6 高应变检测
高应变检测
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，在经过数值拟合计算，确定单桩承受力。
一些常用的检测方法1、凯斯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。
上行波为幅值等于1/2R（I,t）的压应力波，在桩顶附近安装一组传感器，可接收到锤击力产生的应力波P（T）和每一载面Xi处传来的上行波。
同样，下行波是幅值为1/2R（I，t）的拉力波，到达桩尖后反射成压力波向桩顶传播，到达传感器位置后被传感器接收，这些波在桩身中反复传播，每到传感器位置时均被传感器接收，在公式的推导过程中不考虑应力波的传播过程中能量的耗散，可得桩的静极限承载力。
2、 CAPWAPC方法Case 法的计算承载力结果取决于一个假定的阻尼系数JC，它需要经过一系列的动静对比试验来确定阻尼系数的取值，为此，Smith于1960年建议采用通过测量桩头力与速度的变化，结合反映桩土模的波动方程，给出一组Smith类型的土参数的质弹模型（capwap）。
Capwapc是在capwap的基础上发展起来的。
检测仪器的性能要求及定型一套完整的测桩仪，应能够足现场测试及数据分析的要求，而且仪器的配套性及维修方便性亦要满足使用要求，一种高品位的测桩仪至少应在以下几个方面达到很高的水准。
1、仪器的硬件要求，包括A/D转换器、前置放大和滤波器、稳定性和适用性2、仪器的配件性和维修方便性亦应满足现场测试、记忆、再现功能，合理正确的实时分析功能，美观的图形打印与显示功能等。
3、仪器的配套性和维修方便性亦应满足现场测试要求。
高应变检测方法
高应变检测方法1. 光纤布拉格光栅传感器：利用光纤布拉格光栅传感器可以测量结构中的应变变化。
该传感器的原理是通过测量布拉格光栅中反射光束的波长变化来确定应变情况。
2. 电阻应变片：电阻应变片是一种通过测量电阻值变化来确定材料应变的传感器。
通过将电阻应变片粘贴在结构物上，当结构物发生应变时，电阻应变片的电阻值也会随之改变。
3. 压力传感器：虽然压力传感器主要用于测量压力，但它们也可以用于测量应变。
通过将压力传感器放置在结构物表面，并测量传感器受到的力的变化，可以确定应变情况。
4. 声波传感器：声波传感器可以用于测量结构物的应变变化。
通过发送声波信号并测量信号的反射时间来确定结构物的应变情况。
5. 共振频率方法：共振频率方法是一种通过测量结构物的共振频率变化来确定应变情况的方法。
通过对结构物施加激励，并测量结构物在共振频率上的响应，可以推断出应变情况。
6. 电容式传感器：电容式传感器可以用于测量结构物的应变变化。
通过将电容式传感器放置在结构物上，并测量电容值的变化，可以确定结构物的应变情况。
7. 磁性弹性体传感器：磁性弹性体传感器通过利用磁性材料的特性来测量结构物的应变变化。
当结构物发生应变时，磁性弹性体传感器的磁性特性也会随之改变。
8. 位移传感器：位移传感器可以用于测量结构物表面的位移变化，在某些情况下，位移变化可以与应变相关联。
9. 超声波检测方法：超声波检测方法可以用于测量结构物的应变变化。
通过发送超声波信号并测量信号的回波时间来确定结构物的应变情况。
10. 振动传感器：振动传感器可以用于测量结构物的振动变化，而结构物的振动变化可以与其应变相关联。
通过测量振动传感器的输出信号，可以确定结构物的应变情况。
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。
桩基检测的7种方法
桩基检测的7种方法桩基检测，分为桩基施工前和施工后的检测：施工前，为设计提供依据的试验桩检测，主要确定单桩极限承载力；施工后，为验收提供提供依据的工程桩检测，主要进行单桩承载力和桩身完整性检测。
1单桩竖向抗压静载试验单桩竖向静载荷试验是指将竖向荷载均匀的传至建筑物基桩上，通过实测单桩在不同荷载作用下的桩顶沉降，得到静载试验的Q —s曲线及s—lgt等辅助曲线，然后根据曲线推求单桩竖向抗压承载力特征值等参数。
目的确定单桩竖向抗压极限承载力；判定竖向抗压承载力是否满足设计要求；通过桩身应变、位移测试，测定桩侧、桩端阻力，验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。
2单桩竖向抗拔静载试验在桩顶部逐级施加竖向抗拔力，观测桩顶部随时间产生抗拔位移，以确定相应的单桩竖向抗拔承载力的试验方法。
目的确定单桩竖向抗拔极限承载力；判断竖向抗拔承载力是否满足设计要求；通过桩身应变、位移测试，测定桩的抗拔侧阻力。
3单桩水平静载试验采用接近水平受力桩的实际工作条件的方法确定单桩水平承载力和地基土水平抗力系数或对工程桩水平承载力进行检验和评价的试验方法。
单桩水平载荷试验宜采用单向多循环加卸载试验法，当需要测量桩身应力或应变时宜采用慢速维持荷载法。
目的确定单桩水平临界和极限承载力，推定土抗力参数；判定水平承载力或水平位移是否满足设计要求；通过桩身应变、位移测试，测定桩身弯矩。
4钻芯法钻孔取芯法主要是采用钻孔机（一般带10mm内径）对桩基进行抽芯取样，根据取出芯样，可对桩基的长度、混凝土强度、桩底沉渣厚度、持力层情况等作清楚的判断。
目的测检灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，判断或鉴别桩端持力层岩土性状，判定桩身完整性类别。
5低应变法低应变检测法是使用小锤敲击桩顶，通过粘接在桩顶的传感器接收来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应，反演分析实测速度信号，频率信号，从而获得桩的完整性。
目的检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。
高应变检测方法2篇
高应变检测方法2篇高应变检测方法（一）高应变检测是一种非常重要的测量技术，可以实时监测工程结构和材料的变形情况，为实现可持续发展提供了重要支持，同时也在制造业、航空航天、地震学等领域得到了广泛应用。
下面我们将介绍两种常见的高应变检测方法。
1. 应变计法应变计法是一种常见的高应变检测方法，可以测量材料或结构的应变及其变化情况。
应变计通常由金属箔片或刚性网格构成，通过测量一个静态体积内的变形量来确定物理量。
提高了测量精度和灵敏度，能对高速变形进行准确测量，使其广泛应用于航空航天、地震学等相对来说需要较高精度的领域。
但应变计法也存在一些局限性，首先是它只能对表面进行测量，如果物体是三维的则无法进行应变计法的测量，其次是应变计并不能满足特定实验需求，需要选择合适的应变计，才可以获得准确的实验结果。
2. 数字图像相关法数字图像相关法是一种将传统的数字图像处理和模式识别技术与工程建模紧密结合的高应变检测方法，其方法相对于传统的方法来说更为全面。
数字图像相关法通常通过将物体表面上的图案或通道装在摄像机上进行拍摄，并将图像传递到电脑上进行处理，最后用一些算法进行分析来得到所需要的实验参数。
数字图像相关法不受物体形状限制，其测量精度在有些方面甚至能够超过传统应变计方法。
但数字图像相关法同样存在一些问题，主要包括图像采集设备要求较高、处理时间比较长等等问题。
高应变检测方法（二）在实际的应用中，人们常常需要根据实验需求来选择合适的高应变检测方法。
本文将继续介绍两种常见的高应变检测方法。
1. 超声波检测法超声波检测法是一种利用超声波进行材料或结构变形检测的方法。
首先，需要将超声波探头置于测量区域，并在探头中打出一系列激励信号，然后根据反射波和纵波波速来计算应变值和变形量。
超声波检测法能够实现实时监测变质材料的变形情况，具有高精度、高可靠性、高效率等优点，被广泛应用于航空航天、车辆工程等领域。
但同时超声波检测法也存在一定的局限性。
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。
上海高应变检测
第6章高应变检测高应变检测是当今国内外广泛使用的一种快速测桩技术，世界上许多国家和地区都已将此项技术列入有关规范或规程。
我国目前的《建筑基桩检测技术规范》、交通部《港口工程桩基动测规范》以及上海市、广东、深圳、天津等许多地方规范、规程中均对桩的高应变检测技术作了规定,并将检测人员和单位的资质列入专项管理范围。
6.1 高应变检测功能高应变检测是通过用重锤(或爆炸)冲击桩顶，使桩与土之间产生足够的相对位移，充分发挥桩周土阻力。
同时通过安装在桩顶附近的应变和加速度传感器实测桩顶力和速度(位移)响应，进一步分析计算后可以得到桩、锤、土的许多有价值的数据。
高应变具有以下主要功能：1、从实测波形分析中可以得到桩身结构完整性资料，判断桩身质量性质、类别和确定缺损位置；2、在应力波理论分析的基础上，可以得到桩的竖向抗压承载力(指地基土对桩的垂直支承力，下同)和土对桩的分层摩阻力，当桩顶冲击力足够大时，可以得出单桩竖向极限承载力；3、通过对打入桩(混凝土预制桩、钢桩)打桩过程监测，可得到桩打入时土阻力、桩身锤击压(拉)应力、传到桩身的有效锤击能量，进而可以分析打桩锤的效率，为合理选择沉桩设备、确定桩型和选择桩端持力层提供依据。
我国目前的高应变法主要指波动方程法。
欧美上世纪80年代末在波动方程的基础上又开发出了一种被称为“动静法”(STATNAMIC)或“准静载试桩法”,该方法是在被试验的桩顶堆载相当于预估单桩最大承载力的5%~10%的荷载物，然后引爆置于桩顶和堆载物之间的爆炸装置，同时检测桩顶力和位移随时间变化曲线，进而推算出桩顶的力——位移曲线。
6.2 检测仪器和设备6.2.1 概述在二十世纪八十年代初甘肃省建筑科学研究所与上海铁道学院合作研制成功我国第一台打桩分析仪，接着交通部第三航务工程局科研所研制了SDF-1型打桩分析仪。
自上世纪八十年代后期我国的高应变检测技术进入了快速发展期。
到目前为止，无论是仪器的数量、品种和检测技术人员均可称世界第一。
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。
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基桩高应变检测
静阻力Rs即规范中Rc应为：
Rc = Rs = R T Rd = RT J C F ( t1 ) + ZV ( t1 ) R T
将 RT 代入，所以：
1 Rc = (1 J C ) × F ( t1 ) + ZV ( t1 ) 2
+
1 2L 2L 1 + J C ) × F t1 + ZV t1 + ( 2 2 C
基桩高应变检测
②桩身完整性系数 β 值可按下式计算
Fd ( t1 ) Rx + Fu ( t x ) β= Fd ( t1 ) Fu ( t x )
=
F ( t1 ) + F ( t x ) 2 Rx + Z V ( t1 ) V ( t2 ) F ( t1 ) F ( t2 ) + Z V ( t1 ) + V ( t x )
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。 9
基桩高应变检测
式中：V(t1) ——t1时振动速度（m/s）； t1——速度信号第一峰时对应的时间（ms）; F(t1) ——t1时刻的锤击力（kN）; L——测点以下桩长（m）； Z——力学阻抗（kN*s/m） ； Jc——阻尼系数； C——波速（m/s）；
式中，X——传感器安装的测点至计算点之间的间距（m） 2 A——桩身截面积（m） C——桩身波速（m/s） L——完整桩桩长（m） Z——桩身截面力学阻抗（kNs/m）
Fmax σ 最大压应力： p = A
Fmax ——实测最大锤击力（ kPa ）
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基桩高应变检测
④单桩极限承载力的修整与调整
1.表现与静载荷试验进行比较 2.有差异时。调整阻尼系数 jc ，也有采用补偿法。下表为 jc j 参考值。
惯性力+阻尼力+弹簧力=外力 6
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。 7
c
土层类别 值
中、细土 0.10~0.20
粉 砂 0.20~0.40
粉土 0.100~0.40
粘性土 0.40~1.0
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基桩高应变检测
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式中 Pu ——单桩极限承载力 Wr ——锤重 W p ——桩重 c——桩土体系总的弹性变形 e——最终贯入度 ξ ——机械折减系数 n——撞击时恢复系数 3
基桩高应变检测
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：
Z V ( t1 ) V ( t2 ) 1 RT = F ( t1 ) + F ( t2 ) + 2 2 2L Z V ( t1 ) V t1 + C 1 2L = F ( t1 ) + F t1 + + C 2 2
t t X =C x 1 式中：X——桩身缺陷至传感器安装点之间的距离（m）， 2000 t1——波速信号第一峰对应的时刻(ms) tx——缺陷反射峰对应的时刻(ms) R x——缺陷以上部位的土阻力的估值；等于反射起始点的力 与速度和阻抗积ZV之间的差，可由实测曲线确定。
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基桩高应变检测
桩 身 完 整 性 系 数 计 算
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基桩高应变检测
2. 现场检测 ①传感器安装
传感器主要有二类。一为应变式力传感器，另一类 为加速度计。各二个对称安装在桩的二侧。安装高度为离 桩顶大于2倍桩径处。安装处应事先检查，无缺陷，截面均 匀，表面平整（或打磨平整）,传感器紧贴桩身，捶击时不 产生滑移、抖动。
②检测仪应符合国家的标准。 ③重锤轻击。调节传感器设置参数。 ④精密测量桩的贯入度 ⑤被测桩必须满足最短休止养护期 ⑥桩顶处理平整，其轴线与重锤一致 11
基桩高应变检测
费涵昌 2008-5-8
1基桩Leabharlann 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。
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基桩高应变检测
新闻打桩公式 Pu =
ξWr h
e+c 2 ξWr h Wr + n Wp × 修正新闻打桩公式 Pu = e + c Wr + W p
基桩高应变检测
传 感 器 安 装 示 意 图
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基桩高应变检测
3）分析计算 ①单桩轴向抗压极限承载力按Rc公式计算 2 ρ C ( pa ) 其中材料弹性模量E= 桩材质量密度 ρ (kg / m3 ) 为： 砼灌注桩 2400 砼预制桩 2400~2500 PHC管桩 2550~2600 钢 桩 7850 13
基桩高应变检测
L L R d =J c Z V(tip,t)=J c Fd o, t Fu o, t + 桩端动阻力： 2 2
= Jc[ Fd (0,t1 )- Fu (0,t 2 )] 因为土的总阻力 R T = Fd ( t1 ) + Fu ( t2 ) ，代入上式 所以 Rd = J c [ 2Fd (0,t1 )-R T ] = J c F ( t1 ) + ZV ( t1 ) R T
4
基桩高应变检测
t L F = ε × AE = × AE × L t
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。 5
基桩高应变检测
再分析RT公式中右侧第二项：
V ( t2 ) V ( t1 ) Z V ( t1 ) V ( t2 ) = m 2 t2 t1
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，
mx + Cx + kx = p0 e
iω t
β
0.96 < β ≤ 1.0
0.8 ≤ β ≤ 0.95
0.6 ≤ β ≤ 0.80
> 0.6
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基桩高应变检测
③桩身最大锤击拉应力和压应力按下式计算： 最大拉应力：
1 2L 2L 2L 2 X σt = F t1 + C ZV t1 + C + F t1 + 2A 2 2L 2 X + ZV t1 + C