15个高低应变检测中的常见问题-欧美大地仪器

基于PDI产品，我们整理了一些岩土工程师在高低应变检测中经常咨询我们的产品和技术问题，并做了解答，其中有一些问题是关于高低应变在国外项目上的应用。
Q1 相比与静载试验，PDA动力测试一般建议采取多大的安全系数？

通常情况下，安全系数的选取取决于相关的地基基础设计标准、规范或者业主和设计的具体要求。
在国内的规范中没有明确的区分动力测试与静载测试给定值的选取标准。但在国际上如美标，一些规范规定动力测试与静载试验的安全系数相同，如《美国建筑规范》，一些规范则要求动力测试的安全系数选取略高于静载试验，如美国国家公路与运输官员协会（AASHTO）的公路桥梁标准规范，要求动力测试安全系数比静载试验高出10%。
Q2 斜桩可以做PDA测试吗？

当然可以。斜桩基础在港口码头、海上石油导管架平台以及一些抗拔桩中应用的非常广泛。就PDA测试而言，斜桩与垂直桩没有什么区别，只需要注意，传感器安装须平行于桩轴线即可。
Q3 PIT测试可以做完整性的定量分析吗？

在PIT早期引进国内的时候，很多专家曾经做过用PIT测试验证承载力、定量判定桩身完整性方面的工作，一旦有突破，对于整个基桩检测工作将是一个无比巨大的改进，因为那个时候PIT测试实在太方便了。

如同高应变曲线拟合法一样，低应变曾经也出现过曲线拟合法，但桩的尺寸效应、幅频相频响应、高频波的弥散、滤波处理等造成实测波形的畸变，以及桩侧土阻力、桩身阻尼的偶合影响，使得低应变的检测措施很难达到理想的结果，不能像高应变一样，给出丰富精准的桩土信息。因此，JGJ-106-2014规范里对PIT完整性检测的结果也仅要求给出定性的结论即可。

最近，有同行反馈，在东南亚如印尼、斯里兰卡等地，当地的咨询单位或监理要求使用PIT来定量判定桩身完整性，依据是在PDI厂家的PIT说明书中，介绍了一种测剖面分析，该分析方法里讲到了PIT做定量判定。

我们PIT测试专业版里确实有这么一个功能，但偏科研性质，需要准备的测试条件、工程师对当地地质情况的经验、详细的施工记录过程都有很高的要求，比较麻烦，如果用测剖面分析去对每一根桩进行测试，那么就背离了低应变快速普检的意义了。

所以，建议大家，如果是科研工作，可以尝试一下测剖面分析，常规的基桩检测我们PIT的基本功能就可以满足。如果想要得到丰富的完整性信息，可以用其他检测手段如TIP、CHAMP、钻芯去验证。
Q4 国外项目中，PDA、PIT、CHAMP传感器需多久标定一次？

Pile Dynamics Inc（PDI）公司和美国材料与试验学会（ASTM）D4945建议不管使用频率如何，每两年重新校准一次传感器。

PDI公司建议，即使传感器没有过已校准时间，如果出现测试信号异常或可疑数据，应立即重新校准。

为了保险起见，PIT的传感器与内置传感器的力锤、CHAMP的超声波探头同样建议2年重新标定一次。
Q5 国外项目中，PDA、PIT测试主机需多久标定一次？

目前为止，ASTM规范里没有明确规定高应变PDA与低应变PIT的重新校准周期。

如果在测试过程中发现非典型信号，可以将设备邮寄回PDI或者当地的供应商进行维修。
Q6 关于能量的计算，在PDA-8G里有EMX, EFV, ETR and ETH，在SPT Analyzer有EMX, EFV, ETR, E2E, E2F, EF0, EF2, EV2，这些参数怎么计算来的？有什么区别呢？

PDA高应变测试功能强，除了承载力复核，打桩时的桩身应力监测和能量监测也经常使用到。

关于能量的计算，在PDA-8G与SPT Analyzer里有很多关于能量定义的参数，这些参数计算方法以及区别给大家详细解释一下：

①应用最多的EMX，其定义为传递到桩身里的最大能量。计算方法是整个数据样本记录的力乘以速度在时程积分的最大值，美国材料试验协会(ASTM) 4633和欧洲标准ISO 22476-3只批准EMX用于能量计算。EMX与长度(LE)设置无关，因为它搜索整个记录。ETR(%)是通过比较EMX值和锤的额定能量计算出来的。

计算公式：ETR(%) = 100% * EMX/PE 式中，PE为锤的最大额定势能

②PDA-8G可以计算出ETH值，只能与开口柴油锤配合使用。

计算公式：ETH(%) = 100 * EMX/(Wr * STK) ，Wr是锤芯的重量。STK为开口柴油机冲程，PDA-8G根据打击间隔时间来计算STK。

③EFV与EMX相同。它与ASTM D4633的专用术语。

④E2E与EMX的计算方法相同，但积分的区间只在2L/C范围内，在2L/C处就停止积分，所以更改LE值，E2E的值就会改变，因为积分的区间产生了变化，这是E2E与EMX最大的区别。由于ASTM 4633和欧洲标准ISO 22476-3不建议在记录结束之前停止积分，所以应用较少。

⑤EF2，EF0，EV2是ASTMD4633上推荐的能量计算方法，用于SPT的能量测量，在实际操作中，由于探杆的不均匀性，接头的不确定性等原因，在第一个2L/C周期内，其力和速度的良好比例性难以实现，导致了这些测量方法的准确度。所以PDI强调，工程师在进行SPT能量标定的时候，不再使用这些参数，而使用EFV或EMX参数，EF2、EF0E2F或EV2这些参数仅供研究之用。
Q7 当测试球墨铸铁桩的时候，在PDA或GRLWEAP里怎么输入桩参数？

在有些特殊项目中，有些桩身材质是球墨铸铁的，比如比较有名的品牌DYWIDAG，（国内叫地伟达），其桩身参数推荐值如下：

※重密度SP：69.2 kN/m3-72 kN/m3

※波速WS：4,400 to 4,800 m/s

※弹性模量EM：140 and 165 GPa
Q8 PIT测试中，最大、最小的长径比L/D一般推荐多少？

在早期的基桩技术研讨会中，PDI一般建议PIT测试中长径比L/D不小于5，不大于30。最小的长径比L/D不小于5，这点是比较好确认的，熟知低应变的工程师都知道，PIT测试的前提是基于一维应力波理论成立或近似成立。

一维应力波理论有一个重要的假设-平截面假设（就是假设力和速度等参数只是深度和时间的对应函数）。理论上讲，杆的长度L必须远大于杆的直径d，才可将其视为一维杆，实际上，如果L>5d，桩就可近似作为一维杆件处理。（注：有的专家认为不小于5比较激进，认为不小于10更合理）
以前，我们PDI推荐最大的长径比不大于30，这是因为当时的PIT电子设备如传感器没有现在这么先进，当大于30的时候，桩底经常会因为土阻力的原因无法观察到。

剔除仪器的影响，最大的长径比取决于桩的均匀性、桩周土性状和桩端土性状等。在良好的条件下，长径比可以超过30，甚至达到50-60。
Q9 PDA测试中，什么时候需要用到8通道？

首先说明以下，为什么PDA测试不用F-V双通道？在我们锤击过程中，100%的对中性是很难实现的，或者说基本上不可能，那么双通道数据就会使得测量的误差放大，进而影响测试结果的准确，所以采用4通道的F-V测量就会使得误差变小。

但在某些特殊的情况下，4通道的测量也不够用，如：

①灌注桩测试：我们灌注桩测试中，基本采用的是自由落锤，这种落锤的对中性相比打桩的柴油锤或液压锤效果要差很多，即使采用了导向架。另外，灌注桩的桩身是现场浇筑的，其材质的稳定性相比预制桩也有不小的差距，所以应变的测量也不稳定。采用4通道就不一定满足现场测试和数据精度的要求，建议大家采用8通道或更多。

②大直径桩测试：最近几年由于海上风电的兴起，一些大直径、超大直径的单桩平台被广泛采用，3-4米直径的已经很常见了，在有些特殊设计要求下，甚至采用10米以上的直径，这么大的直径桩也建议采用8通道。
Q10 可不可以在替打上安装传感器进行高应变测试？

在某些特殊的情况下，传感器不能直接安装在桩身上，安装在替打上是一种可选方案，不过为了获取合理的数据，您还应该注意以下几点事项：

①传感器安装在替打上，那么在PDA-S参数设置里，WS，SP等参数须是传感器安装面的参数。

②替打允许选择不同于桩身的材质，如混凝土桩选用钢替打，但形状必须规则，如果是空心的，内部不应有过多的加固件，因为异形替打或者过多的加固件难以求得正确的面积，从而力测量产生偏差。

③确保传感器安装位置远离替打的两端，至少1D，避免应力集中问题

④在capwap里，将替打和桩看成一整体，建立非均匀桩模型

⑤在capwap里，注意桩与替打之间的不均匀性、缝隙和连接。

⑥8通道测试有助于测试。
Q11 CAPWAP拟合分析后的总静阻力Ru>最大打击力FMX，这可能吗？在哪些情况下会产生这种情况。

在我们以往介绍波动力学的时候，有一章节专门讨论了当应力波传递至固定端桩底的情形。理论上，无侧阻力与桩端土支撑和刚度无限大的时候，Ru应该为冲击力的2倍。当然，实际情况与理论模型的匹配不会完全一致，桩端土支撑和刚度不会无限大，达到2倍的情况基本不可能。从经验上讲，Ru为FMX的1.3倍就很少见，不太可能超过1.6倍。

上图实测数据中，CASE法RX5 值为6639（capwap为7100），FMX为5132，DFN为-9即这根桩在此锤击能量下没有打动，且产生了较大的反弹。计算出来的Ru就大于FMX。

所以，Ru大于FMX在PDA测试中是正常的，特别是桩身没有被打动产生了反弹情况下。
Q12 CAPWAP拟合分析时，经常会警告：WARNING: NOT FULLY ACTIVATED ESISTANCE” 和 “TOTALLY ACTIVATED RESISTANCE，这个警告信息的含义是什么？该怎么调整？

在我们将PDA数据关联到CAPWAP中，或者在拟合分析过程时，有时会弹出如下图所示的warning。

这个警告的意思是一个或多个土单元在该锤击力的作用下产生的最大位移小于该层土的弹限。简而言之，当该土单元阻力未充分激发时，就会出现该警告。通常这个时候的拟合数据是不能被接受的，因为土单元的极限阻力、弹限或者两者同时被设定的太高。

比如下图的Toe，Rult（466.6KN）Ract（305.5KN）的含义就是桩端土单元即端阻，在此时设置的QT值下，如果该土单元的位移等于或超过设定的QT值，那么Rult就为466.6KN，但此时位移并未达到设定的QT值，在该位移下激发的端阻即Ract为305.5KN。

如果发生这个问题，一般情况下，拟合的步骤为继续减少Ru和Quake，直到相应土单元最大位移大于或者等于弹限。

如果勾中下面的check for proportional Ru and quake reduction复选框，capwap将以相同的折减系数来自动减少土阻力与弹限，有助于程序维持土阻力与弹限的线性关系。不过这个可能会导致某些相同性状的土单元采用不同的弹限，使得CAPWAP的解为下限解。

注:除了Q-S静载曲线具有缓变形特征的大直径灌注桩或大直径扩底桩，由于其端阻的发挥需要极其大的打击力，其他PDA测试一般情况下，如果发生该Ru未充分激发的问题，较优的解决方案还是现场测试里增加锤重，确保土阻力能被激发出来。

Q13 为什么有时候DFN值与现场实测的贯入度不匹配？

DFN是通过加速度的双重积分获得的最终位移，只定义了一个积分常数（记录结束时的速度为零）。有时，“DFN”值与现场的实测的贯入度不匹配，因为在冲击后桩身产生了反弹。在这种情况下，可以使用PDA-W程序的CW或PDA-S中的CAPWAP功能来调整积分的结束时间。如果输入了“驱动日志Drive Log”，PDA-W或PDA-S程序可以将数据调整为每次冲击的平均实测贯入度。

还应了解的是，任何单次锤击（至少对于打入桩而言）的贯入度是很难计算的，并且一般情况下DFN的计算值不同于一组锤击实测的总贯入度除以总锤击数而确定的平均贯入度，尤其是当锤击性能或土壤阻力发生变化时。

另一个潜在原因是使用柴油锤时预触发时间设置不足，对于柴油锤，在数据采集期间，尝试将PAX或PDA-8G中的预触发缓冲时间调整为至少35毫秒。

Q14 PDA测试可以评估桩身竖向抗拔承载力吗?

我们在讨论CAPWAP与静载比对分析的时候，CAPWAP有一个优点经常会提起到，就是CAPWAP除了可以评价桩的总阻力外，还可以评价阻力分布。在考虑竖向抗拔承载力的时候，阻力分布的计算即分析端阻与每个单元的侧阻就非常的重要了。

抗拔试验不考虑端阻力，假设土体在抬升过程中的阻力与压缩过程中的阻力相似，那么侧阻或侧阻乘以一个安全系数（一般为80%）即抗拔承载力。只要桩不短，这个假设是合理的，也有大量的案例验证。
Q15 传感器的标定证书丢了，怎么查找标定系数？

经常会有用户反馈，传感器的标定证书丢了，然后用的时候就不清楚该传感器实际的标定系数。即使去问厂家，由于时差问题，常常不能第一时间获知。

为了解决这一难题，PDI专门在官网建了一个传感器标定证书数据库，大家只需要输入自己传感器的SN码就可查找，非常的快捷便利。查询的网址链接：https://www.pile.com/resource-type/calibration-document/。

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