高应变注意点
高应变检测在工程基桩检测上应用和注意点分析
高应变检测在工程基桩检测上应用和注意点分析摘要：高应变检测技术在现阶段已经广泛应用与基桩承载力的检测过程中，在实际应用过程中需要注意相关的注意事项。
检测人员需要合理选择检测时间及锤击能量，还需要对原始材料进行收集，并且对桩头进行处理，增强检测结果的准确性。
本文主要是对于高应变检测在工程基桩检测上应用和注意方面进行分析，提供给实践工作重要的依据。
关键词：高应变检测；工程基桩检测；应用情况；注意点1.基本原理高应变检测的基本原理就是往桩顶滞轴向施加一个冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力及桩身完整性的检测方法。
用重锤冲击桩顶，使桩~土之间产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力．从桩身运动方向来说，有产生向下运动和向上运动之分。
习惯把桩身受压(无论是内力、应力还是应变)看作正的，把桩身受拉看作是负的；把向下运动(不论是位移、速度还是加速度)看作正的，而把向上的运动看作负的。
由于应力波在其沿着桩身的传播过程中将产生十分复杂的透射和反射，因此，有必要把桩身内运动的各种应力波划分为上行波和下行波。
由于下行波的行进方向和规定的正向运动方向一致，在下行波的作用下正的作用力(即压力)将产生正向的运动，而负的作用力(拉力)则产生负向的运动。
上行波则正好相反，上行的压力波(其力的符号为正)将使桩产生负向的运动，而上行波的拉力(力的符号为负)则产生正向的运动。
由于锤击所产生的压力波向下传播，在有桩侧摩阻力或桩截面突然增大处会产生一个压力同波，这一压力回到桩顶时，将使桩顶处的力增加，速度减少。
同时，下行的压力波在桩截面突然减小处或有负摩阻力处，将产生一个拉力回波。
拉力波返回桩顶时，将使桩顶处的力值减小，速度增加。
掌握这一基本概念就可以在实测的力波曲线和速度曲线中根据两者变化关系来判断桩身的各种情况。
2.高应变检测方法的概况伴随着高应变检测技术的不断发展，很多学者在研究以后均提出诸多的高应变确定基桩承载力举措，而且方法不一，应用的范围较为广泛，主要的方法概括为以下的几方面：(1)凯斯法（Case法）桩身受一向下的锤击力后，桩身向下运动，桩身产生压应力波P（T），在桩身的每一载面Xi处作用有土的摩阻力R（I,t），应力波到达该处后产生生一新的压力波向上和向下传播。
高应变讲解
高应变一．准备工作1.基桩开挖：不小于2倍桩径2.选择重锤：应为极限承载力的1~1.5%3.桩顶要剔除浮浆以及露头钢筋，保证平整4.冲击钻钻头8mm，膨胀螺丝6mm，固定螺丝的小扳手1把，老虎钳1把，小铁锤1把5.打磨机：切割片为精钢片，不能用砂轮6.传感器的安装：应力环线向下，加速度计线向上7.桩头垫子：3CM左右厚的三合板或者木板8.吊车：可以使用重锤9.应变传感器两个孔距离为6-7CM二.理论知识1.高应变：200~1000个应变低应变：小于10个应变2.通过重锤冲击桩头，产生沿着桩身向下传播的应力波和一定的桩土位移，利用对称安装于桩顶两侧的加速度计和应变计，记录冲击波作用下的加速度和应变，并且通过长线电缆传输给基桩动测仪3.桩垫要求：2~3CM厚的板子，可以垫细沙，管桩用麻袋2-3层4.锤子重量：设计承载力*2=极限承载力再*1~1.5%5.锤击时采用重锤低击（1~2.5m）6.积分：加速度--速度--位移7.贯入度：反弹后的位移，最好在2~6mm8.传感器安装点：大直径基桩--1倍，小直径基桩--2倍，大直径桩--直径大于600mm，桩长大于30m9.一定要保证4个传感器安装贴平！！！10.测点桩长：传感器（加速度计）安装点到桩底的长度测点面积：桩的截面积（管桩为内外直径的差）11.一般先做完低应变，测完整性，比较好的基桩才做高应变12.桩密度：灌注桩--2450，管桩--255013.case系数JC值粗砂--0.05，砂土--0.1~0.15，粉质砂土0.15~0.25，粉土0.25~0.4，粉质黏土0.4~0.7，黏土0.7~1.0，固定端为0，自由端为1 14.应用：检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性15.桩头混凝土强度等级最好比桩身提高1~2级，而且不低于C3016.case法的条件：只限于中小直径基桩，桩身材质和截面基本均匀17.RS加速度计采用电荷信号模式，PDA 是采用电压，电荷在导线中传播损耗快18.采用间隔50~200微秒（一般100），短桩用50（10m左右）19.监视：（正负200微应变以内）20.加速度计--电荷--电压--A/D转换--数字信号，应力--电压--A/D转换--数字信号、21.RS适配器的作用：将电荷信号转换成电压信号22.弹性波速：为测点横截面处的波速，高于平均波速。
高应变作业指导书
基桩高应变动力检测作业指导书2014年3月28日1、主题内容与适用范围为了确保现场高应变检测工作的正常进行，取得正确可靠的检测数据，使高应变检测工作规范、有序，特制定基桩高应变动力检测作业指导书。
本作业指导书规定了高应变评价桩身完整性和测定单桩承载力的作业指导。
本作业指导书适用于判定各类预制桩和砼灌注桩的基桩极限承载力及评价桩身的结构完整性。
2、引用标准国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-20033、抽样方法和数量由建设单位委托检测，双方签定委托合同。
检测数量一般由建设、监理、设计三方根据检测规程和工程实际确定桩数和桩号。
4、检测项目判定基桩的极限承载力；评价桩身的结构完整性。
5、检测仪器仪器设备由传感器(应变、加速度各一对)、放大器、数据采集装置、记录显示器以及专用附件组成。
1.传感器：加速度传感器的共振频率在7500Hz以上，有在0-1000g和10-7500Hz范围内呈线性；2.数据采集放大器：增益宜大于60db且可调；频率范围宜于10Hz-5KHz；3.记录采样频率：不宜小于2000点/秒以上；4.整机信噪比大于3。
6、检测系统框图基桩高应变检测系统框图7、检测前后，对被测样品和检测仪器的检查项目7.1 检测前，对被测样品的检查项目（1）为确保检测时锤击力的正常传递，对混凝土灌注桩、桩头严重破损的混凝土预制桩，检测前应对桩头进行修复或加固处理。
（2）砼桩桩头顶面应水平、平整，桩头中轴线与桩身中轴线应重合，桩头截面积应与原桩身截面积相同。
桩头主筋应全部直通至桩项混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上。
（3）距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为3—5mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于150mm。
桩顶应设置钢筋网片2--3层，间距60—100mm。
（4）桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1—2级，且不得低于C30。
7.2 检测前，对检测仪器的检查项目检测前应认真检查确认整个测试系统处于正常状态，并按规程逐一核对各类参数设定值，直至确认无误后，方可开始检测。
基桩动力检测高应变检测技术应用中的几个问题
基桩动力检测高应变检测技术应用中的几个问题一、影响高应变动力试验准确性的因素（一）预示承载力的精度目前高应变法确定极限承载力的误差范围在土20%左右，对此误差范围的估计是建立在动静试验对比基础上的。
事实上，端承型桩静荷载试桩给出的极限承载力本身大约有± 10%勺误差，所以，对高应变法预示承载力的精度要求过高是不现实的。
（二）测试误差灌注桩测试时，由于传感器安装处混凝土不均匀或非线性，传感器安装不良，锤击偏心使混凝土产生过大的塑性变形甚至开裂，会严重地影响信号的质量。
（三）桩未被“打动”时的误差此情况常出现在端承为主的嵌岩桩和支承在密实砂层或砂、卵石层的扩底桩（墩）或大直径桩。
扩底桩静荷载试验得到的极限承载力所对应的沉降常高达60mm，而动载试验要使桩顶产生10mm动位移就相当不易了。
不仅如此，即使是对高应变测试最理想的桩型一一摩擦桩，同样会由于土阻力未充分发挥而出现土参数取值的“任意性”，另外对于细长桩，土的卸载参数由于桩的提前回弹，而在土阻力响应区段与加载参数发生耦合，进而对这部分发挥的静阻力计算产生不利影响。
（四）计算误差Case法计算的基本假设之一是等截面桩，如为变截面灌注桩，则阻抗Z形成了未知数；同样，在波形拟合分析时，调整参数的工作对于等截面桩时只调整土参数，对非均匀截面桩时，桩土参数应同时调整，恰好拟合波形又对截面变化十分敏感。
（五）人员素质问题从事高应变动测的人员不仅需要桩基工程方面的经验，更需要波动理论、动态力学测试、计算机和土力学方面的知识。
对这门多学科综合的高技术，绝不能指望在极短时间内熟练掌握，或通过“简化”以达速成之目的。
二、静动对比的验证高应变动力试验法所获得的Q-S曲线，是在动力试验实测基础上经过波动计算和模拟的静载荷计算的后得到的。
用静载试验的Q-S曲线来进行对比和检验，是一种全面的严格的考核。
根据国内外所发表的有关资料，两种方法（正常条件）的极限承载力的最大相对误差<20%，平均相对误差约在10%。
灌注桩 高应变
有关“灌注桩高应变”的介绍
灌注桩高应变检测是一种常用的桩基检测方法，主要用于评估单桩的承载力和完整性。
通过在桩顶施加冲击力，测量桩身的应变和加速度等参数，推断桩身内部的应力分布和完整性情况。
有关“灌注桩高应变”的优点如下：
1.快速准确：高应变检测可以在短时间内完成对单桩的全面检测，得到准确的承载力和完
整性评估结果。
2.适用范围广：高应变检测适用于各种类型的桩基，包括预制桩、灌注桩等。
3.检测精度高：高应变检测通过测量桩身的应变和加速度等参数，能够精确地推断桩身内
部的应力分布和完整性情况。
4.可重复性好：高应变检测可以对同一根桩进行多次重复检测，以评估桩身的长期稳定性。
在实际应用中，高应变检测需要注意以下几点：
1.测试前需要对桩顶进行处理，保证桩顶平整、干净，无杂物和油污。
2.测试时需要将传感器安装牢固，避免出现松动或脱落现象。
3.测试过程中需要保持安静，避免干扰测试结果。
4.测试结果需要结合其他检测方法进行综合评估，例如低应变检测、静载试验等。
高应变测试技术
第四时间段以第二时间段的终点作为起点， 区段长度 20ms 左右， 这一区段主要用于修正土的卸载系数， 如卸载时土的最大弹性变形和 土的最大负阻力等。
13
图 10
拟合曲线的四个时间区段
拟合质量系数 Er 的计算公式如下：
Er Pc ( j ) Pm ( j ) / Pj ( i =1,2,3,4)
4 i 1
式中的 Pc ( j ) 为计算的桩顶力波， Pm ( j ) 为实测的桩顶力波， Pj 为 实测桩顶冲击力峰值。 从 Er 的计算方法可以看出， 四个区段中以桩端处的权值最重。Er 愈小， 说明拟合曲线与相对应的实测曲线愈接近， 相应的土参数也相 对合理。 由于不同实例曲线拟合程序中考虑拟合质量系数的方法不尽相 同，很难用一个统一的标准衡量拟合曲线的吻合程度，为此《建筑基 桩检测技术规范》 等标准中均未列出具体的拟合质量系数标准。 国内 也有部分地方规程参照 CAPWAPC 程序，规定了混凝土预制桩和钢 管桩的最终拟合质量系数宜小于 3%，混凝土钻孔灌注桩的拟合质量 系数宜小于 5%，并以此作为拟合是否达到要求的标准。 6、主要参数对拟合曲线的影响 下面介绍几个主要土参数对拟合曲线的影响（仅指力波） ； ⑴将某一桩单元处的土阻力增加（或减少） ，会使力的拟合曲线 从该单元往后上抬(或下降)。 图 11 中力拟合曲线在 2 L c 之前偏低， 且
4、拟合法确定承载力
（1）曲线拟合法的特点 a、不要求桩身等阻抗； b、可以考虑桩身内阻尼对应力波衰减的影响； c、假定动阻尼力存在于桩侧和桩端，各单元上土的动阻尼力 与静阻力和桩土相对运动速度成正比：
Rd i J i Rs i V i
高应变操作规程
高应变操作规程基桩高应变动力检测作业指导书目录1.检测原理及适用范围 (4)2.检测依据标准 (4)3.检测目的 (4)4.检测方法 (5)5.仪器设备 (5)6.检测前的准备工作 (6)6.1收集和了解检测工程概况 (6)6.2内业准备工作 (6)6.3试桩抽检数量要求及检测开始时间 (7)6.4桩头加固处理 (7)7.现场检测流程 (8)7.1资料填写 (8)7.2传感器安装 (8)7.3桩垫设置 (10)7.4测试参数设定 (10)7.5锤击设备的就位 (13)7.6锤击采样 (13)7.7仪器清理 (14)8.资料的整理分析 (14)9.报告编写 (20)1.检测原理及适用范围高应变法是指是在桩顶沿轴向施加一冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，经过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力及桩身完整性的检测方法。
高应变适用于建筑、市政、交通工程中的各类钻孔灌注桩、钢筋混凝土预制桩、预应力管桩、钢桩及其它类型的打入桩。
对多支盘灌注桩、大直径扩底桩以及具有缓变形Q-S曲线的大直径灌注桩，均不宜采用本方法进行单桩竖向抗压承载力检测。
高应变检测主要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。
对灌注桩进行竖向抗压承载力检测时，应具有一定的实测经验和相近条件下可靠的对比验证资料。
2.检测依据标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106- 。
3.检测目的（1）判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求；（2）检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；（3）分析桩侧和桩端土阻力；（4）在混凝土预制桩及钢桩打桩过程中检测桩身应力，进行捶击效率监测，为选择沉桩工艺参数和确定桩长提供依据。
4.检测方法（1）用动态的冲击荷载冲击桩头，使桩土体系由弹性工作状态进入塑性工作状态；（2）采集桩顶具有代表性桩身截面的轴向应变和桩身运动加速度的时程曲线，即F(t) 和V(t)；（3）根据一维波动方程对桩身阻抗和土阻力实现分段分析和计算，从而获取桩身完整性、承载能力方面的数据，而且能够模拟静力计算，推算出相应的静载荷试验下的P-S曲线。
高应变注意点
拟合法，先做高应变再做静载。
CASE阻尼系数Jc的经验取值（美国PDI公司资料）土质纯砂粉砂粉土亚黏土（粉质粘土）黏土Jc 0.1-0.15 0.15-0.25 0.25-0.4 0.4-0.7 0.7-1.0砂砾砂粉土粘土（见省建科院课件，不可信）0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.7 0.7-0.9阻尼系数法RSP：一般意义上使用，积累的经验最为丰富，击贯入度在6~7mm的情况最大阻力法RMX：上升时间短或土的弹限值大，土阻力来不及充分发挥的情形。
适用于阻力发挥滞后的饱和粘性土和砂土中的排土桩，具有土塞作用的非排土桩和端承桩，在曲线上表现为有较大的弹性位移。
最小阻力法RMN：桩底反射不明显，桩身存在缺陷使桩底反射滞后或桩极易被打动等情况。
更偏安全。
卸载法RSU：长桩，考虑了阻力的卸载效应。
适用于对于大侧阻和难贯入的长桩，在曲线上表现为速度曲线过快地归零并变负，即对应于桩头明显出现反弹的情况。
端承桩自动计算值RAU—自动法：短桩、端承桩（桩底速度为零时对应的值）摩擦桩自动计算公式RA2—自动法：摩擦桩，据说与拟合值接近实测曲线拟合法假定动阻力存在于桩端和桩周各个部位（区别于凯司法），常用两种模型——动阻力伴随静阻力出现（Smith阻尼模型），或动阻力伴随质点运动出现（线性粘滞阻尼模型）管桩波速4000C25：3300C30：3600C35：3800C20：3000阻尼系数Jc定义为仅与桩端土性有关，一般遵循随土中细粒含量增加阻尼系数增大的规律。
触发方式：设有通道触发、外触发、稳态触发三种，测桩时应选用通道触发触发电平：通道触发的触发电平，有“高”和“低”二档，低应变测桩时一般用“低”档。
传感器类型：可选择速度计、加速度计(分积分、不积分两种，加速度计一般宜选择积分状态)(3) 监视：用于三、四道应变测量系统的平衡监视，现场安装传感器时，应执行此功能，观察两道应变的偏移量，RS模式偏移量不得大于±0.5V=±500 mV，PDA模式不大于±5mV，根据提示，进行拉压调整和位置调整。
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拟合法，先做高应变再做静载。
CASE阻尼系数Jc的经验取值（美国PDI公司资料）
土质纯砂粉砂粉土亚黏土（粉质粘土）黏土
Jc 0.1-0.15 0.15-0.25 0.25-0.4 0.4-0.7 0.7-1.0
砂砾砂粉土粘土（见省建科院课件，不可信）
0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.7 0.7-0.9
阻尼系数法RSP：一般意义上使用，积累的经验最为丰富，击贯入度在6~7mm的情况
最大阻力法RMX：上升时间短或土的弹限值大，土阻力来不及充分发挥的情形。
适用于阻力发挥滞后的饱和粘性土和砂土中的排土桩，具有土塞作用的非排土桩和端承桩，在曲线上表现为有较大的弹性位移。
最小阻力法RMN：桩底反射不明显，桩身存在缺陷使桩底反射滞后或桩极易被打动等情况。
更偏安全。
卸载法RSU：长桩，考虑了阻力的卸载效应。
适用于对于大侧阻和难贯入的长桩，在曲线上表现为速度曲线过快地归零并变负，即对应于桩头明显出现反弹的情况。
端承桩自动计算值RAU—自动法：短桩、端承桩（桩底速度为零时对应的值）
摩擦桩自动计算公式RA2—自动法：摩擦桩，据说与拟合值接近
实测曲线拟合法假定动阻力存在于桩端和桩周各个部位（区别于凯司法），常用两种模型——动阻力伴随静阻力出现（Smith阻尼模型），或动阻力伴随质点运动出现（线性粘滞阻尼模型）
管桩波速4000
C25：3300
C30：3600
C35：3800
C20：3000
阻尼系数Jc定义为仅与桩端土性有关，一般遵循随土中细粒含量增加阻尼系数增大的规律。
触发方式：设有通道触发、外触发、稳态触发三种，测桩时应选用通道触发
触发电平：通道触发的触发电平，有“高”和“低”二档，低应变测桩时一般用“低”档。
传感器类型：可选择速度计、加速度计(分积分、不积分两种，加速度计一般宜选择积分状态)
(3) 监视：用于三、四道应变测量系统的平衡监视，现场安装传感器时，应执行此功能，观察两道应变的偏移量，RS模式偏移量不得大于±0.5V=±500 mV，PDA模式不大于±5mV，根据提示，进行拉压调整和位置调整。
触发电平：指当信号值达到多少开始记录信号。
一般选择31mv 这档。
良好的拟合结果应满足以下三条：
1. 桩身各分段相应土层的侧摩阻力及其沿桩身分布符合岩土工程的合理范围。
2. 计算波形和实测波形两者桩顶计算值与实测值相对差值的绝对值之和为拟合质量数。
即拟合质量系数MQ小于规定的值。
一般小于5
3. 桩贯入度的计算值和实测值吻合良好。
位移曲线中的最终稳定值就是桩相对于土的最终动位移量，有时可认为是桩身贯入度。
传统意义上，弹限的建议值为2.54mm
一次锤击过程中曾经达到的土的最大静反力，即是我们所求桩的静极限承载力。
对于长桩或难贯入的桩，桩顶有明显地回跳，使用卸载补偿法（RSU）。
高勃尔和劳契建议，
对于长桩和以侧摩阻力为主的桩应采用波动方程拟合法处理。
工程中有些桩处于饱和土中，有的开口桩具有土塞作用。
对于这些桩来说，土的弹性位移大，阻力的发挥要滞后一段时间。
另外，有的桩端处在不很密实的砂层，灌注桩有不太厚的沉渣或虚土存在，这时，桩端要产生相当位移后，桩端土才会被压密，端阻力得以发挥，阻力发挥总要滞后一段时间。
（RAU法—主要适用于以端阻力为主的桩和RA2法—适用于中等侧摩阻力的桩）这种算法能自动消除土的动阻力而直接求得静阻力，因而被称为自动法，只计算静阻力。
以实测的桩顶加速度做为已知的边界条件。
用桩顶力的计算值来与实测桩顶力的值进行比较，为拟合法。
波动方程拟合法程序为用户提供了三种拟合类型：
a) 根据实测桩顶速度时程曲线计算桩顶力时程曲线;
b) 根据实测桩顶力时程曲线计算桩顶速度时程曲线;
c) 根据实测桩顶下行波时程曲线计算桩顶上行波时程曲线。
粘滞阻尼系数Jv
Smith阻尼系数Js
Case 阻尼系数Jc。