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歐美大地 基樁檢測
基樁檢測
高應變打樁監控在試樁項目中的應用
發布時間:2023-10-27 瀏覽次數:16497 來源:歐美大地

眾所周知,在大面積沉樁作業之前,都要進行試樁項目。那么什么是試樁?簡而言之,就是根據地勘報告或者當地類似項目的施工經驗,通過試樁測試來選定樁型、確定打樁設備及單樁的豎向承載力,從而指導下一步施工。


試樁的目的是為了避免全面動工之后,發現樁型、打樁設備不匹配,或者承載力不滿足設計要求造成的經濟損失。一般來講,試樁項目要解決或者回答以下幾個問題:

(1)錘的性能判定,利用現有打樁設備,能不能將樁打到設計標高?

(2)在打樁過程中,樁身應力在不在可控范圍內?通俗來說,就是打樁過程中樁會不會被打壞掉?

(3)停錘標準是什么?打到設計標高后,單樁豎向承載力滿不滿足設計要求?


打樁監控是高應變測試的一項重要功能,將傳感器預先安裝在樁身上,從起錘到終錘的每一次錘擊相當于做一次高應變,由于在整個打樁過程中持續的進行測試,那么得出的樣本數據多,巖土工程師獲得的信息也比常規的承載力復核更豐富。再結合PDI公司的GRLWEAP模擬打樁過程軟件,可以很好的回答以上幾個問題。



一、錘的性能判定

樁作為連接上部結構與下部持力層的構件,它是需要滿足一定的尺寸要求,也就是說我這個樁要打到設計標高,否則上部結構施工就無法開展。


在打樁前,我們可以通過GRLWEAP軟件試算一下,在現有的錘擊設備下,樁能不能打到設計標高。


在錘模型界面(圖1),選好錘的編號,輸入實際的錘墊與樁墊等裝配件參數,錘模型即刻建立好,簡單快捷。在輸入好土模型、樁模型后,經過試算就能模擬出詳細的打樁過程。我們觀察每米的錘擊數,就能得知樁是否能打到設計標高。如圖1所以,在30米處每米錘擊數就有1200擊,32米1900擊,34米直接為9999,可見在此錘擊設備下,樁是不能打到標高的,需要更換。


當然,GRLWEAP軟件是一個建模軟件,其模擬的準確程度取決與土模型、樁模型、錘模型建立的是否正確,所以,準確的地勘報告與錘參數資料是必不可少的資料。經過大量實際工程案例的應用支撐,只要地勘報告詳實準確,錘參數可靠,GRLWEAP軟件模擬結果與實際打樁過程非常的匹配。

GRLWEAP14打樁模擬分析軟件

圖1:GRLWEAP軟件錘模型建立界面與報告輸出界面


在實際的打樁過程中,我們可以利用PDA-S軟件直接讀出每次錘擊作用下,實際傳輸到樁身中的能量EMX以及錘的實際效率ETR,獲取這些參數可以幫助我們更好的了解錘的實際工作狀況。


由于沖程可變,以及樁墊、錘墊在打樁過程中厚度變化,加上設備使用周期問題,所以即使同一臺樁機,他每一錘的實際效率也是不一樣的。


EMX,含義為傳輸到樁身中的最大能量。這個參數非常的重要,是評價錘性能最直觀的指標,其物理意義其實就是錘對樁實際做的功。需要注意的是,這個EMX并不是指錘的額定能量,由于碰撞、機械損耗,錘在作業時實際做的功是要小于錘的額定能量ER的。那么EMX/ER的比值就是ETR,意義為能量傳輸比。舉個例子見圖2,EMX為212.3KN-m,即212千焦,該錘在1米的沖程下的額定能量為350KJ,故能量傳輸比ETR為:212/350=60.6%。

樁身中的能量EMX以及錘的實際效率ETR

圖2

在數據采集前或過程中,我們可以打開數據限制設置框,對能量進行實時觀察,選中Display Line選項,如果超限了,就會在采集屏幕上發出警告,提醒更改錘擊能量,能量限制見圖3。

能量限制

圖3



二、樁身應力觀察與控制

上一節我們講到錘擊能量問題,也就是說樁機提供的能量要足夠,以確保樁能克服土阻力沉到設計標高,那么是不是錘擊能量越高越好呢?顯然不是的,越高的錘擊能量,打擊力就會越大,樁身的應力也會增大,如果樁身應力超過樁身材質的屈服強度,樁就會被打壞掉。如混凝土樁比較關注樁身的拉應力,我們就可以在PDA-S軟件中實時觀察TSX參數(圖4)。

表1 C60~C80混凝土的軸心抗拉強度(28d)MPa

軸心抗拉強度


樁身最大拉應力

圖4


如果在打樁監控中發現壓拉應力一直超限,那么就要采取一定的措施來減小這種趨勢,壓力應力限制見圖5,如更改設計樁型,增大樁身截面積,或者在保證順利沉樁的前提下,減小錘的打擊能量。同樣,為了方便觀察數據,我們也可以在數據限制欄里輸入相應的壓拉應力限值,如果打樁過程中應力超限,就會在屏幕上發出警告信息。

壓拉應力限值

圖5



三、停錘標準及承載力監控

根據各個項目的實際情況,設計方案的不同要求,停錘標準也是多種多樣,有的以控制標高為主,有的以進入持力層深度為主,有的以最終貫入度為主,有的以最后1米的錘擊數為主,甚至在某些特殊情況下,還要考慮總錘擊數不超過多少錘。由于貫入度與錘擊數在施工現場容易獲取,也比較直觀,所以一般以它兩作為停錘標準的情況比較多。


那么這里面就有一些細節問題需要討論:

(1)如果以貫入度或錘擊數作為停錘標準,必須有一個前提,就是錘的輸入能量要一定。很多設計方案里只給出了錘擊數,并沒有給出輸入能量,其實這是不嚴謹的。比如說以最后1米總錘擊數超過300擊作為停錘標準,那么這個1米300擊是在液壓錘的哪個沖程或者柴油錘的幾檔下的300擊呢?假設用液壓錘1米沖程符合停錘標準,1.5的沖程下錘擊數又低于300擊了,這時候該不該停錘呢?所以我們做打樁監控的時候也要注意這一點,最好提前與設計單位進行確認。

(2)符合停錘標準后,我們就可以做承載力驗收了。一般情況下,我們挑選終錘前的1-2錘PDA測試信號進行CAPWAP擬合,得出初打承載力值即短期承載力。經過一定時間的休止期后,樁周土重新固結,再進行高應變測試,此時得出我們的復打承載力值即長期承載力。


那么設計單位會采用哪個承載力作為設計承載力呢?這里面就有一個經濟性與安全性的考量了。


①如果業主更關注項目的經濟性,而且結構設計等級低,那么通常情況下,可以用長期承載力作為最終的設計承載力。也就是說我們的初打承載力不需一定要滿足設計值,只需要經過一定休止期后的長期承載力滿足即可。比如說,設計極限值1000噸,經過試樁后,測得初打承載力為500噸,復打承載力可以達到1000噸,那么我們就可以以初打承載力500噸作為工程樁承載力的驗收標準。 長期承載力與短期承載力的比值,我們稱為恢復系數,或稱時間效應。


②如果業主更關注項目的可靠性,而且結構設計等級高,可以使用短期承載力作為最終的設計承載力值。這種情況下,初打承載力就要滿足設計要求。比如說,設計極限值為1000噸,測得初打承載力為500噸,那么此時承載力驗收就不合格。設計單位就要修改設計方案,重新選擇樁型。


(3)當然,試樁結果只能從宏觀上指導下一步施工,在實際的工程樁施工中,有很多特殊情況發生。比如說,樁沒到標高已經打不下去了,如果承載力復核符合設計要求,一般會截樁,承載力不符合設計要求,那要么重新選擇合適的打樁設備,要么就要更改設計方案了。還有更特殊的,樁打到標號了,但是承載力驗收不合格,這時候就要進行補救了,如加一節或多節樁。



四、PDI-PLOT軟件的應用

一般來說,將樁打到設計標高,所需的錘擊數都在幾千錘左右,這么龐大的數據量整理起來非常困難。為了解決這個難題,PDI公司推出了PLOT軟件,可以將每一錘的詳細數據整理并繪制圖形,讓巖土工程師可以更直觀的觀察各項數據在打樁過程的變化情況。


PLOT操作非常簡單,只需要導入PDA文件,軟件就會自動生成表格并繪制趨勢圖。圖6縱坐標為錘擊數,上下橫坐標為打樁監控中的各項參數,非常的直觀。圖6中左起第3幅圖,藍色曲線為最大拉應力隨錘擊數的變化關系,從1156錘(編號○1)到1658錘(編號○2)拉應力一直在升高,這就提醒我們要注意在此土層中打樁拉應力增大的問題。

此土層中打樁拉應力增大

圖6



五、打樁監控報告內容

綜上所述,巖土工程師在出具打樁監控報告里應體現以下幾點內容:

(1)停錘貫入度或每米錘擊數,可現場觀測得出

(2)恢復系數關系(或時間效應系數),可通過初打與復打PDA測試整理得出

(3)拉、壓應力與錘擊能量,可通過PDI-PLOT軟件整理得出

(4)單樁豎向極限承載力,可通過CAPWAP擬合得出


所以,利用我們的CAPWAP軟件與PLOT軟件可以非常輕松的生成數據表格和繪制趨勢圖。當然,你也可以制成以下簡明表格形式方便業主與設計查閱。

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