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歐美大地 基樁檢測
基樁檢測
高應變測試現場檢測階段的五個關鍵問題
發布時間:2021-11-30 瀏覽次數:27021 來源:歐美大地

自從上個世紀90年代EPC引進美國基樁動力學公司PDI動力測樁技術開始,就一直深受國內檢測同行的信賴。PIT低應變檢測已經成為基樁完整性普檢最有效的手段,PDA高應變測試在各個不同的應用場景如承載力復核、打樁監控、巖土勘察中占有極其重要的地位。還有一些新的前沿技術如熱法樁身完整性測試TIP、混凝土厚度測試ACT、沉渣厚度定量測試SQUID等,在國外應用非常廣泛,我們EPC也正在積極的做國內推廣,目的是為了更好的服務基樁檢測客戶、更好的服務國內建設項目。

如同所有的物探方法論一樣,基樁動力測試也需要在滿足一定的應用場景、滿足合適的應用條件下,才能得出符合實際的結果。不能背離了這個前提,不能濫用。為了讓大家更好的理解動力測試技術,我們將分10期來詳細討論一下基樁動力檢測的一些細節問題。

今天講第一期,PDA高應變測試現場檢測階段問答整理,下一期我們探討一下PIT測試問題,后面我們會講到PDA高應變測試數據解析、沉渣定量測試及成孔質量測試、TIP熱法樁身完整性測試等。請大家關注。

大家都很清楚,高應變測試結果的可靠性100%依賴現場采集的數據質量,高質量數據才能得出可靠的結果。下面就各位同行咨詢的現場測試階段的問題整理回答如下。


Q1 傳感器的安裝

安裝位置

1丨首先傳感器的安裝位置應避免樁身中可能會產生應力集中效應部位,如鋼樁變徑變壁厚處、焊點、吊耳、接樁、排氣孔等。

2丨傳感器對稱安裝在距樁頂不小于2D處。如果是大直徑樁比如海上風電樁基礎,可以稍微放寬點限制,但不應小于1D。(D為樁直徑),同側的加速度傳感器與應變傳感器距離不宜大于8公分,推薦5公分以內。

3丨這里強調一下必須對稱安裝,海上風電測試中,有時由于現場測試環境比較惡劣,有些同行將4或8只傳感器都安裝在同一側,采集信號當然非常很理想,但其實這不符合測試要求。

4丨樁頂測力裝置傳感器安裝

PDI的樁頂測力裝置是灌注樁PDA測試的一個輔助設備,可以很好的解決灌注樁測力不精準與開挖、接樁等準備工作繁雜的問題。由于預先打了孔,直接安裝傳感器即可。


傳感器安裝的松緊度

這是PDA用戶問的最多的一個問題,松緊度有兩個方面

1丨傳感器自身的松緊度,這個主要是應變傳感器打眼問題。

PDI應變傳感器上下安裝孔標準76mm,如果現場打孔小了或大了,那么傳感器就會產生一個初始應變值,小了處于受壓狀態,反之大了處于受拉狀態。

一般情況下,孔間距與76mm輕微的偏差,不會影響實際應變測量結果和測量精度,但是會影響傳感器的測試量程。

但一些特殊情況下,比如初始應變值直接超過極限測試量程8000με了,那么傳感器可能會被破壞掉。所以盡量使孔間距保持在76mm。

2丨傳感器與樁身緊貼的松緊度。

有些同行擔心傳感器在高能量錘擊下產生松動問題,所以在緊固螺栓的時候,使勁擰,在遇到安裝面不平整又沒有打磨的時候,甚至都把傳感器擰到變形了。我們統計過傳感器損壞的原因,90%以上的傳感器損壞都是這種情況導致的。

其實只要將傳感器緊貼住混凝土或鋼安裝面,左右不能晃動或轉動即可。

傳感器的安裝工具

這里主要講一下鋼樁的傳感器安裝工具,因為鋼樁應用場景稍微少一些,有些同行是第一次接觸。一般情況下,鋼樁上安裝傳感器的流程是:先用5.2或5.3的鉆頭鉆孔,再用6個的攻絲錐攻絲,最后用螺桿安裝傳感器即可。


海上測試的時候,由于在船上,安裝設備盡量在陸上調試好或多配置幾套,以免現場出現狀況就麻煩了。

另外,很多同行用一些其他的方法在鋼管樁上安裝傳感器。比如將螺桿或螺帽焊在樁身上,不建議使用這種方法,如果焊點沒處理好,會影響測試的精度。

Q2 試驗錘的選擇

錘型及高徑比

如果是采用打樁錘,液壓錘和柴油錘都是很好的選擇,對中性好,錘重足夠。這里要注意:一般情況下,導桿式柴油錘不適合PDA測試。

自由落錘一般建議錘的高徑比不小于1,一個是為了保證測試安全,另一個重要的原因是能保證沖擊應力在錘中傳播的時候,錘體的各個橫截面運動不均勻性比較小,錘體可近視看成是剛體。

對于過于細長的錘體,錘內各個橫截面運動不均勻性增強,此時,錘體應視為一個彈性桿件進行沖擊響應分析。

組合錘,中間連接部位要緊密,保證測試安全,盡量不要采用片式組合錘。


錘重

一般規定,錘重為期望承載力或極限承載力的2%較合適。

采用重錘低擊更好。

輕錘高擊即提高落距雖然也能提高輸入能量,但在充分激發承載力的前提條件下,可能會造成樁頂局部受力過大而破壞,特別是混凝土樁。另外,輕錘的沖擊脈沖相比重錘窄,應力波傳播的不均勻性增強,即樁身受力和運動的不均勻性明顯,動阻力影響加劇,與位移相關的靜阻力分段發揮,使數據分析誤差增加。

另外,國外有些經驗,打鋼樁的錘重易大于樁身自重的8%,大家也可以參考一下。


Q3 錘擊信號的選取

我們測試的時候一般有初打與復打兩種情況。進行承載力分析時,初打信號一般選取停錘前EMX或FMX最大的幾錘進行擬合分析較適宜。

復打,即樁經過一定時長的休止期后再進行PDA測試,如果復打的錘擊數過多,可能會造成樁土重新被擾動,此時承載力會急劇下降。所以承載力復打測試建議錘擊數不要過多,滿沖程下20-30錘以內即可。一般以連續擊打能量發揮最大的前幾錘作為分析數據較合適。


Q4 波速的設置

我們在基樁公眾號里專門寫了一篇文章來分析高應變的波速問題。在高應變測試中,有兩個波速,一個為平均波速或叫計算波速,用來定義2L/C區間,另外一個為彈性波速或叫預設波速,用來計算彈性模量的。兩者功能不一樣,不要混淆了。

數據采集前,我們在儀器里設置的波速為彈性波速,由傳感器安裝面的材質確定。比如說,我們混凝土預制樁打樁作業,用了鋼替打,將傳感器安裝在鋼替打上,那么此時的波速應設置為鋼的5123或5120,就不能設置為混凝土的。

另外,很多同行喜歡在做高應變測試前做一下低應變,這是個很好的措施,可以相互驗證一下樁身完整性信息。但不適宜用低應變的波速來替代高應變的平均波速。

在滿足一定的長徑比的前提下,樁可視為非線性彈性體,高頻信號的波速會大于低頻,由于沖擊激勵的錘重不同,低應變激振頻率比高應變高,所以低應變測試的波速要比高應變測試的波速大一些。而PDA測試又是一個定量分析,波速每增減10%,測得的力就要增減21%,所以不能用低應變的波速來替代。


Q5 采樣頻率與采樣點數的設置

106-2014規范里要求曲線擬合時長在T1+2L/c時刻后延續時間不應小于20ms;對于柴油錘打樁信號,在T1+2L/c時刻后延續時間不應小于30ms。

原因有兩個,一是沖擊脈沖持續的時長一般不超過20ms;二是與位移相關的總靜阻力一般會不同程度地在2L/C滯后發揮,特別是端承樁,端阻力的激發需要很大的位移,所以總土阻力的發揮嚴重滯后,因此2L/c后延時足夠的時間,使得曲線擬合能包含全部的土阻力信息。

一般情況下,我們選擇200ms的總采樣時間是可以滿足絕大部分測試的,采樣頻率這里,如果是鋼對鋼沖擊,采樣頻率可以選大一些,如20KHz。

另外,這里有個pretrigger buffer time,我們一般叫預觸發時間,預觸發延遲時間設置的是傳感器觸發并產生信號之前,儀器提前記錄的時間。對于非柴油錘,這個時間是固定的;而對于柴油錘,儀器會根據用戶所選擇的采樣時間和采樣頻率以及錘型自動計算一個默認值,當然,這個值是可以修改的,點擊相應區域就可以進行輸入。預觸發延遲時間不可以低于其最低限值。


如果這個值設置的不對,比如說本來是柴油錘,在錘型選擇里設置成了液壓錘,那么就可能造成以下情況,導致信號前段過長。請見下面案例演示:




總結

我們在做高應變測試有一些誤區,其中最大的誤區在于注重CAPWAP擬合的技巧,而忽視現場采集的數據質量。這有一點本末倒置了。數據質量好,如海上風電鋼管樁測試,由于現場測試條件良好,后期的數據處理就非常的簡單。請各位工程師一定要將更多的注意力放在現場測試這一塊。如果您遇到更多的現場測試問題,可以隨時來咨詢歐美大地基樁測試部。


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