高应变法检测 方法

一、高应变法的检测原理
3、应力波的作用规律及其基本描述
的运动。而上行的拉力波（力的符号为负）则产生正向的运动， 上行波所产生的力和速度的符号永远相反。 在这样的表达体系中，得到下列重要的推论： ①在F-v图中,凡是下行波都将使两条曲线同向平移，原有距离 保持不变；凡是上行波则都将使两者反向平移，互相靠拢或互 相分离。
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三、现场检测工作
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。 ⑶各传感器的安装面材质应均匀、密实、平整，并与 桩轴线平行，否则应采用磨光机将其磨平。 ⑷安装螺栓的钻孔应与桩侧表面垂直，应力传感器
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
一、高应变法的检测原理
3、应力波的作用规律及其基本描述
当应力波沿着一根弹性杆件传播时，在杆件上可以同时从两个 不同的角度观察到它的作用：一是杆件的每个截面都将产生轴 向运动，产生相应的速度V(x,t)；二是每个截面都将受某个轴 向力F（x.t）的作用产生相应的应变ε(x,t)。将F（x.t）、 V(x,t)放在一起，构成F-V图。 F(t)=A•E•ε(t) ZV(t)= A•E/c•∮a(t)dt Z= A•E/c
二、适用范围与限制条件
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。
二、适用范围与限制条件
⑵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，不宜采用本方法进行竖向抗压承载力检 测。后压浆桩、夯扩桩、支盘桩也不宜采用高应变法。
三、现场检测工作
的安装螺栓连线应与桩中心轴保持平行并垂直与地平 面。 ⑸安装完毕后的传感器应紧贴桩身表面，锤击时不得 产生滑动，安装应变式传感器时应对初始应变值进行 监控。
三、现场检测工作
3、锤击
⑴锤击设备的要求
①锤击设备宜具有稳固的导向装置；打桩机械或类似的装置 （导杆式柴油锤除外，因为导杆式柴油锤荷载上升时间过于缓 慢，容易造成速度响应信号失真）都可作为锤击设备。 ②高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高 径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸刚制作。当采取自由落 锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸造， 且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。
一、高应变法的检测原理
3、应力波的作用规律及其基本描述
对于同一个应力波，可以分别从受力和运动两个方面进行分析。 从受力方面来看，应力波有受压和受拉之分；从运动方面来看， 又有产生向下运动和向上运动之分。由于应力波在其沿着桩身 的传播过程中将产生错综复杂的透射和反射，把在桩身中运行 的各种应力波划分为下行波和上行波两大类。
一、高应变法的检测原理
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。
一、高应变法的检测原理
2、桩的基本假定
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。
一、高应变法的检测原理
2、桩的基本假定
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。
二、适用范围与限制条件
⑵检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别。
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。因此可以作为低应变法检测这类缺陷桩的 一种补充验证手段。（JGJ106-2003第3.4.3条）
一、高应变法的检测原理
上述这些推论，就是高应变动力试桩法的理论基础，当然，在 实测曲线上，土阻力信息是和桩身变阻抗信息重叠在一起的， 必须加以区分，如果桩身在锤击后期产生向上的反弹运动，土 阻力也将反向加到桩身上而在其作用截面以上的桩身内产生上 行的拉力波。与此同时，为了使这种方法能够实际应用，还必 须考虑到动力试验时激发的土阻力和静载荷试验时的静态土阻 力的异同，以便从动力试验结果正确推断静载荷试验的结果。
一、高应变法的检测原理
3、应力波的作用规律及其基本描述
Wd(t)=[F(t)+ZV(t)]/2 Wu(t)=[F(t)-ZV(t)]/2 在下行波的作用下，正的作用力（压力）将产生正向（向下） 运动，而负的作用力（拉力）则产生负向（向上）的运动，因 此,下行波所产生的力和速度和符号永远保持一致。上行波则正 好相反，上行的压力波（其力的符号为正）将使桩身产生负向
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。
一、高应变法的检测原理
5、土阻力产生的应力波在F-V图上的反映
⑶作用于深度为x处的土阻力所产生的上行波将在2x/c时刻到 达检测截面。因此，在实测曲线上沿着时间轴将可以在2L/c之 前看到分层累加的的土阻力信息。 ⑷土阻力的作用将表现为实测力曲线的上升和实测速度曲线的 下降，两者的分离幅度下好等于所受的土阻力。
传感器安装
在桩顶附近对称安装力传感器 和加速度传感器 •由测得的应变( ε )可用下式算力
• F (t) = E A ε (t) • 由测得的加速度(a)可用下式算速度 V
• V (t) = √ a(t) dt
PDA 仪器
1965
1975
1985
1995
2005
PDA 1982
Purdue 1972
一、高应变法的检测原理
4、桩身阻抗变化在F-V图上的反映
⑵阻抗增大将产生上行的压力波在到达检测截面时，将引起力 值的增大和速度值的减小，即力（F）曲线上移而速度（V）曲 线下移。 ⑶变阻抗截面所在深度可以由反射信号到达检测截面的时间和 桩体平均波速计算。
一、高应变法的检测原理
5、土阻力产生的应力波在F-V图上的反映
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。
粘土25天。泥浆护壁灌注桩宜适当延长。
⑶桩头处理
对所需检测的单桩做好测前处理，要求桩顶面应平整，并与 桩轴线垂直。桩顶高度应满足锤击装置的要求。 对不能承受锤击的桩头应加固处理。具体要求如下： ①混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土； ②桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合，
三、现场检测工作
高应变法检测
高应变法检测
一、高应变法的检测原理 二、适用范围与限制条件 三、现场检测工作 四、分析信号的选择与判定 五、高应变法的波形判读 六、问题探讨
一、高应变法的检测原理
1、概述
高应变法是一种用重锤冲击桩顶，冲击脉冲在沿桩身向下传播 的过程中使桩—土产生足够的相对位移，以激发桩周土阻力和
桩端支承力的一种动力检测方法。
⑷向建设方或监理方申报人工地基检测现场告知书。
三、现场检测工作
2、传感器的安装
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。 ⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一
二、适用范围与限制条件
⑶用于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。
高应变法检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩的 打桩监控属于其特有的功能，它能监测预制桩打入时的桩身应 力、锤击能量的传递、桩身完整性的变化，为沉桩工艺参数及 桩长选择提供依据，是静载试验无法做到的。
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。
除嵌入基岩的大直径桩和纯磨擦型大直径桩外，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
二、适用范围与限制条件
平方的关系增加，锤与桩的匹配能力下降。而多数情况下高应 变检测所用锤的重量有限，很难在桩顶产生较长持续时间的作 用荷载，达不到使土阻力充分发挥所需的位移量。根据测试经 验，能使桩顶产生10mm的动位移已很难，这与静载试验的沉 降相比，明显偏低。 后压浆桩、夯扩桩、支盘桩由于桩身截面(阻抗)变化与高应变 法的关于桩身的假设差距较大，实践中也发生检测结果和实际 情况相差很大，因此，规定后压浆桩、夯扩桩、支盘桩不宜采 用高应变法。
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、高应变法的检测原理
3、应力波的作用规律及其基本描述
②在F-v图中，如果只有下行波作用。F(t)曲线和Z.v(t)曲线 将永远保持持重合。 ③在F-v图中，F(t)曲线和Z.v(t)曲线的相对移动直接反映了 上行波的作用。
一、高应变法的检测原理
4、桩身阻抗变化在F-V图上的反映
在高应变试验中，桩身阻抗变化在F-v图上表现规律可以归纳 为以下几点： ⑴阻抗减少将产生上行的拉力波，在到达检测截面时，将引起 力值的减小和速度值的增大，即力（F）曲线下移而速度（V） 曲线上移。
二、适用范围与限制条件
2、限制条件
⑴进行灌注桩的单桩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。
高应变法检测单桩承载力属于半直接法，它是通过应力波直 接测量得到打桩时的土阻力，承载力（静阻力）需要从中提取， 同时还需要建立静阻力与桩的沉降特征的关系。需要假设桩土
传统的 “PAK”
遥测 “PAL –R”
PDA 试验现已被广泛采用
பைடு நூலகம்
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二、适用范围与限制条件
1、适用范围
⑴判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。
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。