产生的阻力导致打桩应力非常高,但是依然可以评估桩端附近的完整性,并且计算100%的BTT。 根据输出量Q5至Q9对单动式柴油锤的性能进行评估。转移到计传感器位置的平均能量EMX为21.2千磅*英尺。如Q6所示,相对于ETR(EMX /制造商额定锤能量为42.4千磅*英尺)能量传递比为49.9%。锤击行程STK为9.42英尺,并且每分钟的锤BPM为38.6次/分钟。 输出量Q11和Q12显示最大凯斯方法RMX评估的土阻力,这些土阻力在JC值为0.8和0.9的时候分别为748和737 千磅,并记录为RX8和RX9。 输出量Q14〜Q16表示使用iCAP方法的自动信号拟合分析得出的结果。iCAP结果表明土阻力RUC为568千磅,SFC桩侧阻力为28千磅,EBC桩侧阻力为539千磅。完整的自动信号拟合结果见在屏幕的右上角,包括拟合质量MQ为3.90以及在桩端处的最大计算压力应力CSC为52.3千磅。应当强调的是,iCAP自动信号拟合仅适用于均匀桩,它不能准确地分析非均匀桩、有拼接间隙的桩、受损桩、具有小裂纹的混凝土桩或性质不确定的桩。iCAP也不应用于大直径开口管桩(由于内部柱塞运动)或异常土壤条件下的桩。 施工人员应检查动力学测试结果,并检查计算打桩应力CSX和TSX是否在规定限值内。由传递的能量EMX表示的打桩系统性能应在波动方程分析预测的合理范围内或在现场以前的测试的记录中。如果注意到能量有显着变化,应该评估出差异变化的原因。记录的锤速度应与制造商的规格进行比较。土阻力估计值应与所需的土阻力进行比较。在土壤强度变化与时间相关的土壤中,应根据复击测试进行比较土阻力,而不能仅依赖初始打桩结果。
评估锤和打桩系统性能
锤和打桩系统的性能可以根据打桩系统的能量传递比率来评估,即传递到桩头的能量除以制造商额定的锤能量。能量传递比不是锤效率,因为能量传递比包括打桩系统中的所有能量损失。许多因素会影响转移的能量,因此会影响能量转移比。影响因素包括锤行程、燃料设置、头盔重量、锤和桩垫、桩阻力、桩长度、土壤阻力、动态土壤性质、以及锤效率。 图2显示了锤和桩类型组合的能量传递比,用百分位数表示。在该图中,可以通过找到50次百分数的位置,可以知道给定的锤-槌组合的平均传递效率。根据锤-桩组合平均传递能量占额定能量范围的百分比了解到混凝土桩上的柴油锤约26%,钢桩上的液压锤约69%。 图2 锤和桩组合的能量转换率 所有柴油,单动式(SA)空气/蒸汽和单动式(SA)液压锤在钢或混凝土和木桩上的能量传递比的直方图分别如图3,4和5。直方图可用于评估打桩系统性能,因为它们在打桩条件结束时为给定的锤-槌组合提供打桩系统性能分布和标准偏差。 图3 柴油锤能量转换率柱方图(a)钢锤(b)混凝土/木桩 图4 单动式空气/蒸汽锤作用于(a)钢桩(b)混凝土/木桩的柱方图 图5 单动式水压锤作用于(a)钢桩(b)混凝土/木桩的柱方图