基樁動(dòng)荷載二

巖土工程原位測(cè)試技術(shù)第7章基樁動(dòng)荷載試驗(yàn)1第7章內(nèi)容7.1概述7.2反射波法7.3Case法27.1概述一．樁的動(dòng)測(cè)法發(fā)展歷史樁的動(dòng)力測(cè)試技術(shù)已有100多年的歷史。最早的動(dòng)測(cè)方法是在能量守恒原理的基礎(chǔ)上，利用牛頓碰撞定律，根據(jù)打樁時(shí)測(cè)得的貫入度來(lái)推算樁的極限承載力。近代的動(dòng)測(cè)技術(shù)以應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)。我國(guó)自20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究樁的動(dòng)力測(cè)試技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展很快。3二．樁的動(dòng)測(cè)法分類(lèi)現(xiàn)有的各種動(dòng)力測(cè)試方法依據(jù)其激發(fā)能量對(duì)于樁身的影響而劃分為高應(yīng)變和低應(yīng)變兩大類(lèi)，其中得到廣泛應(yīng)用的屬于高應(yīng)變的代表性方法有CAPWAPC法（實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬合法）和CASE法；屬于低應(yīng)變的代表性方法有反射波法、機(jī)械阻抗法、聲波透射法和動(dòng)力參數(shù)法等，其中聲波透射法并不需要對(duì)樁身進(jìn)行激振，但習(xí)慣上仍將其歸于低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試法。本章僅講述低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試法中的反射波法和高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試法中的CASE法。47.2反射波法一．試驗(yàn)方法和設(shè)備反射波法（也稱(chēng)為應(yīng)力波反射法）的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試如圖7-1所示。對(duì)完整的測(cè)試分析過(guò)程可以描述如下：用手錘（或力棒）在樁頭施加一瞬態(tài)沖擊力F(t)，激發(fā)的應(yīng)力波沿樁身傳播，同時(shí)利用設(shè)置在樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅骰蛩俣葌鞲衅鹘邮粘跏夹盘?hào)和由樁阻抗變化的截面或樁底產(chǎn)生的反射信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理儀器濾波、放大后傳至計(jì)算機(jī)得到時(shí)程曲線(xiàn)（稱(chēng)為波形），最后分析者利用分析軟件對(duì)所記錄的帶有樁身質(zhì)量信息的波形進(jìn)行處理和分析，并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料和施工記錄作出對(duì)樁的完整性的判斷。5圖7-1反射波法的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意6反射波法使用的設(shè)備包括激振設(shè)備（手錘或力棒）、信號(hào)采集設(shè)備（加速度傳感器或速度傳感器）和信號(hào)采集分析儀。激振設(shè)備的作用是產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)。一般地，手錘產(chǎn)生的信號(hào)頻率較高，可用于檢測(cè)短、小樁或樁身的淺部缺陷；力棒的重量和棒頭可調(diào)，增加力棒的重量和使用軟質(zhì)棒頭（如尼龍、橡膠）可產(chǎn)生低頻信號(hào)，可用于檢測(cè)長(zhǎng)、大樁和測(cè)試樁底信號(hào)。激振的部位宜位于樁的中心，但對(duì)于大樁也可變換位置以確定缺陷的平面位置。激振的地點(diǎn)應(yīng)打磨平整，以消除樁頂雜波的影響。另外，力棒激振時(shí)應(yīng)保持棒身豎直，手錘激振時(shí)錘底面要平，以保持力的作用線(xiàn)豎直。7采集信號(hào)的傳感器一般用黃油或凡士林粘貼在樁頂距樁中心2/3半徑處（注意避開(kāi)鋼筋籠的影響）的平整處，注意粘貼處要平整，否則要用砂輪磨平。粘貼劑不可太厚，但要保證傳感器粘貼牢靠且不要直接與樁頂接觸。需要時(shí)可變換傳感器的位置或同時(shí)安裝兩只傳感器。信號(hào)采集分析儀用于測(cè)試過(guò)程的控制、反射信號(hào)的過(guò)濾、放大、分析和輸出。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)注意連線(xiàn)應(yīng)牢固可靠，線(xiàn)路全部連接好后才能開(kāi)機(jī)。8二．基本測(cè)試原理與波形分析

1．廣義波阻抗及波阻抗界面設(shè)樁身某段為一分析單元，其樁身介質(zhì)密度、彈模、彈性波波速、截面面積分別用、E、C、A表示，則令Z=CA=EA/C（7-1）稱(chēng)Z為廣義波阻抗。波阻抗的物理含義為：F=ZV式中，F(xiàn)為波陣面所受的力，V為波陣面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。當(dāng)樁身的幾何尺寸或材料的物理性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，則相應(yīng)的、E、C、A發(fā)生變化，其變化發(fā)生處稱(chēng)為波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值為（7-2）稱(chēng)n為波阻抗比。9

2．應(yīng)力波在阻抗界面處的反射與透射設(shè)一維平面應(yīng)力波沿樁身傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一與傳播方向垂直的波阻抗界面（圖7-2）時(shí)。根據(jù)應(yīng)力波理論，由連續(xù)性條件和牛頓第三定律有VI+VR=VT（7-3）A1（σI+σR）=A2σT（7-4）式中，V、σ分別表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度和產(chǎn)生的應(yīng)力，下標(biāo)I、R、T分別表示入射波、反射波和透射波。由波阻抗的物理含義可寫(xiě)出：σI=-ZVI/A=-1C1VI速度向下為正，此時(shí)產(chǎn)生壓應(yīng)力，故式中有一負(fù)號(hào)。類(lèi)似有：σR=1C1VRσT=-2C2VT10代入式（7-4），得1C1A1（VI－VR）=2C2A2VT（7-5）聯(lián)立式（7-3）和（7-5），求得VR=－FVI（7-6a）VT=nTVI7-6b）式中稱(chēng)為反射系數(shù)（7-7a）稱(chēng)為透射系數(shù)（7-7b）式（7-6）是反射波法中利用反射波與入射波的速度量的相位關(guān)系進(jìn)行分析的重要關(guān)系式。11

3．樁身不同狀況下應(yīng)力波速度量的反射、透射與入射的關(guān)系

（1）樁身完好，樁底支承條件一般此時(shí)，僅在樁底存在界面，速度波沿樁身的傳播情況如圖7-3所示。12因?yàn)?C1A1>2C2A2，所以n=Z1/Z2>1，代入式（7-7）得F<0，（T恒>0）由式（7-6）可知，在樁底處，速度量的反射波與入射波同號(hào)，體現(xiàn)在V（t）時(shí)程曲線(xiàn)上，則為波峰位于中線(xiàn)的同一側(cè)（同向）。典型的完好樁的實(shí)測(cè)波形如圖7-4。由圖7-3、圖7-4分析可得激振信號(hào)從觸發(fā)到返回樁頂所需的時(shí)間t1、縱波波速C、樁長(zhǎng)L三者之間的關(guān)系為（7-8）式（7-8）即為反射波法中判斷樁長(zhǎng)或求解波速的關(guān)系式。在式（7-8）的應(yīng)用上，應(yīng)已知C或L之中的一個(gè)，當(dāng)二者都未知時(shí)，有無(wú)窮個(gè)解，因此實(shí)用中常常利用統(tǒng)計(jì)的方法或其他實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)假定C或根據(jù)施工記錄來(lái)假定L，以達(dá)到近似求解的目的。13

（2）樁身截面積變化1）Ll處樁截面減小。如圖7-5，可知在Ll處有n=Z1/Z2=A1/A2>1可得F<0。于是有：VR與VI同號(hào)，而VT恒與VI同號(hào)。典型的波形如圖7-6所示。假定C為已知，則樁長(zhǎng)和樁截面減小的位置可以確定如下：142）Ll處截面增大。如圖7-7，可知在Ll處n=Z1/Z2=A1/A2<1于是有：F>0?？傻媒Y(jié)論：截面積增大處，VR與VI反號(hào)，而VT恒與VI同號(hào)。典型的波形如圖7-8所示。樁長(zhǎng)和樁截面變化的位置可以確定如下：15

（3）樁身斷裂1）樁身在L1處完全斷開(kāi)。如圖7-9，Z2相當(dāng)于空氣的波阻抗，有Z2→0，于是得n=Z1/Z2=A1/A2→∞由式（7-7）得F=－1，T=0代入式（7-6a）和（7-6b），可得VR=VI，VT=0即應(yīng)力波在斷開(kāi)處發(fā)生全反射，由于透射波為零，故應(yīng)力波僅在上部多次反射而到不了樁底。典型的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)如圖7-10所示。斷裂的位置可按下式確定：16172）樁身在L1處局部斷裂（裂紋）。如圖7-11，典型V（t）曲線(xiàn)如圖7-12。Ll處反射信號(hào)與L處（樁底）反射信號(hào)的強(qiáng)弱，隨著裂紋的嚴(yán)重程度而不同。18

（4）樁身局部縮徑、夾泥、離析

三種情況及相應(yīng)的應(yīng)力波傳遞過(guò)程示意于圖7-13中，圖7-14是實(shí)測(cè)波形。對(duì)此三種情況可分析如下：1）縮徑：n1=Z1/Z2=A1/A2>1，F(xiàn)<0。所以：VR與VI同號(hào)，VT與VI同號(hào)。n2=Z2/Z1=A2/A1<1，F(xiàn)>0。所以：VR與VI反號(hào)，VT與VI同號(hào)。192）夾泥和離析：20所以上述坐三種情況絨的VR與VI及VT與VI的關(guān)系相編似，實(shí)測(cè)胞中的波形質(zhì)特征也極葛為類(lèi)似。蹄樁長(zhǎng)和缺阿陷位置等已特征可根裂據(jù)圖7-蕉14確定捷如下：樁長(zhǎng)：缺陷位置聚：缺陷范耕圍：實(shí)際上正，由于L2處的反射濫信號(hào)在返高回樁頂時(shí)畫(huà)又經(jīng)過(guò)L1處的反摔射與透糕射，故峽能量較Ll處的一論次反射勻弱，一格般較難譯分辯。壤當(dāng)缺陷匯嚴(yán)重時(shí)報(bào)，樁底包的反射厭信號(hào)也皆較弱。另外，以胞上三種缺浙陷的的進(jìn)掏一步鑒別肢可根據(jù)：①根據(jù)替地質(zhì)報(bào)勝告和施題工記錄刪以及樁舅型區(qū)分強(qiáng)；21②根據(jù)波穩(wěn)形的光滑思與毛糙情費(fèi)況區(qū)分；③根據(jù)波打速區(qū)分。（5）葡樁底擴(kuò)波大頭如圖7夕-15魂所示。豎典型的智測(cè)試曲忘線(xiàn)如圖錢(qián)7-1遙6。22（6）樁騎底嵌巖或數(shù)堅(jiān)硬持力鮮層如圖7-喊17。1）Z1<Z2，n<1，VR與VI反號(hào)，實(shí)抵測(cè)波形如惑圖7-1底8。2）Z1Z2，n1，F(xiàn)0，VR接近為零曠，此時(shí)樁內(nèi)底基本不淘產(chǎn)生反射趟信號(hào)，反殊映在波形紡圖上，則?？床灰?jiàn)樁棚底反射信裳號(hào)。233．彈性銳波在傳播年過(guò)程中的間衰減彈性波在昂混凝土介雹質(zhì)內(nèi)傳播贏的過(guò)程中抽，其峰值孔不斷衰減倚，引起彈毫性波峰值骨衰減的原波因很多，忙主要是：1）幾何肥擴(kuò)散。波諒陣面在介炒質(zhì)中不論死以什么形醫(yī)式（球面柴波、柱面境波或平面差波）傳播粒，均將隨病距離增加配而逐漸擴(kuò)北大，單位袖面積上的齡能量則愈堆來(lái)愈小。2）吸收擠衰減。由全于固體材盞料的粘滯鈔性及顆粒桑之間的摩早擦以及彌盒散效應(yīng)等巴，使振動(dòng)彼的能量轉(zhuǎn)打化為其它坡能量，導(dǎo)占致彈性波剛能量衰減攏。3）樁葉身完整歪性的影進(jìn)響。由杠于樁身貢含有程腳度不等心和大小斷不一的僚缺陷：只裂隙、藥孔洞、撈夾層等只，造成觀(guān)物性上瞧的不連賀續(xù)和不逝均勻，卸導(dǎo)致波暴動(dòng)能量?jī)S更大的奴衰減。244．混凝陣土的強(qiáng)度伍及其彈性卷波速混凝土育是由水察泥、砂飄、碎石篇組成的運(yùn)混合材余料。當(dāng)矮原材料偷、配合璃比、制基作工藝農(nóng)、養(yǎng)護(hù)討條件、啄齡期和行混凝土澤的含水錯(cuò)率不同箱時(shí)，其單強(qiáng)度和年彈性波蠶速均不挨一樣。紙影響波昨速的主血要因素尖有：1）原材灘料的影響府。水泥漿副硬化體的柱彈性波速尋較低，一泊般在4k防m(xù)/s以肌下；常用浮的砂和碎有石的彈性木波速較高粉，通常都斤在5km刊/s以上禽。混凝土告是水泥漿此膠結(jié)砂和街碎石而成糞，其波速婦多在30不00~4褲500m孩/s的范夾圍內(nèi)。2）碎驕?zhǔn)牡V極物成分芬、粒徑軟和用量賞的影響蒸。不同案礦物形忙成的碎它石的彈婦性波速撕是不同愛(ài)的。在腰混凝土效中，石華子的粒差徑越大較、用量貫越多，田在相同手強(qiáng)度的制前提下邊混凝土渡的彈性作波速越滿(mǎn)高。253）養(yǎng)護(hù)賣(mài)方式的影剖響。根據(jù)室料內(nèi)試驗(yàn)促的結(jié)果牧，混凝斑土的強(qiáng)約度和彈紙性波波裹速之間時(shí)有較好常的相關(guān)礎(chǔ)性。下尚述公式犧可供參鉆考。（7-臨9）式中c為混凝涼土的標(biāo)嫌準(zhǔn)抗壓丸強(qiáng)度（遣MPa芽），C為混凝土床的縱波波滴速（km打/s）。介上式的統(tǒng)雹計(jì)樣本容辜量n=30，敏相關(guān)系數(shù)=0.9職869。267.3筐CAS護(hù)E法一．試驗(yàn)途設(shè)備和方求法1．方法暗簡(jiǎn)述樁的高應(yīng)隔變動(dòng)力測(cè)虧試是采用攔瞬態(tài)激振粘方式使試尸樁產(chǎn)生高蜻應(yīng)力應(yīng)變貓狀態(tài)，以螞考驗(yàn)樁土綢體系在接而近極限狀霸態(tài)時(shí)的工月作性能，恩從而對(duì)樁英的承載力港和完整性都作出評(píng)價(jià)腸的一種現(xiàn)然場(chǎng)測(cè)試方虎法。測(cè)試?guó)Q方法可簡(jiǎn)沈述如下：（1）筑用動(dòng)態(tài)演的豎向油沖擊荷逼載在樁顧頂激振埋。（2）采閃集樁頂附坐近樁身截陶面上的軸超向應(yīng)變和魚(yú)樁身運(yùn)動(dòng)投速度（或暖加速度）擁的時(shí)程曲鳳線(xiàn)，再用輛一維波動(dòng)墻方程進(jìn)行押分析，推堆算樁周土蝴對(duì)樁的阻真力分布（蠢包括靜阻掏力和動(dòng)阻欠力）（實(shí)丑測(cè)曲線(xiàn)擬勞合法）或役直接推求絮樁的極限能承載力（熱CASE前法）。27CASE熱法是高應(yīng)爐變測(cè)試法裳中的一種摩，其主要足特點(diǎn)是方嫁法簡(jiǎn)單、返涉及參數(shù)袍少、分析謝過(guò)程快捷睜，因而能炸很快得出鴨測(cè)試結(jié)果藝。其缺點(diǎn)額則在于假往設(shè)過(guò)粗、摸參數(shù)不易搬把握、測(cè)按試結(jié)果近盾似度較差吃等。故就怨其總體而鐘言適合于羅現(xiàn)場(chǎng)粗判鼓以及在有僻對(duì)比資料欄和充分的由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)席時(shí)的測(cè)試欺工作，中莖華人民共壁和國(guó)行業(yè)把標(biāo)準(zhǔn)《建有筑基樁檢猜測(cè)技術(shù)規(guī)臣范》JG賞J106惕-200梢3中對(duì)C傳ASE法蹈的使用做質(zhì)出了嚴(yán)格散的限制。2．試驗(yàn)棄設(shè)備（1）傳筆感器。實(shí)強(qiáng)測(cè)中通常府采用應(yīng)變動(dòng)傳感器測(cè)劫定樁頂力字，用加速架度傳感器敗測(cè)定樁頂嶄的質(zhì)點(diǎn)加俊速度，經(jīng)迅積分后轉(zhuǎn)賓換為速度六量。通常采用局工具式應(yīng)旁變傳感器皺和壓電晶柱體式加速待度計(jì)。28（2）整他機(jī)系統(tǒng)。允在國(guó)際上何有代表性排的整機(jī)系僚統(tǒng)是美國(guó)炒樁基動(dòng)力餡公司的P更DA、瑞兵典樁基開(kāi)配發(fā)公司的屢PID、休和荷蘭富防國(guó)公司的鎮(zhèn)產(chǎn)品。國(guó)僵內(nèi)生產(chǎn)的議儀器一般怠同時(shí)包含瞧了高、低耐應(yīng)變測(cè)試拌方法，其嶼中CAS蝦E法軟件行作為儀器狡的基本配輔置，而C嘩APWA材PC法（東國(guó)內(nèi)稱(chēng)為符實(shí)測(cè)曲線(xiàn)營(yíng)擬合法）恢的軟件通陸常需要另害行購(gòu)買(mǎi)。儀器在披收到信葉號(hào)后，雅一般都捎要經(jīng)過(guò)遣一次低征通濾波擁處理，濤去除現(xiàn)圣場(chǎng)高頻豈雜波的疑干擾，堤并對(duì)信虧號(hào)進(jìn)行醋平滑處慣理。目誦前CA鎖SE法存的分析害計(jì)算都毯還只是副在時(shí)域阻內(nèi)進(jìn)行溫，所以拘對(duì)低通底濾波器拌的性能徒要求不規(guī)高。為了提約高分析償?shù)目煽凯h(huán)性和精餅度，一均般都將墊傳感器膠采集的牙模擬信夏號(hào)轉(zhuǎn)換稼成數(shù)字萄信號(hào)，溪即進(jìn)行居A/D紅轉(zhuǎn)換。臭A/D闊轉(zhuǎn)換時(shí)外希望有畏足夠大鮮的采樣改頻率，雄以保證膽信號(hào)的欣峰值不定會(huì)因采宗樣的緣憂(yōu)故而有戀明顯的虧降低。退采樣時(shí)現(xiàn)對(duì)每一窗波形曲體線(xiàn)取5柜12個(gè)凱點(diǎn)或1聚024斗個(gè)點(diǎn)。29每次錘擊擋信號(hào)中所載保存信號(hào)穴的歷時(shí)都搶很短，大銅約為50燦~100嘉ms。打萄樁施工時(shí)籠各次錘擊骨的時(shí)間間晶隔不大，賢最小只有礎(chǔ)0.5s蟲(chóng)（每分鐘姨120錘綢）。因此邀儀器在A戴/D轉(zhuǎn)換北時(shí)必須具振有自動(dòng)觸難發(fā)取樣功治能和在每莫次取樣前淘的自動(dòng)清堡零功能。陪PDA和予PID系賭統(tǒng)都利用磚所采集的挺信號(hào)本身決來(lái)進(jìn)行觸浪發(fā)，而且債都采用了鎖‘預(yù)觸發(fā)蹦’的形式躁。30二．基辟本測(cè)試前原理1．一內(nèi)維波動(dòng)夢(mèng)方程將樁身?xiàng)羁醋鳛檫\(yùn)一根一租維彈性講桿，由屋應(yīng)力波攻理論知兩，在軸驢向動(dòng)荷都載的作擇用下樁格身任一紛截面的鑰軸向位柏移可以鬼表示為雞一維波糞動(dòng)方程（7-垂10）式中u——樁身阻截面的軸亞向位移；C——應(yīng)踏力波在噸樁身中身的傳播蒙速度，摸；E和分別為卵樁身材框料的彈白性模量邪和質(zhì)量移密度。312．行鈴波理論衣和CA禁SE法刻的基本吸公式（1）括上行波趣和下行局波由式（7付-10）辜得到一維餐波動(dòng)方程復(fù)的通解u=f（x-Ct）+g（x+Ct）什（7卷-11床）式中f（·）康和g（·）分華別代表下割行波和上船行波。如盜果單獨(dú)研甚究下行波f，記下行微波的質(zhì)點(diǎn)崗運(yùn)動(dòng)速度讀為v↓，其到值為：（7-罷12）這里應(yīng)果注意：v是表示膠質(zhì)點(diǎn)運(yùn)畫(huà)動(dòng)的速唱度而C是波的傳抬播速度，送兩者是完棚全不同的芽概念。32下行波產(chǎn)虧生的應(yīng)變↓為：（7-忘13）式中的負(fù)獸號(hào)表示以厘壓縮變形養(yǎng)和壓應(yīng)力裙為正。下行波產(chǎn)短生的力P↓為：P↓=↓·AE=－AE·f（7-1請(qǐng)4）令給（7-么15）由公式哨（7-琴12）食、（7遷-14宣）和（暗7-1萍5）可純推得下嚇行波的騎質(zhì)點(diǎn)運(yùn)塔動(dòng)速度v↓和截商面上的櫻內(nèi)力P↓之間寺存在著傭一個(gè)恒公定的關(guān)斗系式：P↓=Z·v↓志（7疾-16）33同樣，權(quán)對(duì)于上擇行波可瘋以得到釋?zhuān)海?-郊17）P↑=↑·AE=－AE·g（7-1于8）所以：P↑=－Z·v↑衣（7貪-19絞）在一般情笛況下，樁蒙身上任一甚截面上測(cè)摔到的質(zhì)點(diǎn)窯運(yùn)動(dòng)速度催或力都是宅上行波與接下行波疊漁加的結(jié)果蛛。也就是饞：（7-販20）（7-2傲1）34如果將趨實(shí)測(cè)的殃質(zhì)點(diǎn)運(yùn)療動(dòng)速度蓬和力記計(jì)作vm和Pm。則由公關(guān)式（7-范16）、迅（7-1倆9）~（宋7-21嘴）很容易傭?qū)⒏鲿r(shí)刻影這一截面南上的質(zhì)點(diǎn)笑速度與力侍的上行波咳分量和下論行波分量禾表示出來(lái)鼠，得：（2）應(yīng)疾力波在自做由端和固夢(mèng)定端的反鍵射當(dāng)樁端葵為自由扯端時(shí)，然有邊界讓條件（誘圖7-依20）P=P↓+P↑=0（7-2條4）（7-刺22）（7-2已3）35將公式（著7-16叨）和（7市-19）墊代入，得漸到Z·v↓－Z·v↑=0即：v↑=v↓漏（7便-25）由式（廢7-2矮4），丘有P↑=－P↓嘗（7-學(xué)26）由式（7賺-20）氧和式（7棵-25）群，有v=v↓+v↑=2v↓式（7-否25）、咱（7-2獄6）和上俊式表示當(dāng)關(guān)樁端為自牌由端時(shí)，埋入射的應(yīng)刺力波將產(chǎn)漏生一個(gè)符邊號(hào)相反，便幅值相同處的反射波越，即壓力套波產(chǎn)生拉奔力反射波阻，拉力波婆產(chǎn)生壓力礦反射波，獎(jiǎng)而且在桿糖端處由于秧波的疊加斗，使桿端櫻的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)暮動(dòng)速度增資加一倍。36當(dāng)樁端院為固定破端時(shí)，蜻有邊界蹤蝶條件（此圖7-淡21）喪：v↓+v↑=0僚（7撐-27鬼）所以：v↑=－v↓俱（7-大28）將式（測(cè)7-1億6）和橋（7-窄19）盼代入（捏7-2圖8），余得：P↑=P↓掏（7-不29）于是：P=P↓+P↑=2P（7-3森0）上述公式割表示當(dāng)樁燙端為固定輝端時(shí)，入涼射的應(yīng)力刻波將產(chǎn)生找一個(gè)相同幫的反射波疼。在桿端傻處由于波博的疊加使講樁端反力帖增加一倍掠。37（3）樁悄側(cè)摩阻力碌的考慮在樁側(cè)面i處有一摩蜓阻力R（i）作用襪時(shí)（圖乳7-2鋪2），竭截面上核下的力奧和速度霉分別為彼：上側(cè)：領(lǐng)（7-3躲1）下側(cè)：羅（揪7-3勻2）i截面處向的平衡鵲條件和膊連續(xù)條壇件為：（7-豆33）38從式（求7-3伐1）~盾（7-富33）割并考慮屬到式（返7-1極6）、座（7-秘19）仗，整理么后得到撒：（7-仿34）式（7-鬧34）表歉示上行波鳥(niǎo)或下行波碧在通過(guò)摩黑阻力R（i）作用威的截面拍時(shí)，其執(zhí)幅值各示增減R（i）/2，創(chuàng)也可以理租解為當(dāng)應(yīng)雕力波通過(guò)i截面時(shí)品，由于R（i）的作用話(huà)，從i截面開(kāi)茫始產(chǎn)生易一個(gè)向早上的壓摩力波和宏一個(gè)向觀(guān)下的拉頸力波，慘疊加于洽原來(lái)的欺行波中圾，它們傭幅值都講等于R（i）/2。（4）聰樁截面柱發(fā)生變謀化時(shí)當(dāng)樁在某掠個(gè)截面發(fā)陜生突然變多化時(shí)（圖孤7-23緞），聲阻居抗由Z1變?yōu)閆2，由變截池面處的連齡續(xù)條件寫(xiě)述出：39（7-衫35）將（7-飄16）和煌（7-1版9）代入濾（7-3籃5）中的毒第二式，腫整理后得丘：（7-3獻(xiàn)6）解方程建組（7桶-36眠）得：（7-親37）40當(dāng)只有下灑行波P1↓通過(guò)變殲截面時(shí)，祥式（7-勝37）變踐為：（7-3跪8）同樣，只成有上行波P2↑傳來(lái)時(shí)極，式（挽7-3長(zhǎng)7）變遮為：（7-3蛇9）公式（咳7-3熊8）和螞（7-勞39）段表示，貧當(dāng)原有賣(mài)的下行叼波Pl↓及上朝行波P2↑通過(guò)變那截面時(shí)，桶都會(huì)分成獨(dú)透射和反捧射兩部分辮。透射波游的性質(zhì)（跌拉力波或墻壓力波）烏保持與入漲射波一致壞；反射波謊的性質(zhì)根形據(jù)Z2-Zl項(xiàng)的正負(fù)絨號(hào)決定。415）總朽的土阻隨力—C朱ASE朱法的基斬本公式當(dāng)錘擊力候剛作用到答樁頂?shù)臅r(shí)扁候，樁身衡上僅有向充下傳播的罰壓縮波。醫(yī)壓縮波以忍波速C向樁尖方逢向傳播。秋如把樁看寺成一根兩癢端自由的丑縱向振動(dòng)轟桿（即暫撿不考慮土盯反力的作握用），這祝個(gè)應(yīng)力波桂到達(dá)樁尖蔥后變成一薄大小、形祥狀相同，遼僅符號(hào)相堵反的拉力戚波向上傳懷播。到達(dá)遵樁頂后又襖變?yōu)閴毫?lài)波再向下線(xiàn)傳播，不珠斷循環(huán)反繩射。如果疲在樁頂附寺近安裝一客組傳感器主，傳感器穴距樁頂?shù)纳凭嚯x為L(zhǎng)1；距樁尖珍的距離為L(zhǎng)。樁受浮錘擊后搭產(chǎn)生壓煩應(yīng)力波P（t），P（t）傳到傳遞感器位置衡時(shí)，傳感共器便可測(cè)秘得信號(hào)：（7-所40）式中的下脈標(biāo)‘m’盟表示是傳做感器實(shí)測(cè)梳的值。42經(jīng)過(guò)時(shí)間猜2L/C以后，返傳感器肝可以測(cè)灰到第一埋次自樁臥尖返回辨的波。壓再經(jīng)過(guò)制較小的麗時(shí)間間舞隔2L1/C以后，屈又測(cè)到棄自樁頂扣返回的附波。如狂果不考叨慮能量界的耗散桐，則每蛾隔2（L+L1）/C時(shí)間間隔律以后，傳林感器將重愛(ài)復(fù)測(cè)到上糠述同樣的微信號(hào)。在任意絹時(shí)刻t，傳感器鄰接收到的咸由錘擊產(chǎn)技生的信號(hào)昆是上述信碧號(hào)的疊加畝，于是有頃：（7-惡41）（7-罷42）43應(yīng)該指唯出，在鄉(xiāng)豐公式（它7-4跪1）、覆（7-共42）鏈及以后星的公式中中對(duì)于通函數(shù)P（t）及R（i，t）都隱墓含著一躬個(gè)約定績(jī)：即當(dāng)t<0時(shí)P（t）=0，R（i，t）=0井（7-4次3）如果樁效身上X=Xi處作用擔(dān)有土的芝諧阻力R（i，t），應(yīng)力盼波到達(dá)Xi處就產(chǎn)生駕一新的應(yīng)震力波向上蓮和向下傳務(wù)播。上行積波為幅值休等于R（i，t）/2的償壓力波，旁在時(shí)刻2Xi/C及2Xi/C+2L1/C時(shí)被傳墊感器所勿接收，臺(tái)其相應(yīng)冶的質(zhì)點(diǎn)捕速度vm和力Pm為：44同樣，這拖一應(yīng)力波妻也將在樁崇身中反復(fù)摧傳播，每啦隔2L/C+2L1/C以后，郵傳感器蛛可以反拋復(fù)接收獎(jiǎng)到這一日應(yīng)力波仙的信號(hào)候：考慮在不石同的位置X1，X2，X3，……，Xn處作用有裁不同的摩雜阻力Ri（i，t）（i=1,慮2……n），對(duì)i求和，有返：（7-陣44）（7-房誠(chéng)45）45由R（i，t）產(chǎn)生嗓的下行隊(duì)波是幅菜值為R（i，t）/2的網(wǎng)拉力波，紅在時(shí)刻L/C時(shí)和錘擊我產(chǎn)生的力咬波一起到填達(dá)樁尖，棕經(jīng)樁尖反疾射而成為坐壓力波，錫在2L/C時(shí)被傳感凝器所接收濾，再經(jīng)過(guò)管2L1/C時(shí)刻又再創(chuàng)次被傳感蘋(píng)器所接收腸：（7-憐46）（7-4抬7）傳感器介量測(cè)到壇的速度培和力的腫值是上浴述三部全分疊加飛的結(jié)果葉：（7-煉48）46在上述美推導(dǎo)過(guò)稠程中，德沒(méi)有考躁慮應(yīng)力忙波在傳摘播過(guò)程諷中能量隱的耗散什。故只色在最初售的4L/C或3L/C時(shí)間內(nèi)腳與實(shí)際鉆情況比筑較相符覽。假如斗在0≤t<4L/C范圍內(nèi)，榨任取間隔坦為2L/C的兩個(gè)時(shí)她刻：t1=t*，t2=t*+2L/C（7-鋒49）測(cè)得力和到速度的實(shí)劉際值，由套公式（7風(fēng)-41）雖至（7-呀47）可幕知其應(yīng)等建于：（7-獲50）（7-5倍1）47（7-信52）（7-5哪3）由公式（巡壽7-50具）~（7尸-53）碗可以推得趴：（7-乒54）48假定在艘所考慮罰的時(shí)間攪內(nèi)，例騰如0<t≤4L/C時(shí)各點(diǎn)的患摩阻力是陣一個(gè)不隨炕時(shí)間改變滋的常量，廈即有：那么，打宴樁時(shí)作用岡在樁身上油的所有摩味阻力的總打和RT為：（7-5貸5）這就是愈CAS汪E法中猾最基本觀(guān)的計(jì)算靠公式。灶通過(guò)間撲隔時(shí)間揀為2L/C的兩次測(cè)威得的樁頂同處的Pm及vm值就可鉛用公式罷（7-忍55）議求出錘衛(wèi)擊過(guò)程脅中作用垃在樁身乓上總的暈土反力嫩值RT。49三．現(xiàn)場(chǎng)濟(jì)實(shí)測(cè)要點(diǎn)1．設(shè)暮備的選咬取從CAS礦E法計(jì)算頂承載力的五基本公式鐘中可以看帳到，要想委得到樁的評(píng)阻力，必劫須測(cè)到樁罰頂處的速喇度值vm（t）和度力值Pm（t）。錦速度值的擴(kuò)測(cè)量一般許可采用速就度計(jì)或加涌速度計(jì)，防但因?yàn)樗俣啥扔?jì)的阻通尼及頻響膨范圍較難星滿(mǎn)足要求植，因此實(shí)披用中一般網(wǎng)采用加速井度計(jì)，在盡測(cè)得加速曲度后經(jīng)積懸分轉(zhuǎn)化為姻速度值。符力的測(cè)量技是由應(yīng)變嘆測(cè)量轉(zhuǎn)化扒來(lái)的，應(yīng)俱變測(cè)度可夸采用工具由式應(yīng)變計(jì)膨或應(yīng)變片予。加載方傷式大多采搶用重錘錘頃擊的辦法沖，測(cè)試中商為了加寬眠脈沖的寬州度，可在內(nèi)樁頂墊一潛層砂或夾昆板類(lèi)的緩家沖物。錘墓重一般為拌樁重的1葡/10~惡1/8，融對(duì)地質(zhì)情柔況較好的凝樁，錘重寧大約為預(yù)洗估承載力漸的1%。評(píng)另外有人批在樁頂采或用爆炸的仗辦法來(lái)加螺載，效果頃如何值得側(cè)研究。502．現(xiàn)纖場(chǎng)測(cè)試抬過(guò)程（1）樁遷頭處理。構(gòu)從CAS察E法的原順理知，要無(wú)想得到比放較理想的吊結(jié)果，必騾須保證產(chǎn)釣生一個(gè)平良面波，這談就要求樁敏頂比較平倉(cāng)整，一般疼樁頭不需滾另用水泥沸沙漿抹平攀，而只需雞把樁頂鑿鮮得大致平血整，然后嗓在樁頂墊備一層砂，索再在砂上鋼墊一塊鋼慰板或木板離。樁頂一驗(yàn)般要求露殺出地面1明.5倍樁余徑長(zhǎng)，以丸便安裝傳輸感器。（2）加惰速度計(jì)的決安裝。在紛樁對(duì)稱(chēng)的娃兩側(cè)離樁除頂1.5期倍樁徑左端右的地方簽各鉆一孔樂(lè)，將膨脹臨螺栓固定傻于孔中，睜再將加速施度計(jì)固定墳在膨脹螺岸栓上。值啦得注意的質(zhì)是，加速股度傳感器蛋必須貼緊斷樁身，否昌則會(huì)因螺例栓的剛度大小而引起糖寄生振蕩旋。（3）喊工具式槐應(yīng)力傳蛇感器（家應(yīng)力環(huán)及）的安洲裝與加倒速度計(jì)碌的安裝晃類(lèi)似。油也可使鐮用應(yīng)變約片。51（4）波積形的采集嘴與選取。現(xiàn)場(chǎng)安裝袋完成后，捷應(yīng)先檢查勿所有聯(lián)線(xiàn)削是否牢固喉可靠。加洪速度計(jì)的僚檢查可用每小錘輕敲氏加速度計(jì)糕底座，觀(guān)惠察采集儀衛(wèi)上是否有觸信號(hào)。應(yīng)雙變片或應(yīng)蛙力環(huán)的檢瓦查可用萬(wàn)裁用電表量雁測(cè)其電阻徹。當(dāng)確信腸聯(lián)接無(wú)誤扎后，將儀匠器調(diào)平衡疤（具體方好法可參閱集儀器使用渡說(shuō)明），價(jià)然后可以撥開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)惠測(cè)試。1）現(xiàn)惱場(chǎng)采集奏波形。宋錘擊時(shí)碧應(yīng)注意嫂錘擊重訪(fǎng)心應(yīng)對(duì)糕準(zhǔn)樁的揀軸線(xiàn)，擠否則將載產(chǎn)生偏首心壓縮福，同時(shí)駁還可能捎發(fā)生危丹險(xiǎn)。圖7-2巡壽4是某工奴程的現(xiàn)場(chǎng)園測(cè)試情況鍵。52圖7-2功4某熟工程的C杰ASE法介現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試532）波孟形的選慨取。當(dāng)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)館測(cè)得一分組數(shù)據(jù)薄后，便技可以進(jìn)間行計(jì)算該。然而牛結(jié)果的窯可信度競(jìng)怎樣與父測(cè)得的況波形有神很大的額關(guān)系。鈔什么樣女的波形冠計(jì)算出既的結(jié)果熊才是可秘信的?望下面的崇兩點(diǎn)將辭是非常襪有用的幸。①測(cè)試所安得的加速餡度和應(yīng)變禮曲線(xiàn)將通武過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)捉化為Zv曲線(xiàn)和P曲線(xiàn)，保根據(jù)行衣波理論喊，當(dāng)樁各側(cè)摩阻雀力未發(fā)隱揮作用席時(shí)，P和Zv在起始資段應(yīng)重恒合，否臺(tái)則說(shuō)明驗(yàn)測(cè)量結(jié)習(xí)果不可鉤靠。圖直7-2稻5為典賞型的C宅ASE求法波形卸圖。②極限承潤(rùn)載力的確測(cè)定：根據(jù)協(xié)樁的荷載涂傳遞機(jī)理動(dòng)，只有當(dāng)節(jié)樁與土發(fā)圖生相對(duì)運(yùn)忌動(dòng)且達(dá)到考相當(dāng)量值劣時(shí)，摩阻去力才能充番分發(fā)揮出掃來(lái)。實(shí)測(cè)時(shí)一弟般有兩種磚判別標(biāo)準(zhǔn)拋，一種是謹(jǐn)測(cè)定樁的損永久變形冰，一般認(rèn)講為，當(dāng)樁制的貫入度誕達(dá)到2m鼓m以上時(shí)榜，測(cè)得的掛靜阻力值爭(zhēng)可以認(rèn)為外是樁的極洲限承載力杰。5455另一種伏判別辦繞法是通堂過(guò)不同誘的落錘尊高度，趟如果樁漫的靜摩慎阻力已山充分發(fā)應(yīng)揮，則組增加的丙錘擊能朵量將轉(zhuǎn)蔥化為樁珍的運(yùn)動(dòng)鳥(niǎo)，也就扎是如果威不同的淹落錘高隆度得到味的靜阻公力值接強(qiáng)近，則濤這種靜爆阻力值暫即為極密限承載循力?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難時(shí)即應(yīng)對(duì)近測(cè)得的波旅形進(jìn)行初槐判，只有餃當(dāng)獲得的砍波形能滿(mǎn)肅足分析的潤(rùn)需要時(shí)，源才可以終吉止試驗(yàn)。四．用浙CAS音E法確直定樁的久極限承溜載力測(cè)定樁的厭靜極限承望載力是C話(huà)ASE法抹的主要應(yīng)窗用之一。1．基涌本計(jì)算評(píng)公式由公式（李7-55紀(jì)），在一拜次錘擊時(shí)色，沿樁身堪各處所受邁到的實(shí)際掃土阻力的敗總和為：56從公式倡的推導(dǎo)副可以看薦到，這概一公式己之所以京會(huì)有這倚樣簡(jiǎn)潔號(hào)的形式聞，主要興是利用擦了波在們樁內(nèi)以眠2L/C為周期價(jià)的反復(fù)僚傳播、渴疊加的困性質(zhì)，擱使公式日中的許住多項(xiàng)都羨合并、符抵銷(xiāo)了會(huì)。所以辱在使用除這一公地式時(shí)，穿必須要壞將2L/C的實(shí)際稀值判斷妄準(zhǔn)確。土的總遍阻力值RT（t）包括愧了土的指靜阻力Rs（t）和動(dòng)想阻尼力Rd（t），我們腎感興趣的姥是Rs（t）。目前普遍澡使用的是致阻尼法，敗它假定動(dòng)鞠阻尼力全調(diào)部集中于秩樁尖，并惠與樁尖的兆質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)漲速度成正鎮(zhèn)比，即Rd（t）=J’1·vtoe（t）末（拘7-5挑6）推導(dǎo)公式擋（7-4疏2）和（言7-45季）時(shí)已討滅論過(guò)，重瞧錘沖擊樁壇頂時(shí)所產(chǎn)鋪生的壓縮初波將和樁柏身各截面鋪處的樁側(cè)灑摩阻力產(chǎn)強(qiáng)生的下行打波同時(shí)到捷達(dá)樁尖。艱到達(dá)樁尖流時(shí)，力波摘的幅值等筍于：（7-斜57）57所以樁生尖（自爺由端）術(shù)的質(zhì)點(diǎn)粒運(yùn)動(dòng)速打度：（7-幸58）作用在樁楊上的總的明土阻力等典于靜阻力Rs和動(dòng)阻尼桌力Rd之和：RT（t）=Rs（t）+Rd（t）幕（昂7-5兔9）將式（7憲-55）蘇、（7-腳56）和掌（7-5腿8）代入橫（7-5帆9）式，盜并令J1=J’1/Z，得樁的失靜承載力竭計(jì)算公式述：（7-6花0）式中，J1稱(chēng)為C棄ASE有阻尼系蘆數(shù)。58一次錘擊州過(guò)程中曾汽經(jīng)達(dá)到過(guò)化的土的最引大靜反力求，即是我傅們所求的聽(tīng)樁的靜極旗限承載力研：0<t≤4L/C（7-雄61）2．樁側(cè)導(dǎo)摩阻力當(dāng)t<2L/C時(shí)，式槽（7-燃48）因的表達(dá)呆式為：59在這段時(shí)醫(yī)間內(nèi)，樁嬸尖的回波靠還沒(méi)有傳河到傳感器漸位置，傳規(guī)感器只收融到直接來(lái)羨自樁側(cè)各抄摩阻力的水回波，因父而由上式鴨很容易得撇到計(jì)算樁程側(cè)總摩阻婆力的公式棚：（7-6叮2）我們感拾興趣的盲是每一勵(lì)錘時(shí)測(cè)復(fù)到的最撲大值：（7-勤63）必須指出藝，在樁尖屯附近，部書(shū)分樁側(cè)摩惜阻力產(chǎn)生牙的壓力回如波將和樁癢尖的拉力嗚回波互相者抵消，所酬以由公式慕（7-6蒜3）求得敘的樁側(cè)總伶摩阻力可枝能偏小。603．計(jì)撥算公式蜂的修正對(duì)于以延側(cè)摩阻獨(dú)力為主悔的摩擦洽樁，瑞仍