基桩高应变检测

高应变桩基承载力检测

2014年10月27日一、高应变法测试概述

高应变法：用重锤（重量为预估单桩极限承载力的1%～1.5%）自由下落锤击桩顶，使其应力和应变水平接近静力试桩的水平，使桩土之间的土产生塑性变形，即使桩产生贯入度，一般贯入度≮2mm,但≯6mm.桩对外有抗力（承载力）是通过位移产生，有了位移，桩侧土强度得到充分发挥，桩端土强度也得到一定程度的发挥，此时,量测的信号含有承载力的因素。但对于嵌岩桩和超长的摩擦桩，要使桩端土强度发挥几乎是不可能的。

高应变法动力试桩的主要功能（1）判定单桩竖向抗压承载力（简称单桩承载力）。单桩承载力是指单桩所具有的承受荷载的能力，其最大的承载能力称为单桩极限承载力。高应变法判定单桩承载力是桩身结构强度满足轴向荷载的前提下判定地基土对桩的支承能力。（2）判定桩身完整性。高应变作用在桩顶的能量大，检测桩的有效深度大。对预制方桩和预应力管桩接头是否焊缝开裂等缺陷判断优于低应变法；对等截面桩可以由截面完整系数β定量判定缺陷程度，从而判定缺陷是否影响桩身结构的承载力。（3）打入式预制桩的打桩应力监控；桩锤效率、锤击能量的传递检测，为沉桩工艺、选择锤击设备提供依据。（4）对桩身侧阻力和端阻力进行估算。

尽管低应变反射波法和高应变法均采用一维应力波理论分析计算桩—土系统响应，但前者由于桩—土体系变形很小，一般不考虑土弹簧和土阻尼的非线性问题；而后者除与低应变反射波法的计算原理、方法一致外，还要着重考虑上弹簧、甚至是土阻尼的非线性。因此，利用波动理论计算桩土互作用的土阻力问题显得很重要。

高应变实际检测时，测量激励和响应的传感器一般安装在桩顶附近，习惯上将传感器安装截面视为桩顶，传感器安装载面至桩底的距离称为测点下桩长L。对于等截面均匀桩，桩顶实测到的力和速度包含了桩侧和桩端土阻力的影响。下面来分析一下深度x处的上阻力R2在冲击过程中对桩顶的力和速度的影响。下行入射波通过x界面时，将在界面处分别产生幅值各为Rx／2的向上反射压力波和向下传播的拉力波．见图1。即t＝x／c时刻Rx被激发，Rx／2的压力波影响于2x／c时刻反射回桩顶，它将使桩顶力曲线上升Rx／2，同时使速度曲线下降Rx／2Z。如果将速度曲线以力的单位归一化，即将速度乘以阻抗Z与力曲线同时显示，这样Rx对桩顶力和速度曲线的影响将使两曲线的差值增加为：

由于x是完全任意的，可以得出如下结论：在桩顶力和速度时程曲线的2x/c(x＜L)时刻，力曲线与速度曲线之间的差值代表了应力波从桩顶下行至x深度的过程中所受到的所有土阻力之和，即：

上行为R/2的压力波，经2L/c

时刻到达测点。它对测点波形影响是，使力值增加，速度值减小，也就是力和速度波形分开，分开距离在数值上正好是桩侧摩阻力值。数值－R/2的下行拉力波将和下行的锤击波F(t)叠加，传播至桩底后产生反射。桩侧阻力的反射波：桩顶受锤击作用，应力波沿桩身传播，遇桩侧土摩阻力R时将产生上行的压力波和下行的拉力波。打桩土阻力的大小显然与桩的竖向承载力高低有关，桩承载力愈高、打桩土阻力愈强。尽管土阻力是直接测量的，但土阻力中所包含的静阻力的具体量值是未知的。因此，通过实测力与实测速度曲线之差反映的土阻力大小只是桩的竖向承载力高低的定性表达。二、高应变法检测一般规定该方法适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。对于大直径扩底桩和Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用该方法进行竖向抗压承载力检测。

三、仪器设备检测仪器一般通用的基桩动测仪可以胜任。JGJ106-2014对锤击设备提出了要求：

条:锤击设备可采用柴油锤、液压锤、蒸汽锤等具有导向装置的打桩机械，但不得采用导杆式柴油锤、振动锤。条：高应变检测专用锤击设备应具有稳定的导向装置，重锤应形状对称，高径（宽）比不得小于1。条：采用高应变法进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比值不得小于0.02.四、现场检测技术JGJ106-2014对检测前的准备工作应符合下列规定：9.3.1条1、对于不满足本规范表规定的休止时间的预制桩，应根据本地区的经验，合理安排复打时间，确定承载力的时间效应。2、桩顶面应平整，桩顶高度应满足锤击装置的要求，桩锤重心应与桩顶对中，锤击装置架立应垂直。3、对不能承受锤击的桩头应做加固处理，混凝土桩的桩头处理按本规范附录B执行。4、传感器的安装应符合本规范附录F的规定。5、桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用10～30mm厚的木板或胶合板等材料。1、桩头处理（1）预制桩的处理。预制桩的桩头处理较为简单，使用施工用柴油锤跟打时，只需留出足够深度以备传感器安装；预制桩砼强度较高，桩头较平整，无须进行桩头处理，一般垫上合适的桩垫即可，但对于那些截掉桩头或桩头打烂后才通知测试的，有时也有必要进行处理，或将凸出部分敲掉（割掉），特别是出露的钢筋应当割掉，或重新涂上一层高强度早强水泥使桩头平整。大部分预制桩桩侧非常平整，可直接安装传感器，小口径预应力管桩，则因曲率半径太小，不利于应力环与桩身的紧贴，有时宜进行局部处理。（2）灌注桩的处理。灌注桩的桩身处理较为复杂，针对不同桩型，一般可采用下列几种办法：①制作长桩帽，传感器安放在桩帽上这种方法因便于传感器安装（原则上传感器应装在本桩上）、不会砸乱桩头、桩帽强度可以自由配制、信号质量较好，但是一旦接桩效果较差，便会严重影响上方传感器的测试信号；上下介质广义波阻抗相差较大时，也将使测试信号的可信度降低。②制作短桩帽，传感器在本桩上安装。这是较合理的一种处理方法，利用桩帽承受锤击时的不均匀打击力，以防止桩头的开裂。因传感器在本桩上安装，接头处并无特别的处理要求。工程桩难有安装传感器的平整面，当桩头位于地表以下时，需大量开挖以保证传感器的安装等是本方法的缺点。2、传感器的安装高应变测试的基本原理是分析土阻力和桩身缺陷对实测力波和速度波的影响，进而评价桩的承载力。测试时既要测力又要测速度，一般要求传感器线性带宽的高频截止频率至少能达到1500Hz，而低频截止频率则越低越好；由于打击力常达几百吨，对应的应力和速度也相当高，目前直接测量力和速度的传感器均难以具备如此条件，特别是力，几乎没有直接检测桩身应力的工具，因此高应变测试不得不采用间接的测量办法，通过测量桩侧的应变来推算桩身应力和力，通过测量桩侧质点加速度来积分成速度。

安装面应对称地选在桩两侧相同高度处，选择安装面时，应在适合传感器安装高度的桩周围反复用地质锤敲挖，寻找较少凸出物、较少软沙浆而又平整的平面。大多数灌注桩，只有将桩头全部挖出才能寻找出合适的部位，只对称挖出两侧的作法极不合理。桩成型较差时，只能找到相对较好的侧面，对于这些侧面，必须有专人再次进行合理的人工处理。①加速度计安装。加速度计和底座系分离件时，二者间必须用扳手拧紧，有可能的话还可用胶或硅胶粘牢，如无必要一般不要折开，计线座合一的可不必考虑二者间的紧密程度。加速度计的底座应紧贴桩侧，但拧紧膨胀螺栓时不可用力过猛，以免底座破碎。加速度计安装后用手应当不能扳动，传感方向必须与桩的轴向平行。②应力环安装。应力环的安装最为讲究，一般现场测试难获成功的主要原因便是因为应力环安装效果不理想。在预制桩和桩帽上应力环较易安装，只要膨胀螺栓孔距合适，表面平整，螺栓又生根紧密，即可获得满意的安装效果；而在灌注桩本桩上安装，当强度合理、桩侧平整、螺栓间距合适、生根紧凑时尚可，否则必须进行技术处理。螺栓斜入或间距不合时，可用铁锤在其根部轻轻敲击纠正；外套出露时，亦可用改锥或凿子打击使其与螺杆贴紧，以保证应力环能够贴近桩面。所有螺栓均应紧固、不易晃动。将应力环带有四角的一面朝向桩面顺螺杆贴到桩上，反复用手上下左右移动应力环，感觉到四个支点在同一平面时（即用力按下四角，没有翻翘、亦无明显变形）按住不动，开始上垫圈和螺帽，然后用扳手将其拧紧，拧紧的过程中，一方面安装人员要密切注视应力环中间的传感环，防止其出现可见的变形（一旦变形应松开处理），另一方面最好用测桩仪监控，防止其超出仪器的自平衡调节范围。从测试角度看应力环自然是拧得越紧越好，但过紧容易造成应力环的伤害。五、臂高应兴变法举的基秆桩基湿本模洋型1、基驶本模孔型（1）基颤桩模集型CASE法将庭桩视为叛一维均渡质（等麻截面尤棵佳）连售续的弹君性体，纯基本上费不考虑税桩身缺扩陷影响胖，应变衬与质点馒速度之味间满足掠协调方俘程；而输拟合法浆不要求派桩身截坟面上下时相等，岗基桩本萄构关系斧亦改为卖粘弹性旅体，可欣考虑桩摇身内阻绣对应力编波的衰色减影响防，为进早一步模部拟灌注暮桩现场勿测试的且真实状枕况，也套可以引庸入横向虚惯性效警应修正纯、桩头胶砼体的铅塑性非圾线性修尸正。此知外，为顿考虑桩排身内部没的缺陷惯影响，鸽拟合法洒引入了款桩身接遗缝的松妖弛模型毅，对于擦缺陷部定位，只茂有当质势点位移夸大于（哈压）或跑小于（侦拉）一腐定值时在才能向糕下传播惊应力波物。（2）桩哈周土梯动力提模型织：为廊排除面动力硬试桩规过程兰中土败体的捞动力砌效应面，CA臭SE法和号拟合砖法均炸引入杜了土墙的动付力模瓣型。耻前者塌假定港土的惨动阻膜力全中部集舒中于仗桩尖会，且保与桩饲尖速剃度和狂广义气波阻纪抗成设正比悼；后民者则缠假定秩动阻查力存姥在于缎桩端窗和桩棵周各深个部鄙位，呈常用颗两种寇模型故动阻鬼力伴迟随静肥阻力佣出现拐，或湿动阻兴力伴锤随质标点运霉动出着现。鹅为考姓虑土抄体内欣部的像能量挣耗散匙效应捆和惯央性效首应，枕弥补与静力战模型坚的不嫂足，购拟合狠法还申引入冤了辐纷射阻乞尼模修型和汤土塞肤模型切，实兄际编浩程又旬定义议一种册阻尼漆选择蜓指标亮，以疮便根惯据桩茎尖情抱况采互用不怪同动屋力模运型。（3）桩康周土滔静力吃模型撑：CA菠SE法为速了确城保波港动方生程解传耦，比得到临半经绝验解由析解烈，不提仅将析桩侧销速度庭与动木阻力枕分离右，而云且将昆桩身怎位移哭与静替阻力德分离纤，因府而假俘定土典的静预力模饿型为面理想轮刚塑踪蝶性体岸，见蜜下图迎，一凭旦扰嘱动发睡生，捐阻力漏即达救到极漂限值航，显丽然，董这只伶能在霜桩土内间超驼过一移定变案形时培才适掌用。故拟合暗法则辉在假瞧定桩踏周土证体内爷部无灭相对色变形饱的前乞提下视，于的桩土披间引周入了尖理想救弹塑聪性模膊型，招进入泄塑性绕前，状静阻鸣力与浅桩土稳相对水位移印成正驶比，资进入恢塑性瓦后，晚静阻该力值抬恒定豆不变塌。实今际应盘用时飞，对首于重扮复加球载和泽卸载泡，以贺及桩牧尖脱缘瑞离等线情形谁也作晋了进沙一步瓣假定穴，由于动静亦阻力与质给点位移和龙速度相互晓关联，方引程无法解牲耦，只能狭采用迭代看运算。CAS抄E法土的理愚想刚塑盈性静力模缴型六、CA课SE法计算公无式CAS赢E法计算毕桩基承有载力:打桩桩冤总阻力源估算公葵式：如果投在整演个深赚度L的桩段框上连续瞎作用有毛侧阻力葡以及端洋阻力，避且土阻咏力是自致上而下钱依次激甜发的，片记初勇始速度消曲线第幕一峰的旷时刻为t1，则在t2＝t1星+2概L／c时刻，府桩顶实订测的力辣和速度免记录中极将包含共以下四箱种影响低：(1)由土量阻力冈产生艰的全纹部上户行压稀缩土伪阻力锋波的避总和RT／2；(2钳)由初糟始的脆下行瞎压力城波经排桩底包反射版产生咽的上略行拉造力波家，符先号为烈负；(3)由土阻来力产生天的下行沟拉力波吨经桩底鸽反射后探以压缩续波的形京式上行酷，并与众第（2）项的暑上行波警同时到涉达桩顶剑，其大趁小也为RT／2；(4弹)全部的话上行被叨在桩顶团反射而帅形成的炕下行波Fc(查t2)。凯司法将阴打桩总阻爬力RT分为血静阻护力Rx和动明阻力Rd两个鸟不相洋关项讽。为洗了从RT中将宗静阻蒜力部浴分提市取出述来，粥凯司刊法采锯用以章下四榨个假薄定：(1)桩身阻隙抗恒定青，即除邀了截面价不变外斜，桩身需材质均肥匀是无麻明显缺略陷。(2扑)只考比虑桩圈端阻炭尼，呼忽略逼桩侧夸阻尼籍的影握响。（3)应力波在埋沿桩身传涌播时，除须土阻力影词响再没有禁其他因素浓造成的能惊量耗散和速波形畸变盾。(4趟)土阻力队的本构董关系隐尝含采用辞了刚—塑性模亭型，即申土体对苦桩的静妻阻力大栋小与桩居土之间吴的位移分大小无前关，而锁仅与桩屠土之间伴是否存抚在相对士位移有市关。具喘体地讲伤：桩土柴之间一做旦产生略运动(应力波一渡旦到达)，此时由土的阻闪力立即已达到极娱限静阻份力Ru，且随位驰移增加不职再改变。得到鉴标准番形式欺的凯心司法吊计算兽桩承敬载力卸公式遣，较锈适宜裙于长已度适推中尺朱截面奏规则这的中犹、小昌型桩喂和摩善擦型宽桩。七、义波动去方程衣拟合财法波动方启程拟合且法没有跪显式的衡计算公亩式，只赚能通过魂编程获乳得数值撑解。目蚂前几乎回所有这盆类拟合过程序均锻将桩等龄分为1米左右崭的单元粥，并且杂约定：（1）单元红内部无各面积和侧阻抗变假化；（2）土阻积力由分绿布荷载胳等效为冬集中荷史载；（3）单葱元内初部的喝应力榜波衰呜减符桂合线亿性粘躁性模历型；（4）应力常波在单讲元节点膨处因受花土阻力挨、桩身仗阻抗变波化等产俊生反射推波和透伴射波。波动方程肃拟合法分严析拟合过料程中，需条了解桩土馆参数对拟醉合曲线的掘影响：（1）减小紫缷载水巨平意味基着缷载惕后的反增弹阻力穗或负摩金阻力减果小，导脖致计算班曲线的位尾部上枪升。（2）桩底瘦弹限降走低时，潜会引起朋桩底土其的快速详加载和哗缷载，礼因而会衬导致计芦算曲线2L既/c处及酬前方食一点冈偏高纳。（3）桩侧土跌弹限降低妹时，会引唱起桩侧土驱的快速加燥载和缷载疮，前部单歼元对应的舟计算力曲从线会偏高呀，后部会制降低。（4）降道低桩稠侧缷煌载系枕数会艺引起缘瑞桩侧切土单评元缷焰载速蜜度加拆快，检自然乌将使荐计算汇力曲货线的佣后方级提前透下降体。（5）桩侧宰各点土批的阻尼域力，与脑瞬时速倡度成正低比。降勒低桩侧北阻尼系殖数，将隆使土单太元的动校阻力减鬼小，计庆算曲线友偏低。八、高喝应变法瓶信号质劝量（1）现场信藏号采集和如信号质量碗的判断高应窜变现猾场检跪测不泪像低扶应变合检测毯容易绑获得肺信号扬曲线聪，一旦根桩玻的高定应变据曲线钓往往克花费侄较高膨，要观作好赚充分竟的准嫌备。浓主要备有：传感器储的检查恳，电锤蝇和膨胀旋螺栓的银检查。干扰防治窄：50Hz交流烤电对筐应力白环有得较大蹦的干绿扰作它用，本应使粮用直爪流电尤。各传感搜器的连喘线要坚蜻固，同陡时防止披线中的立金属和俭大地接帝触，最北好架空依。现场酒检测腥前，车最好园了解网该桩魔的承项载力洽，作豆低应仗变检闻测，妇了解常桩身摇完整渔性，艺看地丢质资赔料，存了解润相关抹信息皱，做卵到心状中有遗数。信号质忽量的判觉断：a、信号没劈燕有不规则坐的毛刺或戏振荡，没叫有明显的尺干扰；b、应页力和晋速度集归零垃，表么明桩埋已静折止。c、F(t)和ZV(t塌)在起始僻段重合宽且同时翅到达峰搏值，说请明传感刷器、锤敏击系统险和桩头泳基本正摸常。d、打击冈力在合疤理的范宴围。e、桩墓总阻闲力在判合理正的范悠围。…….和低阁应变饲反射疤波法幸检测喷一样垂，高吗应变梅承载稀力检村测也元要重薪视现残场的豆分析第和判就断。在现场炒，一定絮要获得词一组合屋理的好冬的曲线坛，一定渡要对桩抄的承载炒力有一络个判定愉。有好的曲排线，即使徐用Cas避e法也能得池到合适的矩极限承载关力值。没垄有得到好砌的曲线，典在室内怎永么进行曲逼线拟合计反算，也得率不到好的勉结果。高应变检仗测承载力寇存在较多生的争议，意主要是因介为桩很难咳打动，要趣获得2.54葡mm的位移，限对长大桩晌和灌注桩州很难实现疑。九、挎检测旦数据锐分析倡与判久定JGJ钢106枝-20吃14对检氏测数逃据质弱量作锦出下工列规貌定：9.4固.1检测承载见力时选取丛锤击信号涛，宜取锤组击能量较雅大的击次巷。9.4.兴2当出现下呼列情况之貌一时，高云应变锤击竞信号不得三作为承载巡寿力分析计样算的依据赞。1传感器安娘装处混凝聪土开裂或熟出现严重静塑性变形拐使力曲线民最终未归掘零。2严重相锤击艇偏心移，两臣侧力舌信号吴幅值羊相差据超过1倍。3四通道价测试数躬据不全腥。9.汽4.柔5高应翻变实殃测的朋力和速速度翁信号南第一肺峰起搂始比乐例失谱调时卸，不蚂得进勺行比皇例调皮整。十、莲实例惜与分环析采集系虑统子站实例与艳分析【例1】直径0.葱55迹m，桩长21茄m预应力荣管桩，膊桩端持轰力层硬辽塑～坚抖硬粘土次，筒式烧柴油锤哀施打，中图10-1为波旷形拟惯合法搁结果帅，（a）实测F、V波形；等（b）拟佳合力笼波形障；奥（c）拟合件速度波会形；（d）上、幅下行波徒；（e）计幼算速脊度波养形；雀（f）计船算位酱移波剥形；三（g）计叨算Q～s曲线和售阻力分合布。由此绍看出已：（1）该桩怠属摩擦铜端承桩属，Qu=39谣60k献N，端刑阻101安2kN（占26盛%），侧阻294眉7kN品(占74晚%)，波速c=420唇0m/s；（2）桩位移非最大值滞橡后速度最规大值，滞桃后时间，刻桩顶2.其6m洲s、桩中6ms、桩底4.5项ms。【例2】由实引测的F、V波形定性附判断桩承郊载力大小【例3】由实测较波形定稿性判断绿打桩过浆程桩承亭载力变搅化应力波迁沿桩身洗传播，颜遇土阻敞力时要裙产生上眉行压力蜓波。它纠使测点批的力波港上升，育使速度络波下降猴，所以微土阻力拖愈大，妈力和速付度二者钉分开距忌离愈大遮。从图看出院：（a）、（b）波形埋表明，2L/c前力F和速度V波形分差开距离针不太大窝，桩尖惰反射强杜烈，说等明桩身掠处于较另差土层蛋，侧阻孩力不大亩，桩尖记未进入鸽持力层搅，端阻信力很小价。（c）波它形表殿明，潮桩已复进入借好土判层，斩侧阻护增大趟，端残阻力面在提轨高。（d）波形支表明，2L/c以后宪，速炭度波呆往下尖拉很升多，盘桩已虏进好并持力细层，四端阻初力大糠大增批加。【例4】由实驳测波脚形判钓断波仇形异栋常原巧因。（a）波形孔正常；（b）