根據(jù)瞬態(tài)沖擊或穩(wěn)態(tài)振動荷載作用下樁頂動力響應的特性來分析樁身介質(zhì)的均勻性，估算樁的承載力等問題樁基動測技術內(nèi)容摘要樁基動測技術，如同一位神秘的舞者，借助于瞬態(tài)沖擊或穩(wěn)態(tài)振動的細微變化，通過觀察樁頂?shù)膭恿憫瑏斫沂緲渡斫橘|(zhì)的均勻性，宛如揭示隱藏在黑暗中的秘密。它以一種獨特的方式，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的靜載試驗方法，為我們提供了一種全新的檢測手段，以更深入、更全面地了解樁基工程的質(zhì)量。它不僅僅是一種方法的名稱，而是一類方法的統(tǒng)稱。就如同那多彩的調(diào)色板，每種顏色都擁有自己獨特的魅力，每種方法都有自己獨特的特點。樁基檢測試驗中，除了靜載試驗，還有大應變或者小應變檢測，這就是動測試驗。靜載試驗，如同那寧靜的湖水，平和而深沉。它的目的在于檢查樁基的極限承載力，就如同湖水深處的寶藏，神秘而珍貴。而動測試驗，動力響應如同那舞動的火焰，靈活而激昂。內(nèi)容摘要它的目的在于檢查樁身完整性，就像火焰照亮了黑暗，清晰地揭示出樁身長度、有無斷樁、縮頸等細節(jié)。通過這種全新的檢測手段，我們能夠更深入地了解樁基工程的質(zhì)量，更全面地把握樁基的承載力和打樁效率。這就是樁基動測技術，它以其獨特的方式，賦予了我們揭示秘密的力量，讓我們的世界更加清晰、更加多彩。01背景分類發(fā)展動向發(fā)展歷程研究現(xiàn)狀目錄03050204背景背景近年來,速度快、耗資低的動測法作為一項新的檢測技術已在全國各地的樁基檢測中得到廣泛應用,動測技術的普及推廣促進了對該技術的原理、方法和可靠性的試驗與研究,同時也引起了地基基礎工程界的科研、質(zhì)檢、設計和施工人員的高度重視。但是在實際應用中,有時會由于檢測方法選擇不當、動測人員素質(zhì)不高、測試設備或被測對象不滿足動測的要求、缺乏較為完善的或正確的分析軟件以及法規(guī)不健全等原因,在工程中產(chǎn)生一些誤判。造成人們對各種動測法的使用范圍,特別是對它們的可靠性評價褒貶不一。為了更好地為工程建設服務,必須加速高質(zhì)量動測設備軟硬件的研制,提高整個樁基動測行業(yè)的技術水平,使我們這個樁基動測技術應用大國真正成為一個樁基動測技術領先的國家。為此,有必要對樁基動測技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展動向作進一步探討和研究。發(fā)展歷程發(fā)展歷程樁基動力檢測技術是土動力學領域的重大課題,是保證基礎工程質(zhì)量的重要手段之一。20世紀80年代以來,隨著我國工程建設的迅速發(fā)展,樁基礎作為土木工程中一種常用的基礎形式在高層建筑、鐵路、公路、港口碼頭、電力、海上石油鉆井平臺、水利工程等領域得到了廣泛的應用,尤其是一樁一柱大直徑灌注樁的采用,對成樁質(zhì)量的可靠性提出了更高的要求,因此引起了科研、設計、施工、質(zhì)檢和政府管理部門的高度重視,促進了對樁基檢測技術原理、方法和可靠性的試驗研究,使樁基檢測在各方面都得到了飛速發(fā)展。樁的動力測試最初是利用能量守恒定律和牛頓定律,根據(jù)打樁時測得的貫入度與打樁所消耗的能量建立關系式,推算樁的極限承載力,這種關系稱為動力打樁公式。而近代樁的動測技術是以應力波理論為基礎發(fā)展起來的。1931年伊薩克斯(D.V.I2saacs)首先提出樁頂受到?jīng)_擊后,沖擊能量是以波動形式傳至樁底,因此可用一維波動方程來描述。1938年?？怂?)作了許多簡化假定后,對打樁過程進行了粗略的分析,得出了用于打樁分析的波動方程解答。發(fā)展歷程1960年史密斯()發(fā)表了“打樁分析的波動方程”這一著名論文,從而使波動方程分析方法進入實用階段。隨后在1970年高貝爾()等發(fā)表了“關于樁承載力的動測研究”一文。1975年發(fā)表了“根據(jù)動測確定樁的承載力”的研究報告。樁基動測技術研究在我國始于20世紀70年代。1972年,湖南大學的周光龍?zhí)岢隽藰痘鶇?shù)動測法,對開創(chuàng)我國樁的動測方法的研究,起了積極的推動作用。1978年東南大學的唐念慈應用波動方程法進行了渤海12號平臺鋼管樁的動力測試獲得成功。自20世紀80年代以來,機械阻抗法、水電效應法、共振法、錘擊貫入法等10余種方法相繼問世,并在各地紛紛進行試驗研究和應用。樁基動力檢測技術包括高應變法和低應變法。采用足夠大的重錘敲擊樁頂,使樁頂產(chǎn)生足夠大的沉降量(通常樁身的應變量級為10-3),以使樁周土的極限阻力充分發(fā)揮,這便是高應變法;而作用在樁頂上的能量較小,僅能使樁土間產(chǎn)生微小擾動,這類方法稱為低應變法。目前高應變法主要有動力打樁公式法、波動方程法、Case法、曲線擬合法、錘擊貫入法和動靜法等。低應變法主要有機械阻抗法、應力波反射法、球擊法、動力參數(shù)法和水電效應法等。分類分類1、靜力試樁法（靜載荷試樁法）靜載荷試樁法是指對樁基進行靜力原型測試。其具體做法是按一定要求將荷載分級加到試樁上，每級荷載維持不變直至樁頂?shù)南鲁猎隽窟_到某一規(guī)定的相對穩(wěn)定標準，然后繼續(xù)加下一級荷載，當達到規(guī)定的終止試驗條件時便停止加荷，再分級卸荷直至零載。優(yōu)點：真實地反映了樁基礎的工作狀況，是確定承載力的最直接最可靠方法，為常用的承載力確定方法。不足：檢測周期長，費時、費力、費用昂貴，且為有損檢測，因此試樁數(shù)量受到限制，抽樣率低、試驗結果代表性差。另外，在對承載力較高的工程樁檢測時，施工前往往要指定靜載試驗樁位，因而樁基檢測不能做到隨機抽樣，使檢測結果的利用價值降低。分類2、動力試樁法原理：利用重錘沖擊樁頂產(chǎn)生的瞬時沖擊力，使樁周土產(chǎn)生塑性變形，通過安裝在樁頂兩側的力傳感器和加速度傳感器實測樁頂力和速度的時程曲線，并用應力波理論分析確定樁的極限承載力以及檢測樁身結構完整性。（1）高應變法優(yōu)點：分為凱斯法和凱普維普法即波形擬合法。其中，凱斯法的優(yōu)點是可以快速地對單樁極限承載力和樁身結構的完整性作出估計，實現(xiàn)現(xiàn)場的實時分析，同時可用來對打樁過程實行監(jiān)測和監(jiān)控，對預制打入樁特別適合，波形擬合法的優(yōu)點是精度高。同時，采用先進的微電子儀器及信號處理技術,具有設備輕便、快速、費用低廉等優(yōu)點。不足：分析計算復雜,需要經(jīng)過專業(yè)工程技術人員進行信號擬合分析。分類（2）低應變法優(yōu)點：低應變法是通過樁的動剛度和動靜對比系數(shù)來求得樁的承載力。它的優(yōu)點是設備簡單、檢測速度快、費用低廉,可以大面積檢測。不足：必須依賴靜載試驗以求出動靜對比系數(shù),精度較差。3、射線法屬于放射性元素能量衰減法中的一種，是根據(jù)射線穿過混凝土時，混凝土質(zhì)量的差異將會產(chǎn)生不同的輻射效應，以此來檢驗樁基的質(zhì)量。該法所用儀器設備復雜昂貴，又要在樁中預埋管道，操作時易危及人的安全。分類4、超聲波法是以彈性波理論為基礎，采用由壓電材料制成的聲-電換能器在不同位置發(fā)射和接收聲波，測量并記錄聲波穿透介質(zhì)所需要的時間和波形，計算聲波的傳播速度，結合聲波幅度、頻率等特征來分析介質(zhì)的性質(zhì)。聲波透射法分辨能力很高，可以從微觀角度分析介質(zhì)的聲學性質(zhì)和結構。并具有檢測儀器輕便、測試結果準確、可靠等優(yōu)點。但該法要在樁中預埋兩根以上的管道，不能隨機抽樣實驗，做不到普查，并且檢驗被限定在兩側管間的一定范圍內(nèi)，這些使超聲波法的使用范圍受到限制（見示意圖常用聲管樣式）。5、電探法電探法是根據(jù)物探中的點法勘探原理提出來的，作為樁基檢測還只是初步探索性的實驗，和實際應用還有很大距離。研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀總的來說,目前的樁基動測具有費用低、快速、輕便、適用于普查等優(yōu)點,這大大促進了樁基動測技術的研究和應用。然而,由于樁基動測技術在基礎理論、測量分析技術、工程應用等方面有很大難度,因此該技術尚存在著不少問題有待于進一步的研究與探討:(1)就高應變來說主要有測試誤差、與樁土相互作用機理不符時可能引起的偏差、樁未被“打動”時的誤差等問題。測試誤差主要來源于對力的測量。由于混凝土本身的非線性(E=dб/d≠常數(shù))。低應力水平的模量高于高應力水平下的模量,所以沖擊應力水平愈高,實測力信號中的非線性成分也愈大,如有時低應變測試得到的波速比高應變測試得到的波速高就屬于這種情況。預制樁在測試前經(jīng)受的錘擊數(shù)很多,混凝土的非線性在很大程度上得以消除,因而預制樁的測試誤差比灌注樁要低。此外,由于灌注樁的混凝土標號低、施工條件影響較大、安裝傳感器的樁側表面不平整和錘擊偏心等原因,均可產(chǎn)生混凝土的塑性變形而導致測力誤差。研究現(xiàn)狀而與樁土相互作用機理不符時可能引起的偏差指的是在波形擬合中,樁側靜阻力靠樁與土之間的剪切變形傳遞,假設樁側土不隨樁一起運動,則樁端與巖土介質(zhì)的相互作用與刺入破壞模式相近。對嵌巖樁、大直徑樁和擴底樁等一些超范圍使用的情況,將出現(xiàn)明顯不符的情況。如嵌巖樁在嵌固段的巖體可能隨樁一起運動,大直徑樁特別是擴底樁樁端的破壞模式與刺入破壞模式不同。況且,目前所采用的土模型無非是理想彈塑性模型(CAPWAPC模型)或在其基礎上考慮了土的加工硬化或軟化效應(FEIPWAPC程序),并不能準確地表征樁土相互作用的復雜機理。最后,對于樁未被“打動”時誤差,此情況常出現(xiàn)在以端承樁為主的嵌巖樁、支撐在密實砂卵石層的擴底樁或大直徑樁。擴底樁靜載試驗得到的極限承載力對應的沉降常高達40～60mm甚至更大,而動載試驗要使樁頂產(chǎn)生影響10mm的位移就不易了。對于細長樁,土的卸載特性參數(shù)由于樁的提前回彈而在土阻力響應區(qū)段內(nèi)和加載參數(shù)發(fā)生藕合,進而對部分發(fā)揮的靜阻力的計算產(chǎn)生不利影響。研究現(xiàn)狀另外,與此對應的還有一個“輻射阻尼”問題,輻射阻尼的使用對那些灌入度不大的樁的承載力的提高幅度是有限的,某種意義上講是對樁未被打動低估承載力的一種修正;而在場被打動的場合,可能出現(xiàn)高估承載力的危險。(2)低應變法的主要問題。樁的低應力波反射法是建立在一維彈性波理論基礎上的,應用中存在這樣或那樣的問題,但對樁—土相互作用的問題,它不象高應變那樣突出,至少不存在樁—土系統(tǒng)的塑性響應問題。但在實際使用中也有一些問題值得注意,如超范圍使用的應力波反射法的尺寸效應問題。另外,應力波反射法還有其它一些局限性,如漸變擴徑后的相對縮徑容易誤判為真實縮徑,大擴徑處的二次反射容易誤判為縮徑;漸變縮徑或離析且范圍較大時,波形缺陷反應不明顯;預制樁的裂隙或接頭反射的判別尺度很難掌握,有時誤判為嚴重缺陷等。因此在實際應用低應變法檢測樁身結構完整性時一定要對這種方法有一個正確的認識。

發(fā)展動向發(fā)展動向新的世紀,樁基動測技術應向高質(zhì)量、規(guī)范化、標準化的方向發(fā)展。除了不斷開發(fā)和改善動測分析的硬件設備外,更應不斷完善軟件分析和理論研究等。具體來說,應在以下幾方面取得突破:1、樁基動測理論目前樁基動測的理論模型依然是波動理論和動力參數(shù)理論,隨著人們對樁土作用機理研究的不斷深入,以下三方面可能成為樁基振動理論研究的突破點:（1）樁、土材料力學特性以及它們之間相互作用模型的研究樁土材料的本構關系及樁土界面相互作用的力學機理是樁基動測法的基本依據(jù)。大量的研究表明,因為現(xiàn)有的動測理論對樁周土模型考慮過于簡單化,不能真實揭示樁與土的相互作用規(guī)律,得到的結論有局限性。實際上,樁周土阻力以及樁土之間的相對位移為非線性關系。發(fā)展動向如今,在混凝土材料和土的本構關系方面已經(jīng)取得較大發(fā)展,可以考慮在分析中引入一些先進的模型對樁基動測進行理論模擬,如土的(粘)彈塑性模型(劍橋模型、邊界面模型、結構性模型、顆粒流模型等),可以考慮土的應變硬化、軟化及結構性破壞的影響,這符合土的實際本構關系。在分析中可以把樁、界面和樁周土視為一個系統(tǒng),采用有限元的方法分析,這比常規(guī)的一些分析模型有很大的進步。當然由于有限元方法比較復雜,分析計算成本較高,在實際推廣應用中,可以首先考慮在一些大型的工程項目中應用。（2）樁土作用阻尼特性的研究由于樁埋置于巖土中,樁和巖土間的相互作用是樁基承載力得以發(fā)揮的重要因素;且樁與巖土系統(tǒng)的動力響應是大阻尼動力響應,而在波動方程中沒有有效地考慮樁與巖土介質(zhì)間的阻尼效應,這是波動理論的最大缺陷,由此造成測試結果的準確度不高。實際上樁與巖土組成的系統(tǒng)是一個多自由度、摩擦阻尼材料等組成的一個復雜系統(tǒng)。發(fā)展動向用等效粘性阻尼來模擬樁與巖土阻尼特性已不符合該系統(tǒng)的動力特性,用此阻尼特性來模擬描述樁土的動力響應已難以真正把握巖土體系的動力響應。因此,對樁土作用阻尼特性的研究已成為研究樁土系統(tǒng)動力響應理論模型的關鍵。（3）樁周土成層特性和各向異性的振動研究樁的振動問題的解析理論還很不成熟,很多問題有待于進一步的研究。其中一個很重要的方向就是發(fā)展合理考慮樁周土的成層特性和各向異性的振動理論,土的各向異性包括微觀結構的變化引起的各向異性和由應力體系引起的各向異性,土的各向異性對土的強度影響較大,這一點對于高應變動測法尤為重要。發(fā)展動向2、分析方法國內(nèi)外已有人開始將神經(jīng)絡系統(tǒng)用于樁基動測,有些單位甚至已編制了相應的應用程序;也有單位將邊界元、無限元、三維有限元,甚至邊界層理論用于樁基動測之中,但是這種分析目前仍停留在分析探索狀態(tài),尚不能步入成熟應用階段。3、樁基動測結果的信號分析處理信號分析包括兩個內(nèi)容:一是信號處理技術,二是信號分析結果的正確解釋,兩者密切相關。(1)由于樁土系統(tǒng)的復雜性和外界噪聲的影響,從而使有用信號難以直觀把握,因此采用良好性能的信號分析技術,提取有用信號是最終正確判斷樁身特性的基礎之一。在經(jīng)典譜分析中主要采用了FFT變換、倒頻譜分析及希爾伯特變換。對于不同特性的信號,分別選用不同的分析技術,就會改變信號分析的難易。因此,進一步改善信號分析技術是樁基信號分析的重點研究方向。目前,人們已意識到經(jīng)典譜分析技術難以完全適應信號分析的要求,從而提出了時序分析技術的應用問題。時序分析法系指現(xiàn)代的、非傳統(tǒng)的時間序列方法。發(fā)展動向同傳統(tǒng)的時序法不同,該方法不是直接利用觀測數(shù)據(jù)來獲得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性,而是對觀測數(shù)據(jù)擬合一個參數(shù)模型,再利用這個參數(shù)模型對觀測數(shù)據(jù)及產(chǎn)生這一數(shù)據(jù)的系統(tǒng)進行分析、研究與處理。在目前普遍使用的儀器設備中,并沒有時序分析技術的應用程序,有待進行研究開發(fā)。(2)信號分析的另一個關鍵問題是結果的解釋,這和采用的理論模型密切相關,不同的理論模型對相同的測試結果可能產(chǎn)生完全不同的解釋。即使采用相同的理論,在不同的地質(zhì)條件、不同的樁土系統(tǒng)下,相似信號分析結果的解釋也不一致。問題主要存在于不完整樁上。這樣使人們對樁基動測的結果產(chǎn)生懷疑,因此,如何智能化地解釋動測樁信號是還沒有解決的問題。對于儀器使用者而言,信號分析技術知之甚少,如何使使用者方便地使用和掌握動態(tài)測樁技術,分析時減少人工干擾,也是人們關心的一個問題。因此設計出智能化分析系統(tǒng)也是研究的一個課題。發(fā)展動向4、建立專家系統(tǒng)由于樁土系統(tǒng)復雜,特別是土性變異非常大,使人們不得不積累大量的土參數(shù)測試經(jīng)驗,才能較好的描述樁土系統(tǒng),較準確地測出樁基質(zhì)量。再好的測試和分析方法,如果不與現(xiàn)場樁土的實際情況和實際經(jīng)驗相結合,也很難得出正確的判斷結果。樁土特性的描述、表達和利用必須采用專家系統(tǒng)的方法。在建立專家系統(tǒng)時應注意以下內(nèi)容:(1)在建立專家系統(tǒng)時應注意經(jīng)驗的積累不是一家或一個人的經(jīng)驗,而應集思廣益,薈集并具體分析各家經(jīng)驗、多人經(jīng)驗,否則,那樣的“專家系統(tǒng)”無論在理論上還是在工程應用中均是不