高应变检测及实例资料

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l 概述

用重锤冲击桩顶，实测桩顶附近或桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。

高应变试桩法时一种给桩顶施加较高能量的冲击脉冲，冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使桩-土之间产生一定的永久位移，从而自上而下依次激发桩侧及桩端岩土阻力的一种动力检测基桩承载力的方法。

高应变桩身应变量通常在0.1‰～1.0‰范围内。对于普通钢桩，超过1.0‰的桩身应变已接近钢材屈服台阶所对应的变形；对于混凝土桩，视混凝土强度等级的不同，桩身出现明显塑性变形对应的应变量约为0.5‰～1.0‰。低应变桩身应变量一般小于0.01‰。

l 检测目的

（1）判定单桩竖向承载力是否满足设计要求。

（2）检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别。

（3）分析桩侧和桩端阻力。

（4）进行打桩监控。      

l 高应变的基本假设

高应变动力试桩在原理上就被简化为一维线性波动力学问题：

1）假定桩身材料是均匀的和各向同性的

2）假定桩是线弹性杆件

3）假定桩是一维杆件

4）假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多

5）假定破坏只发生在桩土界面

l 仪器设备及要求

高应变动力试桩测试系统主要由传感器、基桩动测仪、冲击设备三部分组成。

高应变检测系统

检测仪器的主要技术性能指标不应低于现行行业标准《基桩动测仪》JG/T 3055规定的2 级标准。

高应变法检测仪器属于法定计量设备：

1）生产厂家必须具备生产许可证。

2）检测仪器能通过计量部门检定

3）具备防尘、防潮、防震性能

4）适应恶劣条件（温度变化、防水等）

传感器要求：

传感器是实现被测物理量转化为易被传输和处理的电量的器件。目前，在高应变动力试桩中一般用应变式传感器来测定桩顶附近截面的受力，用加速度传感器（加速度计）来测定桩顶附件截面的运动状态。

1、测力传感器——工具式应变传感器

通常采用环型应变式力传感器来检测高应变动力试桩中桩身界面受力，其外观如图所示，它有一个弹性铝合金环型框架，在框架内壁贴有四片箔式电阻片，电阻片连成一个桥路，当轴向受力时，两片受压，另两片受拉。

应变式力传感器外观

2、测振传感器——加速度计

在《建筑基桩检测技术规范》中对加速度计的量程未作具体规定。原因是不同类型的桩，各种因素影响使其最大冲击加速度变化很大，建议根据实测经验合理选择，一般原则是选择量程大于预估最大冲击加速度的一倍以上，因为加速度计量程愈大，其自振频率愈高。加速度计量程用于混凝土桩测试时一般为1000~2000g，用于钢桩测试时为3000~5000g（g为重力加速度）。

加速度传感器

在其他任何情况下，如采用自制自由落锤，加速度计的量程也不应小于1000g。这也包括锤体上安装加速度计的测试，但根据重锤低击原则，锤体上的加速度峰值不应超过150～200g。

冲击设备：

现场高应变试验用锤击设备分为两大类：预制桩打桩机械和自制自由落锤。

选择锤重应考虑以下因素：

1）测承载力及桩的承载性状的影响。承载力越大，锤越重；承载力构成中端阻力占的比例越大，则要求锤越重。

2）桩径的影响。桩径越大，桩本身的惯性越大，锤与桩匹锤提配能力下降，要求锤越重。此外，桩径的增大也会增大土的弹限，导致对锤重的要求增加。  

3）桩长的影响。桩越长，应力波在传播过程中的衰减越大，桩中下部及端阻力就越难激发，因而要求的锤重越重。

4）岩土弹限的影响。桩侧、桩端土的弹性极限较大。土的弹限越大，意味着激发岩土阻力所需的桩土相对位移越大，要求锤重越重。

5）桩垫的影响。桩垫的选择应是保证充分激发岩土阻力前提下，尽量选择较软的桩垫。

6）提倡“重锤低击”。“轻锤高击”虽然可以提高锤击能量，但常会打碎桩头。高应变试桩应大力提倡“重锤低击”。

导杆式柴油锤

高应变检测专用锤击设备应具有稳固的导向装置。

高应变导向架

l 现场检测：

1、锤击装置的安设

为了减小锤击偏心和避免击碎桩头，锤击装置应垂直，锤击应平稳对中。这些措施对保证测试信号质量很重要。对于自制的自由落锤装置，锤架底盘与其下的地基土应有足够的接触面积，以确保锤架承重后不会发生倾斜以及锤体反弹对导向横向撞击使锤架倾覆。

2、传感器安装

为了减小锤击在桩顶产生的应力集中和对锤击偏心进行补偿，应在距桩顶规定的距离下的合适部位对称安装传感器。检测时至少应对称安装冲击力和冲击响应（质点运动速度）测量传感器各两个，传感器安装见图。

传感器安装示意图（单位：mm）

3、桩垫或锤垫

对于自制自由落锤装置，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，并在桩垫上铺一层薄砂找平。

l 工程实例：

钻孔灌注桩，桩径0.8m，测点下桩长16m，桩端持力层为全风化基岩。

试验采用60kN重锤，先做高应变检测，后做静载验证检测。实测波形如图。

高应变实测波形

采用波形拟合法分析承载力时，波形拟合法承载力仅950kN，承载力比按地质报告估算的低很多。静载验证试验尚未压至破坏，满足设计要求，Qmax=1950kN,相应沉降s=11.5mm。静、动试验得出的荷载-沉降曲线对比见图，差异很大，但高应变测试的锤重、贯入度却“符合”要求。高应变拟合结果和静载结果误差-51%，所以对桩底速度反射波宽度大，并反射强烈的桩，采用常规的土模型，拟合结果差异大。

静载和动载模拟的Q-s曲线比较

吴定高速特大桥实测现场图