高应变试验
6 高应变检测
基桩高应变检测高应变检测实际上是用重锤锤击桩顶，使桩产生一个位移，同时测出桩身中锤击应力随时间的变化及桩身质点振动速度随时间的变化，再经过数值拟合计算，确定单桩承载力。
基桩高应变检测 基桩高应变检测 新闻打桩公式修正新闻打桩公式式中 ——单桩极限承载力 ——锤重 ——桩重c ——桩土体系总的弹性变形 e ——最终贯入度 ——机械折减系数 n ——撞击时恢复系数 1.凯斯法（Case ） 基本原理和计算公式一次锤击时，沿桩身各处所受到的实际土反力值的总和为：r u W hP e cξ=+2r p r u r pW n W W hP e cW W ξ+=⨯++u P r W p W ξ()()()()()()1212111112221222T Z V t V t R F t F t L Z V t V t C L F t F t C -⎡⎤⎣⎦=++⎡⎤⎣⎦⎡⎤⎛⎫-+⎪⎢⎥⎡⎤⎛⎫⎝⎭⎣⎦=+++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦由于⊿L/t 表示单位时间内变形大小，即质点振动速度V=⊿L/t ，而L/t 表示波在整个桩长传播的波速C=L/t ，所以可表示为F=VAE/C=VZ 。
它的物理意义是外力消耗是与内部阻抗和质点的振动速度乘积相关。
再分析RT 公式中右侧第二项： 可以清楚看到，此式是桩质量与实测加速度平均值的成积，即为桩的惯性力。
如果与质量——弹簧——阻尼系统的振动方程相比较，惯性力+阻尼力+弹簧力=外力 基桩高应变检测 凯司法作如下假定：①桩身质量均匀，且无明显缺陷，所以桩身阻抗恒定； ②动阻尼只存在桩端，忽略桩侧阻尼的影响；③应力波在桩身中传播时，除土阻力影响外，没有其他因素造成能量扩散；④土体对桩的阻力只与其相对位移有关，与其位移大小无关，也即一有位移，土阻力即达极限状态。
L F AE AE Lε∆=⨯=⨯⨯t t ()()()()2112212V t V t Z V t V t mt t --=-⎡⎤⎣⎦-0i tm x C xkx p e ω++=桩端动阻力：=因为土的总阻力 ，代入上式所以即为凯司法中用阻尼系数求单桩承载力公式，适用于中小型桩。
高应变
为了能有效地识别上升沿及下降沿，冲击脉冲起跳要陡，桩底反射波要比较清晰。在上升沿及下降沿无法识别的情况下，可利用峰峰值来分析。
由于桩材为非线性粘弹体，高频波速会大于低频波速，低应变激振频率高，而高应变激振频率低，因而低应变测试得到的波速高于高应变测试得到的波速。高应变拟合对波速要求较高，高应变拟合一般不宜用低应变得到的纵波速，而应根据高应变的上、下行波法来分析波速。当无法从高应变测试曲线得到波速时，在用低应变测试波速替代时应将波速适当减小。
（2）模型参数相关性。调参数A和调参数B都有类似的敏感性，即参数有较大的变化，曲线仅有微小变化。自动拟合是通过目标函数后一步和前一步差值来判断是否终止计算的，终止计算前优化循环步数的微小变化，结果会有较大差异。当人工干预时，更难以通过曲线的变化来把握、控制。
2.3冲击力与极限承载力关系
在动荷载作用下，桩体要运动必须克服静阻力、动阻力、惯性力，因此，要使桩体有一定动位移，冲击力必须大于极限承载力。静阻力与桩周土层、桩底土层有关，与外部荷载变化形式无关，动阻力、惯性力大小与质点速度、速度变化率、土层性质等有关。一般来说，质点速度越小，速度变化率越小，动阻力、惯性力就越小，冲击力与极限承载力差距就越小。对“重锤低击”实验方式，由于脉冲持续时间长，荷载大小变化缓慢，在桩体产生一定沉降后，激发的承载力与冲击力差别可以在较小范围内。“轻锤高击”方式，脉冲持续时间短，荷载变化幅度大，动阻力、惯性力也较大，要使桩体打动，冲击力要远远大于桩的极限承载力。对于颗粒比较密实的土层，由于阻尼系数较大，动阻力也较大，冲击力与极限承载力差距也相应较大。在冲击力脉冲一定的情况下，桩截面越大，质点速度越小，动阻力在总阻力比例也越小，对大直径桩极限承载力与冲击力差距可能较小。
4 影响分析结果其它因素
高应变试验
□不通过
8
现场安全
安全防护装置，安全帽，安全带，安全告
签章有效，更改清晰明确，页码连续；检测报告内容是否超范围和限制要求；是否有主要岩土勘察资料，检测桩的编号，位置和相关设计、施工信息；报告是否注明主要检测仪器设备名称、型号或编号等信息；仅用于判定大直径桩身完整性，锤重大于特征值0.3％且大于2t。数据文件应有测试时间等详细信息，力取消无明显未归零，阻尼系数Jc取值合理，桩径大于800m用实测取消拟合法进行计算。实测取消拟合法100％。是否依据规范对采集的信号对每根桩承载力和完整性类别判断。
□通过；
□不通过
10
记录
记录内容是否真实，对数据真实性所采取的有效控制手段；记录内容是否齐全（测试时间，所用仪器设备与传感器编号等）；试验步骤是否符合规范要求；实测数据文件与每根桩对应，报告实测的力与速度信号取消和受检桩一一对应，有锤重记录
□通过；
□不通过
□通过；
□不通过
4
设备表现
采集仪必须具备自动采集及实时传输数据功能，并验证有效运行；加载反力装置是否满足强度和变形要求（计算书）；分级1/8到1/12
□通过；
□不通过
5
检测方法
维持荷载法
□通过；
□不通过
6
检测标准
1、是否经过计量认证；2、SJG 09
□通过；
□不通过
7
现场表现
现场实验管桩锚固钢筋笼抗拔验算书，灌注桩抗拔钢筋抗拔力验算
□通过；
□不通过
2
人员表现
能够按照标准、规范和规程所规定的方法和步骤完整、规范、熟练操作；能够熟练使用仪器设备；能够熟练正确进行计算，内容完整；试验的结论正确；数量掌握所承担检测领域的相关的技术要求和方法（根据现场对检测人员的提问进行评价）
高应变检测方案
工程名称： XXXXX工程地点： XXXXX委托单位： XXXXX本次试验的主要目的是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求；高应变检测的基本原理是往桩顶施加一个冲击力，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。
检测依据《建造基桩检测技术规范》 (JGJ 106-2022)进行。
四、本次试验所用仪器、设备清单见附录三。
本工程总桩数为 X 根，检测数量待施工单位与监理和设计单位商议后确定。
(一) 委托方的准备和配合工作1、资料采集在开始检测前，委托方应向检测单位提供：工程名称及建设、设计、施工单位名称；电子版工程地质勘察报告，设计图纸，打桩记录及被检测桩的单桩极限承载力。
2、现场准备2.1 现场检测基坑周围必须平整场地，进场道路需通畅，以便检测用吊车及锤击设备进场及吊车落位。
2.2 检测现场的施工管理人员需准备 220V 电源插板连接到基坑内， 380 伏电源供我方自带的配电箱使用，交流供电应接地良好;梯子一个，被检测桩应在桩身标清承台号桩号。
3、混凝土桩头处理3.1 被检测基桩需要在原有基桩设计桩顶标高处此外增加桩帽，桩帽高度不宜低于被检测桩的 1.2D (D 为原桩身直径)，桩帽测点处截面尺寸应与原桩身截面尺寸相同。
3.2 制作好的桩帽顶部应平整，原桩顶中轴线与桩帽上部的中轴线应重合。
3.3 原桩顶主筋应全部直通至桩帽顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上，桩帽顶部设置钢筋网片加强筋 3 层，间距 100mm。
3.4 桩帽宜用厚度为3mm-5mm的钢板作为钢模板且不得高于桩帽。
3.5 检测前需在桩帽底部往上 30cm 处将钢模板切割 30cm×30cm的正方形缺口 (对称切割两个)，漏出平整的混凝土表面用作安装传感器。
3.6 桩帽砼强度等级宜比桩身砼强度提高 1 级-2 级，且不得低于C30。
3.7 桩帽顶需设置桩垫，可采用 10mm 厚细沙。
高应变法检测实施细则
1、适用范围：高应变法适用于检测基桩竖向抗压承载力和桩身完整性；对于预估Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用高应变法进行竖向抗压承载力检测。
依据的技术文件《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008；《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003。
2按项目概况表收集相关内容，并收集工程场地的地质典型柱状图。
3检查检测仪器的主要技术指标不应低于《基桩动测仪》JG/T3055表1的2级标准，检查检验仪器的标定日期。
仪器性能指标如下：4锤的重量应大于单桩竖向抗压承载力特征值的2.0-3.0%，桩长大于30m或桩径大于600mm时取高值。
仅用于判定桩身完整性时，锤的重量应大于单桩竖向抗压承载力特征值的0.30%且大于20kN。
5桩的灌入度可采用精密水准仪测定。
6被测桩桩顶应平整，桩头应有足够的强度确保冲击过程中不发生开裂和塑变。
重锤纵轴线应与桩身纵轴线基本重合。
7桩顶面与重锤之间应设置10-30mm厚的木板或胶木板，以免重锤击坏桩头。
8传感器的安装应符合以下规定：应变传感器与加速度器的中心应位于同一水平线上；同侧的应变传感器与加速度器的水平距离不宜大于80mm。
安装完毕后，传感器中心轴应与桩中心轴保持平行。
传感器的安装面的材质应均匀、密实、平整，并与桩轴线平行，否则应采用磨光机磨平。
安装螺栓的钻孔应与桩侧面垂直传感器应紧贴桩侧面，锤击时不得产生滑动。
安装后的传感器初始应变值应能保证锤击时的可测轴向变形余量为：混泥土桩＞±1000με，钢桩＞±1000με。
9出现下列情况之一时，宜重新试验：a 、实测力与速度曲线峰值比例失调时；b、两侧力信号峰值相差一倍以上时；c、传感器安装处混泥土开裂或出现严重塑性变形使力曲线明显未归零；d、四通道测试数据不全；e、测试波形紊乱。
10采用实测曲线拟合法判定桩承载力应符合下列规定：a、桩土力学模型物理意义明确应能放映桩土的实际力学状态。
9 高应变法
9高应变法9.1适用范围9.1.1本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。
【条文说明】高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。
这里所说的承载力是指在桩身强度满足桩身结构承载力的前提下，得到的桩周岩土对桩的抗力（静阻力）。
所以要得到极限承载力，应使桩侧和桩端岩土阻力充分发挥，否则不能得到承载力的极限值，只能得到承载力检测值。
与低应变法检测的快捷、廉价相比，高应变法检测桩身完整性虽然是附带性的。
但由于其激励能量和检测有效深度大的优点，特别在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度。
当然，带有普查性的完整性检测，采用低应变法更为恰当。
高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩和打桩监控属于其特有的功能，是静载试验无法做到的。
9.1.2进行灌注桩的竖向抗压承载力检测时，应具有现场实测经验和本地区相近条件下的可靠对比验证资料。
【条文说明】灌注桩的截面尺寸和材质的非均匀性、施工的隐蔽性（干作业成孔桩除外）及由此引起的承载力变异性普遍高于打入式预制桩，导致灌注桩检测采集的波形质量低于预制桩，波形分析中的不确定性和复杂性又明显高于预制桩。
与静载试验结果对比，灌注桩高应变检测判定的承载力误差也如此。
因此，积累灌注桩现场测试、分析经验和相近条件下的可靠对比验证资料，对确保检测质量尤其重要。
9.1.3对于大直径扩底桩和预估Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩，不宜采用本方法进行竖向抗压承载力检测。
【条文说明】除嵌入基岩的大直径桩和纯摩擦型大直径桩外，大直径灌注桩、扩底桩（墩）由于尺寸效应，通常其静载Q-s曲线表现为缓变型，端阻力发挥所需的位移很大。
另外，在土阻力相同条件下，桩身直径的增加使桩身截面阻抗（或桩的惯性）与直径成平方的关系增加，锤与桩的匹配能力下降。
高应变法检测 方法
三、现场检测工作
1、准备工作
⑴收集资料
工程地质资料、建筑概况、桩位布置图，施工原始记录等， 进行现场调查，了解建筑工程特点。
⑵受检桩龄期应符合下列规定：
①受检桩的混凝土龄期达到28天或预留同条件养护试块强度 达到设计强度。 ②休止时间：砂土7天，粉土10天，非饱和粘土15天，饱和
三、现场检测工作
二、适用范围与限制条件
力学模型及其参数，而模型的建立和参数的选择只能是近似的 和经验性的，是否合理、准确需要大量工程实践经验积累来不 断完善。 灌注桩的截面尺寸和材质的非均匀性、施工的隐蔽性（干作 业成孔桩除外）及由此引起的承载力变异性普遍高于打入式预 制桩，混凝土材料应力—应变关系的非线性、桩头加固措施不 当、传感器条件差及安装处混凝土质量的不均匀性，导致灌注
一般来说，高应变法冲击荷载作用下，使桩土体系进入充分的 非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏，从而 充分地激发桩周土对桩的全部阻力作用。
一、高应变法的检测原理
1、概述
通过采集桩身截面在冲击荷载作用下的轴向应变和桩身运动的 时程曲线，获得该截面的轴向内力F(t)和轴向运动速度v(t),从 而观察到应力波在桩身中的传播过程。运用一维波动方程对桩 身阻抗和土阻力进行分析和计算,以判定桩身完整性和单桩承载 力。
且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同； ③桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应 在同一高度上。 ④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm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100mm。桩顶应设 置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。 ⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。
在高应变试验中，有关土阻力应力波的重要推论有以下几点： ⑴在锤击力的作用下，桩身运动将激发土阻力而使桩身受到外 加的阻力波作用。 ⑵土阻力信号由检测截面的传感器接收，使得实测曲线包含了 试验时实际激发的土阻力信息。
高应变法检测
⑴传感器应分别对称安装在距桩顶不小于2D的桩侧表面处(D 为受检桩的直径或边宽)，条件允许时，应尽量往下安装；对于 大直径桩,传感器与桩顶之间的距离可适当减小,但不得小于1D。 安装处的材质和截面尺寸应与原桩身相同，传感器不得安装在 截面突变处附近。
17 2024/3/28
⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上； 同 侧 的 应 变 传 感 器 与 加 速 度 传 感 器 的 水 平 距 离 不 宜 大 于 80mm （60～80mm）。传感器的中心轴应与桩中心轴保持平行。
2、桩的基本假定
在以下假定的条件下，将桩在冲击荷载作用下的运动简化为一 维的线性波动力学问题。
⑴假定桩身材料是均匀的和各向同性的，并且服从虎克定律。 ⑵假定桩是线弹性杆件。 振动位移相当微小，对动力激发的反应总是线弹性的，所有的 输入和输出都可以进行简单的叠加。 ⑶假定桩是一维杆件。 桩身每个截面上的应力应变都是均匀的，可以用它的平均应力 应变来加以描述而不必研究其在桩身截面上的分布。 ⑷假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多，横向位移对纵向 运动的效应可以忽略不计。 ⑸假定破坏只发生在桩土界面 可以只把桩身取作隔离体来进行波动计算，桩周土的影响都以 作用于桩侧和桩端的力来参与计算。如果破坏发生在桩周土的土 体内部，则把部分土体看作是桩身上的附加质量。
且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同； ③桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应 在同一高度上。 ④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm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100mm。桩顶应 设置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。 ⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。 ⑷向建设方或监理方申报人工地基检测现场告知书。
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现场表现
现场实验管桩锚固钢筋笼抗拔验算书，灌注桩抗拔钢筋抗拔力验算
□通过；
□不通过
8
现场安全
安全防护装置，安全帽，安全带，安全警戒绳
□通过；
□不通过
9
报告
签章有效，更改清晰明确，页码连续；检测报告内容是否超范围和限制要求；是否有主要岩土勘察资料，检测桩的编号，位置和相关设计、施工信息；报告是否注明主要检测仪器设备名称、型号或编号等信息；仅用于判定大直径桩身完整性，锤重大于特征值0.3％且大于2t。数据文件应有测试时间等详细信息，力取消无明显未归零，阻尼系数Jc取值合理，桩径大于800m用实测取消拟合法进行计算。实测取消拟合法100％。是否依据规范对采集的信号对每根桩承载力和完整性类别判断。
高应变试验监督人：
序号
核查内容
主要核查点
结果
备注
1
人员资格
检测人员中从事工程桩基检测工作3年以上并具有中级或者高级职称的不少于4名，其中1人应当具备注册岩土工程师资格；每检测项目（方法）持证上岗编审人员不得少于3人；报告编写人应具备工程类相关专业中级或者高级职称；报告审核人应具备工程类相关专业高级职称或注册岩土工程师资格。
□通过；
□不通过
4
设表现
采集仪必须具备自动采集及实时传输数据功能，并验证有效运行；加载反力装置是否满足强度和变形要求（计算书）；分级1/8到1/12
□通过；
□不通过
5
检测方法
维持荷载法
□通过；
□不通过
6
检测标准
1、是否经过计量认证；2、SJG 09 2015，DBJ15-60-2008；
□通过；
□不通过
□通过；
□不通过
10
记录
记录内容是否真实，对数据真实性所采取的有效控制手段；记录内容是否齐全（测试时间，所用仪器设备与传感器编号等）；试验步骤是否符合规范要求；实测数据文件与每根桩对应，报告实测的力与速度信号取消和受检桩一一对应，有锤重记录
□通过；
□不通过
□通过；
□不通过
2
人员表现
能够按照标准、规范和规程所规定的方法和步骤完整、规范、熟练操作；能够熟练使用仪器设备；能够熟练正确进行计算，内容完整；试验的结论正确；数量掌握所承担检测领域的相关的技术要求和方法（根据现场对检测人员的提问进行评价）
□通过；
□不通过
3
设备资格
锤重大于特征值的2～3％，桩长大于30m桩径大于600取高值。锤子要整体铸造，高经比在1～1.5。试桩仪器《基桩动测仪》3005二级要求至少两套，应力传感器，加速度传感器各四个以上，s1精度的水准仪一台，整体重锤5吨以上以下至少各一台，锤架脱钩装置，拟合法和case法分析软件，基桩动测仪不存在同一时间不同地点使用。四通道信号齐全（2力2加速），实测力和速度信号低峰值比例失调不得进行比例调整。锤重记录。