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1、培 训 内 容PDA基桩高应变动力检测关键技术及曲线拟合基桩无损试验技术全面解决方案PDA基桩高应变动力检测技术韩韩 亮亮欧美大地仪器设备有限公司 部门经理岩泰高新技术顾问有限公司 总经理提纲高应变动力检测基础知识高应变动力检测现场操作实测数据分析数据解释及计算 CASE法 CAPWAP法实例分析基础知识基本概念桩的基础知识基本试验过程桩基类型桩基类型 钢桩钢桩钢桩钢桩 H H型型型型 钢管桩钢管桩钢管桩钢管桩 ( (端部开口或闭口端部开口或闭口端部开口或闭口端部开口或闭口) ) 混凝土桩混凝土桩混凝土桩混凝土桩 ( ( 预应力或常规的钢筋混凝土桩预应力或常规的钢筋混凝土桩预应力或常规的钢筋混
2、凝土桩预应力或常规的钢筋混凝土桩 ) ) 木桩木桩木桩木桩 复合桩复合桩复合桩复合桩 沿桩长均匀材质沿桩长均匀材质沿桩长均匀材质沿桩长均匀材质 ( (充填混凝土管桩充填混凝土管桩充填混凝土管桩充填混凝土管桩) ) 沿桩长不均匀材质沿桩长不均匀材质沿桩长不均匀材质沿桩长不均匀材质 钻孔桩和螺旋钻孔桩钻孔桩和螺旋钻孔桩钻孔桩和螺旋钻孔桩钻孔桩和螺旋钻孔桩基本概念应力波概念及基础知识 应力波应力波振动与波动振动与波动反射波波阻抗波阻抗反射系数反射系数自由端和固定端反射波自由端和固定端反射波 基本假定：一维、弹性、连续、杆应力波概念和基础知识 一均匀弹性直杆的一端（如左端）受到锤击作用，使直杆一均匀弹
3、性直杆的一端（如左端）受到锤击作用，使直杆左边质点向右，直杆最左边一层产生压缩弹性力阻拦从左左边质点向右，直杆最左边一层产生压缩弹性力阻拦从左边跑来的质点，并给予跟最左边一层相邻的右边质点以朝边跑来的质点，并给予跟最左边一层相邻的右边质点以朝左的速度。因此变形将在最左边的一层中消失，而在紧挨左的速度。因此变形将在最左边的一层中消失，而在紧挨着的右边一层中产生，这样杆最左端受到的扰动就由近及着的右边一层中产生，这样杆最左端受到的扰动就由近及远向右边传播过去。这种扰动传播现象称为应力波。远向右边传播过去。这种扰动传播现象称为应力波。 扰动引起介质质点运动方向与应力波的传播方向一致，称扰动引起介质质
4、点运动方向与应力波的传播方向一致，称为纵波为纵波-压缩扰动和拉伸扰动。压缩扰动和拉伸扰动。 介质质点运动方向与应力波的传播方向垂直，称为横波介质质点运动方向与应力波的传播方向垂直，称为横波-剪切扰动。剪切扰动。 介质质点纵向运动和横向运动耦合起来的应力波介质质点纵向运动和横向运动耦合起来的应力波-表面波。表面波。波动与振动 在波动过程中，沿波传播方向，在波动过程中，沿波传播方向，后一被扰动的质点的振动相位总后一被扰动的质点的振动相位总是滞后于相邻的前一个被扰动的是滞后于相邻的前一个被扰动的质点，这是波动的一个重要特征。质点，这是波动的一个重要特征。如果介质所有质点振动相位都相如果介质所有质点振
5、动相位都相同，则为全部质点作整体的振动，同，则为全部质点作整体的振动，而不是波动。波动过程中介质中而不是波动。波动过程中介质中各个质点都只在各自平衡位置附各个质点都只在各自平衡位置附近作振动，它们并不随波动过程近作振动，它们并不随波动过程传到远处，被传播的只是扰动状传到远处，被传播的只是扰动状态，而不是振动的质点。因此态，而不是振动的质点。因此波动与振动密切相关，但两波动与振动密切相关，但两者是两种不同物质运动形式，者是两种不同物质运动形式，不可混为一谈不可混为一谈反射波波阻抗 Z=AC=EA/C其中：A横截面积 质量密度 E弹性模量 C平均波速阻抗的变化是反射波的基础和前提反射波 应力波在阻
6、抗变化界面上反射应力波在阻抗变化界面上反射根据连续条件，界面两侧质点速度相等根据连续条件，界面两侧质点速度相等Vi+VrVi+Vr= =VtVt根据牛顿第二定律，界面两侧应力相等根据牛顿第二定律，界面两侧应力相等ii+ +rr= =tt通过推导，可得通过推导，可得rr=R =R ii VrVr=-=-RViRVi反射系数反射系数 R=R=（1-n1-n）/ /（1+n1+n） n=Z1/Z2n=Z1/Z2 当当n1n1即即Z1Z2Z1Z2时，时，R R为负，反射波引起的质点速度与入射为负，反射波引起的质点速度与入射波引起质点速度同号，反射波应力与入射波应力异号；波引起质点速度同号，反射波应力与
7、入射波应力异号； 当当n1n1即即Z1Z2Z1 2FR 2F冲击作用产生冲击作用产生冲击作用产生冲击作用产生向下传播的压缩波向下传播的压缩波向下传播的压缩波向下传播的压缩波(+F = +(+F = +ZvZv) )固定端运动速度为零固定端运动速度为零固定端运动速度为零固定端运动速度为零产生上行的压缩波产生上行的压缩波产生上行的压缩波产生上行的压缩波(+F = (+F = - -ZvZv) )固定端固定端固定端固定端+F +F +F +F = +2 F= +2 F+v +v -v-v = 0= 0+F +F +v+v+F+F-v-v( (向上向上向上向上) )极端状态极端状态2-一端固定一端自由
8、一端固定一端自由固定端固定端固定端固定端F F v v+F +F +v+v+F+F -v -v( (向上向上向上向上) )固定端速度为零，桩底和桩顶力加倍固定端速度为零，桩底和桩顶力加倍固定端速度为零，桩底和桩顶力加倍固定端速度为零，桩底和桩顶力加倍极端状态极端状态2-一端固定一端自由一端固定一端自由静载试验静载试验堆载反力堆载反力锚桩反力锚桩反力测试系统要求：灵活、小型化测试系统要求：灵活、小型化 不同的桩基类型不同的桩基类型不同的桩基类型不同的桩基类型 不同的桩基尺寸不同的桩基尺寸不同的桩基尺寸不同的桩基尺寸 需要运输至现场需要运输至现场需要运输至现场需要运输至现场在在瞬态荷载作用瞬态荷载
9、作用下，使桩土下，使桩土体系产生一定的体系产生一定的塑性变形塑性变形，其应变水平大于或等于静载其应变水平大于或等于静载试验的动力试桩称为基桩高试验的动力试桩称为基桩高应变动力试桩。应变动力试桩。距离桩顶一定距离对称安装距离桩顶一定距离对称安装力传感器和加速度传感器，力传感器和加速度传感器，量测并记录桩土系统的动力量测并记录桩土系统的动力作用响应信号。作用响应信号。高应变试验高应变试验打桩监控试验打桩监控试验 由实测应变由实测应变 ( )得到力得到力F F (t) = E A (t) 由实测加速度得到速度由实测加速度得到速度V V (t) = a(t) dt基桩动测基桩动测F F-Z.VZ.V试
10、验目的试验目的单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力 保证（或试验）承载力保证（或试验）承载力-未充分激发未充分激发桩身结构完整性桩身结构完整性打桩监控打桩监控 桩身锤击应力状态及其分布桩身锤击应力状态及其分布-压应力和拉应力压应力和拉应力 桩身锤击能量传递比桩身锤击能量传递比-桩锤实际传递给桩的能量桩锤实际传递给桩的能量 承载力时间恢复系数承载力时间恢复系数-初打试验与复打试验初打试验与复打试验主要目的：承载力单桩竖向承载力主要目的：承载力单桩竖向承载力 波动传播波动传播桩顶桩顶桩顶桩顶 桩底桩底桩底桩底力力 +质点速度质点速度 +V力力 -质点速度质点速度 -TCV波动传播波动传播下行波下行
11、波桩顶桩顶桩顶桩顶桩底桩底桩底桩底力力 +质点速度质点速度 +C+V+下行波下行波下行波下行波F+, V+F+, V+( F-, V- )( F-, V- )( (同号同号同号同号) )F = F = ZvZv波动传播波动传播上行波（反射）上行波（反射）桩顶桩顶桩顶桩顶桩底桩底桩底桩底V质点速度质点速度 -力力 +V质点速度质点速度 +力力 -CT上行波上行波上行波上行波F+, V-F+, V-F-, V+F-, V+( (反号反号反号反号) )F = - F = - ZvZvV+ T TT + T + t t L = c L = c t t = = / / L = v L = v t / c
12、 t / c t t = v / c = E = v E / c F = A = EA = v EA / c F = v EA / c = v = v t t 应变的比例性或应变的比例性或FT1和和VT1成比例成比例 对于下行波对于下行波对于下行波对于下行波 = v / c对于上行波对于上行波对于上行波对于上行波 = - v / c FT1 = VT1 x EA/c桩身阻抗桩身阻抗 “EA/c” = c A = “Z” 下行波下行波 F = （F + ZV）/ 2 上行波上行波 F =（F ZV）/ 2 F = F + F V = V + V ZV = ZV + ZV ZV = F - F F
13、 F = = ZvZv F F = - = -ZvZv WUWU-WD-WD桩身中任意点的力和速度桩身中任意点的力和速度都是上行波和下行波的叠加都是上行波和下行波的叠加自由端自由端自由端自由端+F +F +v+v-F -F +v+v易打阶段易打阶段易打阶段易打阶段力接近零力接近零力接近零力接近零固定端固定端固定端固定端+F +F +v+v+F+F -v-v难打阶段难打阶段难打阶段难打阶段易打阶段易打阶段易打阶段易打阶段难打阶段难打阶段难打阶段难打阶段下行波下行波下行波下行波 = ( F + = ( F + ZvZv ) / 2 = WD ) / 2 = WD上行波上行波上行波上行波 = ( F
14、 - = ( F - ZvZv ) / 2 = WU ) / 2 = WUF = WD + WU V = ( WD - WU) / ZF = WD + WU V = ( WD - WU) / Z冲击作用冲击作用冲击作用冲击作用下行压力波下行压力波下行压力波下行压力波(+F = +(+F = +ZvZv) )激发的土阻力激发的土阻力激发的土阻力激发的土阻力 (R)(R)结果下行拉力波和上行压力波，结果下行拉力波和上行压力波，结果下行拉力波和上行压力波，结果下行拉力波和上行压力波，数值均为数值均为数值均为数值均为R/2R/2+F=R/2+F=R/2 v vupup = -R/2Z= -R/2Z-F
15、=R/2 -F=R/2 v vdowndown=-R/2Z=-R/2ZRR+F=R/2+F=R/2 v vupup = -R/2Z= -R/2Z-F=R/2 -F=R/2 v vdowndown=-R/2Z=-R/2ZF = +R/2F = +R/2V.Z = -R/2V.Z = -R/2R初打初打复打复打 - 1 天天 (粘土粘土)+F +F +v+v“ “固结固结固结固结” ”高应变现场试验打桩监控试验打桩监控试验高应变动力检测高应变动力检测试验仪器试验仪器PDAPDA包括两种类型：包括两种类型：PAKPAK和和PALPAL PAL-PAL-L PAL-PAL-L和和PAL-RPAL-R采
16、集及分析软件采集及分析软件 PDA-W CAPWAP试验准备试验准备-桩头处理桩头处理 打入桩打入桩-一般无需特殊处理一般无需特殊处理灌注桩灌注桩-需制作桩帽需制作桩帽 桩帽截面尺寸与原桩身相同，高度一般桩帽截面尺寸与原桩身相同，高度一般12D12D 去除桩顶软弱混凝土，露出新鲜砼面并凿平；去除桩顶软弱混凝土，露出新鲜砼面并凿平； 将所有主筋接至顶端，各主筋处于同一高度；将所有主筋接至顶端，各主筋处于同一高度； 使用钢板护筒，顶部设置使用钢板护筒，顶部设置3 3层钢筋网片，间距层钢筋网片，间距100mm100mm；网片下每隔；网片下每隔100mm100mm设置箍筋；设置箍筋； 混凝土强度等级比
17、原桩身至少提高混凝土强度等级比原桩身至少提高1 1个等级且不低个等级且不低于于C30C30。传感器安装传感器安装对称且同一检测截面垂直安装加速度传感器极性至少至少2 2个应变传感器，补偿偏心影响个应变传感器，补偿偏心影响 沿轴中心对称安装沿轴中心对称安装 若要评价两个方向的偏心情况，需要若要评价两个方向的偏心情况，需要4 4个应变传感器个应变传感器使用膨胀螺栓和量板钻孔固定应力环加速度计，两使用膨胀螺栓和量板钻孔固定应力环加速度计，两传感器间距传感器间距510cm510cm 压电式压电式PEPE加速度传感器加速度传感器 通常坚固耐用通常坚固耐用 用于一般情况用于一般情况 ( (混凝土桩或钢桩混
18、凝土桩或钢桩) ) 压阻式压阻式PRPR加速度传感器加速度传感器 用于钢对钢的冲击用于钢对钢的冲击 ( (也可用于混凝土桩也可用于混凝土桩) )PE加速度传感器具有高共振频率，而无阻尼加速度传感器具有高共振频率，而无阻尼PR加速度传感器具有低共振频率，带有阻尼加速度传感器具有低共振频率，带有阻尼加速度传感器桩顶下桩顶下桩顶下桩顶下2 2倍桩径处倍桩径处倍桩径处倍桩径处传感器安装需要注意 远离非均匀处远离非均匀处 ( (如接桩、焊接处或面积变化处如接桩、焊接处或面积变化处; ; 最好在最好在其下大于其下大于1 D) 1 D) 避免安装至避免安装至“ “裂缝裂缝” ”处处 ( (缝隙会产生错误的应
19、变读数缝隙会产生错误的应变读数) ) 处于地面或水面以上处于地面或水面以上 接头处于水面以上接头处于水面以上 复合桩（如充填混凝土管桩）是否需要切割窗口复合桩（如充填混凝土管桩）是否需要切割窗口 对于摩擦桩来讲，锤重最低为Qu的1% 一般为Qu的1.52% 锤垫厚度一般约50mm（胶合板为佳） 根据实测应力情况控制落高，不能出现有破坏性的应力；重锤低击原则锤重、锤垫及落高锤重、锤垫及落高CT交流电干扰交流电干扰交流电干扰交流电干扰-使用直流电供电使用直流电供电使用直流电供电使用直流电供电V1 V1 安装倾斜降低幅值安装倾斜降低幅值安装倾斜降低幅值安装倾斜降低幅值数据采集时传感器安装对信号的影响
20、数据采集时传感器安装对信号的影响平均的力成比例且合理，平均的力成比例且合理，平均的力成比例且合理，平均的力成比例且合理，2 2个力传感器个力传感器个力传感器个力传感器可以补偿较大的偏心可以补偿较大的偏心可以补偿较大的偏心可以补偿较大的偏心锤击过程如果对中不好会产生严重的偏心锤击过程如果对中不好会产生严重的偏心锤击过程如果对中不好会产生严重的偏心锤击过程如果对中不好会产生严重的偏心即使大的偏心，两道速度曲线一致性很好即使大的偏心，两道速度曲线一致性很好即使大的偏心，两道速度曲线一致性很好即使大的偏心，两道速度曲线一致性很好两道速度曲线一般重合性较好两道速度曲线一般重合性较好桩身参数 (传感器位置
21、) 面积面积 “ “直径直径” ” ( (传感器位置和周长传感器位置和周长) ) 测点下桩长测点下桩长 材料参数材料参数 质量密度质量密度 SPSP 弹性模量弹性模量 EMEM 平均波速平均波速 WSWS EM = EM = c c2 2 = = (SP / g) WS(SP / g) WS2 2 ( (注意单位注意单位!) !) 入土桩长入土桩长 LP LP （用于（用于CAPWAPCAPWAP分析）分析） 均匀桩身或非均匀桩身均匀桩身或非均匀桩身-桩身阻抗变化桩身阻抗变化现场试验输入参数现场试验输入参数一般桩身材料参数一般桩身材料参数英制英制公制公制米制米制 平均波速平均波速平均波速平均波
22、速WSWS的确定的确定的确定的确定起跳点起跳点起跳点起跳点- -起跳点法起跳点法起跳点法起跳点法 峰峰峰峰- -峰法峰法峰法峰法起跳点起跳点峰峰值值起跳点起跳点起跳点起跳点- -起跳点法起跳点法起跳点法起跳点法 峰峰峰峰- -峰法峰法峰法峰法 桩号、工程名桩号、工程名 、复打和初打日期、复打和初打日期 锤击信息，如锤重、落高锤击信息，如锤重、落高 所需的承载力所需的承载力 ( (极限值还是设计值极限值还是设计值) ) 打入桩的垂直或倾斜情况打入桩的垂直或倾斜情况 工程地质情况，如土层性质、分层及其力学性质工程地质情况，如土层性质、分层及其力学性质 目测桩身材质情况目测桩身材质情况 施工或施工或
23、测试中的一些不寻常情况测试中的一些不寻常情况 静载试验结果及日期静载试验结果及日期 锤击数或每击贯入度锤击数或每击贯入度数据采集时应记录如下信息，便于以后计算分析数据采集时应记录如下信息，便于以后计算分析 实测数据问题一般出自下列方面 传感器问题传感器问题 电缆问题电缆问题 传感器安装问题传感器安装问题 桩身存在严重缺陷桩身存在严重缺陷 传感器标定系数问题传感器标定系数问题 判断问题判断问题数据质量数据质量数据质量 主要问题主要问题主要问题主要问题 如何发现问题? 各锤击信号之间曲线一致性差各锤击信号之间曲线一致性差 曲线比例性差曲线比例性差 标定系数标定系数? ? 平均波速平均波速? ? (
24、 ( = v/c ) = v/c ) 非均匀桩身非均匀桩身? ? 传感器靠近地面附近传感器靠近地面附近? ? 使用柴油锤使用柴油锤? (? (预燃作用预燃作用) ) 起跳时间长起跳时间长? (? (桩垫太软桩垫太软) ) 计算结果不合理计算结果不合理 观察观察PDA“PDA“警告警告” ”信息并浏览每一道信号信息并浏览每一道信号比例性比例性比例性比例性? ?Proportional ?Proportional ?数据质量数据质量数据质量数据质量F2F2应力传感器松动应力传感器松动应力传感器松动应力传感器松动加速度传感器松动加速度传感器松动加速度传感器松动加速度传感器松动第二道加速度！第二道加速
25、度！第二道加速度！第二道加速度！F1F1道出现异常，传感器或道出现异常，传感器或道出现异常，传感器或道出现异常，传感器或电缆有问题电缆有问题电缆有问题电缆有问题数据质量数据质量V2V2道数据问题道数据问题道数据问题道数据问题比例不好比例不好比例不好比例不好比例好比例好比例好比例好 发现问题后需要作如下工作： 替换传感器替换传感器 替换电缆替换电缆 修理有缺陷的传感器和电缆修理有缺陷的传感器和电缆 正确安装传感器正确安装传感器 螺栓松动螺栓松动 沿桩中轴线对齐沿桩中轴线对齐 使用使用2 2个应力传感器补偿偏心影响个应力传感器补偿偏心影响 加速度传感器方向加速度传感器方向小结实测数据分析 1.1.
26、选择记录遵循选择记录遵循 比例性好比例性好 无电子或机械噪音无电子或机械噪音 经两次积分得到的最终每击贯入度接近实测贯入度且最终经两次积分得到的最终每击贯入度接近实测贯入度且最终速度曲线为零速度曲线为零 力曲线最终为零力曲线最终为零 上升时间短上升时间短 2. 对于高土阻力的情况（每击贯入度小于3mm/击），选择高能量/高打击力的记录；对于低土阻力的情况（每击贯入度大于8mm/击），选择低能量/低打击力的记录 选择记录-解释数据时须选择质量好的数据解释数据时须选择质量好的数据 检查每一道信号检查每一道信号检查每一道信号检查每一道信号: : 适度的偏心适度的偏心适度的偏心适度的偏心 OKOK 两
27、道速度一般一致性非常好两道速度一般一致性非常好两道速度一般一致性非常好两道速度一般一致性非常好确保输入参数正确(LE, AR .)WSWS错误错误错误错误 (3800 m/s)(3800 m/s)比例性比例性比例性比例性? ?起跳时间起跳时间起跳时间起跳时间? ?WSWS正确正确正确正确 (3300 m/s)(3300 m/s)对混凝土桩来讲，波速和弹性模量非常重要Wrong WS Wrong WS (3800 m/s)(3800 m/s)Correct WS Correct WS (3300 m/s)(3300 m/s)实际测量的是实际测量的是2L/c时间时间 若已知若已知L, 可计算可计算
28、c若已知若已知c, 可计算可计算L若拉伸反射清晰，可估算若拉伸反射清晰，可估算 桩长（由假设的桩长（由假设的c）缺陷位置缺陷位置(由由 c)土阻力分布土阻力分布 (以第一起跳点为参以第一起跳点为参考考)最好使用最好使用“起跳点起跳点-起跳点起跳点”法法(总是可靠总是可靠)如果上行波与下行如果上行波与下行波形状相似，可使波形状相似，可使用用“峰峰-峰峰”法确定法确定2L/cCSX 259 CSX 259 MPaMPa EMX 18.4 T-mEMX 18.4 T-mCSX 186 CSX 186 MPaMPa EMX 9.8 T-mEMX 9.8 T-m桩底反射桩底反射桩底反射桩底反射 不清晰不
29、清晰不清晰不清晰桩底反射桩底反射桩底反射桩底反射 清晰清晰清晰清晰选择打击力和能量更高的记录选择打击力和能量更高的记录WS 3911 m/sWS 3911 m/sBN 3BN 3WS 3911 m/sWS 3911 m/sBN 2045BN 2045使用使用使用使用 或或或或 调调调调整整整整 WCWCWC 3556 m/sWC 3556 m/sBN 2045BN 20453911 m/s3911 m/s波速是变化的波速是变化的倒数第二锤信号倒数第二锤信号倒数第二锤信号倒数第二锤信号: : 比例性比例性比例性比例性: OK: OK 最终贯入度最终贯入度最终贯入度最终贯入度: : 不太好不太好不
30、太好不太好最后一锤信号最后一锤信号最后一锤信号最后一锤信号: : 比例性：比例性：比例性：比例性：OKOK 最终贯入度：最终贯入度：最终贯入度：最终贯入度： OKOK 能量：能量：能量：能量：OKOKRR / 2上行波上行波提供提供Rs分布信息分布信息斜率越大表明单斜率越大表明单位侧摩阻力越大位侧摩阻力越大上行波上行波单位摩阻力分布单位摩阻力分布数据解释CASECASE法法 CASECASE技术学院技术学院GobleGoble教授等人经过十多年研究，以教授等人经过十多年研究，以行波理论为基础推导出一系列计算公式，用于确定行波理论为基础推导出一系列计算公式，用于确定打入桩（或符合或接近假设条件的
31、钻孔桩）承载力；打入桩（或符合或接近假设条件的钻孔桩）承载力；同时现场打桩监控试验时可同时得到桩身完整性变同时现场打桩监控试验时可同时得到桩身完整性变化、桩身应力变化和锤击能量传递等计算结果化、桩身应力变化和锤击能量传递等计算结果CAPWAPCAPWAP法法 实测波形拟合法假定桩土力学模型及其参数，利用实测波形拟合法假定桩土力学模型及其参数，利用实测桩顶（附近检测截面质点）的速度（或力、上实测桩顶（附近检测截面质点）的速度（或力、上行波、下行波）曲线作为输入边界条件，数值求解行波、下行波）曲线作为输入边界条件，数值求解波动方程，计算桩顶（附近检测截面质点）的力波动方程，计算桩顶（附近检测截面质
32、点）的力（或速度、下行波、上行波）曲线。如果计算的曲（或速度、下行波、上行波）曲线。如果计算的曲线与实测的曲线不吻合，即假设的桩土模型或其参线与实测的曲线不吻合，即假设的桩土模型或其参数不合理，然后根据具体情况调整模型及参数重新数不合理，然后根据具体情况调整模型及参数重新计算，直到计算曲线与实测曲线吻合。计算，直到计算曲线与实测曲线吻合。CASECASE法承载力计算基本假设条件法承载力计算基本假设条件Rs=RT-Rd桩身等阻抗（截面积和材质均匀，无明显缺陷）动阻力主要集中于桩端，桩侧无动阻力（即桩侧不考虑阻尼影响）刚-塑性土（静）阻力模型应力波在传播过程中，只考虑土阻力的影响CASE承载力承载
33、力-阻尼系数法阻尼系数法RSPRS (t) = (1 - RS (t) = (1 - JcJc) WD1 + (1 + ) WD1 + (1 + JcJc) WU2) WU2RS (t) = (1 - RS (t) = (1 - JcJc) (FT1 + ZVT1)/2 + (1 + ) (FT1 + ZVT1)/2 + (1 + JcJc) (FT2 - ZVT2)/2) (FT2 - ZVT2)/2T2 = T1 + 2L/CT2 = T1 + 2L/CJcJc阻尼系数阻尼系数0 00.20.20.40.40.60.60.80.81.01.0砂砾砂砾0.30.4砂土砂土0.40.5粘土粘土
34、0.71.0粉土粉土0.50.7颗粒大小减小颗粒大小减小颗粒大小减小颗粒大小减小阻尼系数增加阻尼系数增加阻尼系数增加阻尼系数增加CASE承载力承载力-最大阻力法最大阻力法 RMX RX5RX5RP5RP5RMX RMX 对阻尼系数对阻尼系数对阻尼系数对阻尼系数J J不敏感不敏感不敏感不敏感端阻比重大的端承桩或端阻需较大位移端阻比重大的端承桩或端阻需较大位移端阻比重大的端承桩或端阻需较大位移端阻比重大的端承桩或端阻需较大位移高弹限的大直径桩；刚塑性土模型不成高弹限的大直径桩；刚塑性土模型不成高弹限的大直径桩；刚塑性土模型不成高弹限的大直径桩；刚塑性土模型不成立，向右移动立，向右移动立，向右移动立
35、，向右移动t1t1找出找出找出找出RsRs最大值；最大值；最大值；最大值； JcJc系数系数系数系数由由由由0.40.4到到到到1.0 1.0 选择高值，结果偏于保守 CASECASE承载力承载力承载力承载力-卸载补偿法卸载补偿法卸载补偿法卸载补偿法RSURSU 考虑了考虑了“早期卸载早期卸载” 出现卸载，将其一半添加给出现卸载，将其一半添加给出现卸载，将其一半添加给出现卸载，将其一半添加给RTRT以补偿由于提前卸载造成以补偿由于提前卸载造成以补偿由于提前卸载造成以补偿由于提前卸载造成RTRT减小减小减小减小如果速度在2L/c前为负,则上部土阻力可能早期卸载 ，可使用卸载法长摩擦桩CASE承载
36、力承载力-自动法自动法RAU和和RA2 在桩端质点运动速度为零时，动阻力为零，有两种与在桩端质点运动速度为零时，动阻力为零，有两种与JcJc取值取值无关的承载力计算方法，即无关的承载力计算方法，即R RAUAU法和法和R RA2A2法。法。 RAURAU法适用于桩侧阻力较小的情况，在法适用于桩侧阻力较小的情况，在R RMXMX法中已指出，法中已指出，桩顶位移的最大值滞后于速度的最大值的时间为桩顶位移的最大值滞后于速度的最大值的时间为t tu u, ,0 0，同理，同理可推知桩端位移最大值也会滞后于桩端最大速度，在桩端速可推知桩端位移最大值也会滞后于桩端最大速度，在桩端速度变为零的时刻，度变为零
37、的时刻，R RAUAU法计算出的土阻力显然包含了端阻力法计算出的土阻力显然包含了端阻力的全部信息，因此的全部信息，因此R RAUAU法适宜于端承型桩。法适宜于端承型桩。 RA2RA2法适用于摩擦桩，当桩端速度为零时，显然端阻力得以法适用于摩擦桩，当桩端速度为零时，显然端阻力得以充分激发，但桩身中上部可能土阻力已卸荷，充分激发，但桩身中上部可能土阻力已卸荷，R RAUAU计算的承计算的承载力自然是桩上部土御荷后某一时刻的值，显然小于土的极载力自然是桩上部土御荷后某一时刻的值，显然小于土的极限阻力，因此对摩擦型桩，特别是桩侧摩阻力较大的桩，限阻力，因此对摩擦型桩，特别是桩侧摩阻力较大的桩，R RA
38、UAU法是偏于保守的。法是偏于保守的。为此，为此，GobleGoble等人针对具有一定摩阻力的桩等人针对具有一定摩阻力的桩提出另一种自动计算承载力的方法提出另一种自动计算承载力的方法R RA2A2。 CASE法的局限性 假设条件苛刻且桩土模型理想化，与工程桩假设条件苛刻且桩土模型理想化，与工程桩 实际差别较大，计算结果的可靠性降低实际差别较大，计算结果的可靠性降低 CaseCase法阻尼系数法阻尼系数JcJc为地区性经验系数，物理为地区性经验系数，物理意义不明确，取值的人为因素较多，需要通意义不明确，取值的人为因素较多，需要通过动、静对比试验来确定。过动、静对比试验来确定。 桩身阻抗有较大变化
39、时，桩身阻抗有较大变化时，CASECASE法无法考虑，法无法考虑，严重影响计算结果。严重影响计算结果。 CaseCase法不能将桩侧摩阻力与桩端承力分开，法不能将桩侧摩阻力与桩端承力分开，且不能得到桩侧摩阻力分布。且不能得到桩侧摩阻力分布。CAPWAPCAPWAP法法 CACAsese P Pile ile WWave ave A Analysis nalysis P ProgramrogramCAPWAP CAPWAP 自从自从19691969年诞生年诞生自自19741974年开始计算机自动拟合年开始计算机自动拟合交互式拟合交互式拟合自自19881988年开始自动拟合和交互式拟合年开始自动拟
40、合和交互式拟合1 1 1 建立桩模型及假设土模型建立桩模型及假设土模型建立桩模型及假设土模型建立桩模型及假设土模型( ( (R R桩侧和桩侧和R R桩端桩端) )R R桩侧桩侧桩侧桩侧R R桩端桩端桩端桩端5 返回步骤24 调整R桩侧桩侧桩侧桩侧和R桩端桩端桩端桩端3 计算Fc c实测的Fmm进行比较进行比较2 使用一条实测曲线(如速度vmm)计算另一条曲线（如力Fc c） v vmmF Fc cF Fmm重复计算直到获得重复计算直到获得重复计算直到获得重复计算直到获得满意的拟合结果满意的拟合结果满意的拟合结果满意的拟合结果第一次拟合第一次拟合 (差差) 最终拟合结果最终拟合结果 (好好)参数
41、调整参数调整. 实际上是一迭代计算过程实际上是一迭代计算过程CAPWAP 拟合可由计算机拟合可由计算机以完全自动方式完成以完全自动方式完成CAPWAPCAPWAPCAPWAP桩身模型桩身模型桩身模型 Zi-1 Zi+1 ZiLi划分成一系列均匀的桩段，通常约为1m长t =Li/ci所有桩段的应力波旅行时间t t相同 (一般约0.2 0.25 ms)对每一桩段来讲，桩身阻抗Zi = EiAi/ci ，ci波速CAPWAPCAPWAP土模型土模型桩侧土模型桩端土模型辐射阻尼模型土模型土模型土段长度土段长度土段长度土段长度 2 m2 m弹簧弹簧弹簧弹簧( (静阻力模型静阻力模型静阻力模型静阻力模型)
42、 )阻尼壶阻尼壶阻尼壶阻尼壶 ( (动阻力模型动阻力模型动阻力模型动阻力模型) ) t t t t t t 桩段长度桩段长度桩段长度桩段长度 1 m 1 m t Ri=Rdi+Rsimmt tR Ruiui, , q qi iR Rt t, q, qt tJ Ji iJ JT TJ JSKSKJ JBTBTmmPLPL桩侧阻力桩侧阻力桩侧阻力桩侧阻力 t tGGmms sR RNsNsR RNs-1Ns-1CAPWAPCAPWAP土阻力模型土阻力模型土阻力模型土阻力模型通常通常不用不用桩侧土静阻力模型SkRk卸载水平UNld（Ruk）最大卸载弹限CSkn（QSkn）最大加载弹限QSkn极限静阻
43、力Ruk重加载水平LSkn（Ruk）Ksku us sR Ru,su,sR Rs s弹限弹限, , q qs s桩侧土静阻力模型R Ru,nu,n UN = -UN = -R Ru,nu,n/R/Ru,su,s卸载弹限卸载弹限, , q qs s c cs sR Rs sR Rs su ut tR Ru,tu,tR Rt t弹限弹限弹限弹限, q, qt t桩端静阻力模型桩端静阻力模型卸载弹限卸载弹限卸载弹限卸载弹限 q qt t c ct t桩底土隙桩底土隙桩底土隙桩底土隙: : t tg g动阻力模型: R: Rd d = = J Jv v v v R Rd d = = J JCaseCa
44、se Z v Z v = = J JSmithSmith R Ru u v v桩段速度桩段速度桩段速度桩段速度v v阻尼系数转换公式阻尼系数转换公式阻尼系数转换公式阻尼系数转换公式阻尼系数转换公式阻尼系数转换公式: : :J J JSmithSmithSmith = = = J J Jv vv / / /R R Ru uu J J JCaseCaseCase = = = J J Jv vv /Z /Z /Z J J JSmithSmithSmith = = = J J JCaseCaseCase Z / Z / Z / R R Ru uu RdVCAPWAPCAPWAPCAPWAP总的未知数总
45、的未知数总的未知数Rui: NS 桩侧桩侧+1桩端桩端Ji:NS 桩侧桩侧 +1 桩端桩端qi:NS 桩侧桩侧 +1 桩端桩端1 桩侧桩侧 + 1 桩端卸载弹限系数桩端卸载弹限系数1 桩侧卸载水平桩侧卸载水平 + 1桩端土塞桩端土塞 + 1桩端土隙桩端土隙1 桩端阻尼选择桩端阻尼选择 + 4 辐射阻尼模型参数辐射阻尼模型参数未知数总共：未知数总共：3 NS + 13如一根长度如一根长度20m的桩，则总共有的桩，则总共有43个未知数个未知数 CAPWAPCAPWAPCAPWAP标准未知数标准未知数标准未知数主要参数主要参数主要参数主要参数主要参数主要参数R R Ruiuiui: : :N N N
46、S SS 桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧 +1 +1 +1 桩端桩端桩端桩端桩端桩端J J Ji ii: : : 1 1 1 桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧 +1 +1 +1 桩端桩端桩端桩端桩端桩端q q qi ii: : :加载加载加载加载加载加载 - 1 - 1 - 1 桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧 +1 +1 +1 桩端桩端桩端桩端桩端桩端卸载弹限卸载弹限卸载弹限卸载弹限卸载弹限卸载弹限 - 1 - 1 - 1 桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧桩侧 +1 +1 +1 桩端桩端桩端桩端桩端桩端 + 1 + 1 + 1 桩侧卸载水平桩侧卸载水平桩侧卸载水平桩侧卸载水平桩侧卸载水平桩侧卸载水平未知数总共：未知数总共：未
47、知数总共：未知数总共：未知数总共：未知数总共：N N NS SS + 8 + 8 + 8 对于入土长度对于入土长度对于入土长度对于入土长度20m20m的桩的桩的桩的桩: 18: 18个未知数个未知数个未知数个未知数 拟合收敛标准各土层侧阻力及阻力分布符合岩土工程合理范围各土层侧阻力及阻力分布符合岩土工程合理范围拟合质量拟合质量 四个时段四个时段 MQ=MQ=FcFc-Fm-Fm/ / FpFp锤击数拟合锤击数拟合 计算的锤击数与现场实测的锤击数进行比较计算的锤击数与现场实测的锤击数进行比较 推荐的拟合过程推荐的拟合过程推荐的拟合过程 1.1.数据输入数据输入: : 选择正确的实测记录选择正确的
48、实测记录 2.2.数据调整（通常自动完成）数据调整（通常自动完成） 3.3.建造桩模型（通常自动完成）建造桩模型（通常自动完成） 4.4.运行自动运行自动CAPWAPCAPWAP拟合拟合 5.5.检查并调整土阻力分布检查并调整土阻力分布 6.6.检查阻尼参数检查阻尼参数 7.7.检查计算的锤击数检查计算的锤击数 8.8.找到最好的拟合质量对应的计算结果找到最好的拟合质量对应的计算结果 9.9.输出结果输出结果 对于大多数土来讲，单位侧摩阻小于对于大多数土来讲，单位侧摩阻小于 200 200 kPakPa 拟合每击贯入度拟合每击贯入度( (如果如果“ “每击贯入度差每击贯入度差” ” 1 mm
49、1 mm，将会影响结，将会影响结果果) ) QT (+TG) QT (+TG) DmaxDmax, toe, toe QS 5 mm ( QS 5 mm (一般一般) ) SS, ST 1.3 SS, ST 1.3 s/ms/m ( (如果高于此值，可能需要如果高于此值，可能需要SKSK模型模型) ) CS, CT - 0.3 to 1.0 (CS 0.3 CS, CT - 0.3 to 1.0 (CS 8 mm / blow )( 8 mm / blow )时不用时不用时不用时不用SKSK CAPWAP “CAPWAP “准则准则准则准则” ”CAPWAPCAPWAP实例实例实例实例第一次拟
50、合分析第一次拟合分析第一次拟合分析第一次拟合分析输入输入输入输入 F F 拟合拟合拟合拟合 F F 输入输入输入输入 F F拟合拟合拟合拟合 v v oror输入输入输入输入 v v拟合拟合拟合拟合 F For or 上行波拟合上行波拟合上行波拟合上行波拟合R RUU = 782 kips = 782 kipsR RT T = 68 kips = 68 kipsJ JS S/J/JT T = .05/.15 s/ft = .05/.15 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .75/.22) = .75/.22)QQS S/Q/QT T = .10/.12” = .10/.12”R R
51、UU = 782 kips = 782 kipsR RT T = 400 kips = 400 kips( (提高桩端阻力提高桩端阻力) )R RUU = 782 kips = 782 kipsR RT T = 600 kips = 600 kipsR RUU = 782 kips = 782 kipsR RT T = 705 kips = 705 kipsJ JS S/J/JT T = .45/.02 s/ft = .45/.02 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .75/.22) = .75/.22)QQS S/Q/QT T = .10/.12” = .10/.12”上行波拟合
52、上行波拟合上行波拟合上行波拟合R RUU/R/RT T = 782/705 kips = 782/705 kipsJ JS S/J/JT T = .45/.02 s/ft = .45/.02 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .75/.22) = .75/.22)QQS S/Q/QT T = .10/.12” = .10/.12”R RUU/R/RT T = 782/705 kips = 782/705 kipsJ JS S/J/JT T = .30/.05 s/ft = .30/.05 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .50/.76) = .50/.76)R RUU
53、/R/RT T = 782/702 kips = 782/702 kipsJ JS S/J/JT T = .29/.05 s/ft = .29/.05 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .50/.76) = .50/.76)( (调整土阻力分布调整土阻力分布) )PrevPrev. .上行波拟合上行波拟合上行波拟合上行波拟合R RUU/R/RT T = 765/686 kips = 765/686 kipsJ JS S/J/JT T = .28/.06 s/ft = .28/.06 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .48/.82) = .48/.82)R RUU/R/
54、RT T = 782/702 kips = 782/702 kipsJ JS S/J/JT T = .29/.05 s/ft = .29/.05 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .50/.76) = .50/.76)R RUU/R/RT T = 765/686 kips = 765/686 kipsJ JS S/J/JT T = .26/.07 s/ft = .26/.07 s/ft(J(JCSCS/J/JCTCT = .44/.97) = .44/.97)QQS S/Q/QT T = .06/.12” = .06/.12”卸载参数卸载参数可见：比较好的拟合结果可见：比较好的拟合结果可见：比较好的拟合结果可见：比较好的拟合结果可见：比较好的拟合结果可见：比较好的拟合结果图形输出图形输出图形输出图形输出数据表输出数据表输出数据表输出数据表输出J Ji i, , q qi i, , R Ri i数据表输出数据表输出数据表输出数据表输出CaseCase法结果法结果法结果法结果附加表附加表附加表附加表4 总结重视现场实测信号的质量 锤重、锤垫、落高、传感器安装现场实测贯入度，便于锤击数拟合分析在自动拟合基础上采用手动CAPWAP拟合，针对性调整桩土参数综合各种已知资料 地质、施工、经验谢谢大家！谢谢大家！
