高应变检测检测方法

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。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。

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。

波动方程法

波动方程法是由史密斯于1960年创设的方法，他对“锤、桩、土体系”提出了借助质量块、弹簧和阻尼器组成的离散化计算模型，计算过程以锤心初速度作为临界条件，然后借助差分程序编程计算，得到精确的数值解。波动方程法最大的优点是便于计算机编程处理，因此，该方法是大多数现有的基桩高应变动测技术的基础。

波形拟合法

波形拟合法采用了数值试算的方法，能有效地克服Case法的缺陷。其基本思路是：在锤击过程中，采集两组实测曲线：力随时间变化 曲线和速度随时间变化曲线。借助分析其中一组曲线，对土阻力、桩身阻抗及其他所有桩土提出假设，进而推求另一组曲线值，再把 推求值与另一组实测曲线值比对。比对不满足，需要调整假设值继续试算，一直到计算值与实测值相吻合，此时对应的桩土参数就是 实际的桩土参数值。该检测方法充分利用了动测过程中所测得的实测值，再辅以计算机试算可以准确的测出基桩承载力。通过大量的 测试实践表明，波形拟合法是一种较为成熟的承载力确定方法，准确性和可信度均很高，必将成为高应变动测法的主流。

1 高应变检测的适用范围

(1)打入式预制桩，打试桩时的打桩过程监测。

(2)施1 前已进行单桩静载试验的一级建筑桩基的工程桩竖向抗压承载力和桩身完整性的检测。

(3)不复杂的二级建筑桩基、一级建筑桩基的工程桩竖向抗压承载力和桩身完整性的检测。

(4)一、二级建筑桩基静载试验检测的辅助检测。另外，高成变检测丰委用于耐工程没计‘进行校验和为工程验收而进行的现场试聆，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高应变法检测单桩竖向抗压承载力；对灌注桩及超长钢桩进行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。

2 检测桩数

由于工程桩是不允许不合格桩存在的，因此在进行检测时，不应简单地采用随机抽样的方式，而应根据打桩记录，经过综合分析，抽检那些估计质量可能较差的桩。以提高检测结果的可靠度，减少工程隐患。

基桩的高应变动力检测有两种情况：一种是根据《建筑桩基技术规范》中的有关规定进行的例行检测，其检测桩数不宜少于总桩数的5%，并不得少于5根；另一种是发现桩基工程有质量问题，必须对桩基施工质量、承载能力作出总体评价时，应由有关方面协商，适当增加抽检桩数，一般不应少于总桩数的10%。并不应少于10根，必要时还应进行低应变动力检测普查基桩桩身结构的完整性。

3 检测截面的选择

传感器直接测到的信号是检测面上的应变和加速度的信号，要根据其他参数设定值计算后才能得到力和速度信号。检测截面选择不当，如传感器过分靠近桩顶或在变截面附近，实测的应变不具代表性；传感器安装处局部砼质量差，不利于传感器的固定，在锤击力作用下还可能产生严重的非弹性变形，同时截面的阻抗也估算不准等，都会影响承载力的计算结果。

4 锤击设备的选取

高应变动力检测基桩时，为了使桩土间产生一定的相对位移，需要在桩上作用有较大的能量，因此必须用重锤锤击桩顶。对于预制桩(包括管桩)，可以利用打桩机作为锤击装置进行试验；对于灌注桩，则需要选择专门的自由落锤锤击设备，包括锤体、导向架脱钩器等，调整锤重和锤的落距是关系到能否采集到合格有用信号(也就是试验成败)的关键。锤重选取可按“规程”要求，即锤重应大于预估桩极限承载力的1%～1.5%。落距大小是影响力峰值和桩顶速度的重要因素，落距过小，则能量不足；而落距过大，力峰值过大，易击碎桩顶。一般的落距控制在1．0～2．Om之间，最大落距≤2．5m，最好是重锤低击，锤重和锤落距的选取要使桩的锤击贯入度≥2．5mm，但不能超过10mm。贯入度过小，土的强度发挥不充分，太大则不满足波动理论，实测波形失真。

5 检测的工作面要求

(1)为确保试验时锤击力的正常传递和提高工作效率，应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土，对灌注桩、桩头严重破损的混凝士．预制桩和桩头已出现屈服变形的钢桩，试验前应对桩头进行修复或加固处理。

(2)桩头顶面应保持水平、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顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上。

(3)距桩顶上1倍桩径范围内，宜用3～5mm钢板围裹或距桩顶1．5倍桩径范围内设箍筋，间距不宜大于150ram。桩顶应设置钢筋网片2～3层，间距60—100mm，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。

(4)桩头应高出桩周土2～3倍桩径，桩周1．2m以内应平整夯实。

(5)从成桩到开始试验的休止时间：在桩身强度达到设计要求的前提下，一般对于砂类土不应少于7d；粉土不应少于lOd；非饱和黏性土不应少于15d；饱和黏性土不应少于25d，预制桩承载力的时间效应可通过复打试验确定。对于泥浆护壁灌注桩，宜适当延长休止时间。

6 桩上体系的破坏模式

高应变动力检测所判定的单桩竖向极限承载力是指岩土对桩的静土阻力，是在桩身材料强度满足要求的前提下得到的。大多数情况是岩土对桩的阻力被克服而使承载力达到极限；但也有其他情况，如桩身的压屈，桩径小或桩身砼质量差而导致桩身强度先期破坏， 由于高应变检测中动力荷载的持续时间短，在静载荷试验中可能先期出现的破坏模式在高应变检测中可能不出现，因此在检测时要注意桩身阻抗的变化，不能单纯以某一次动荷载作用下获得的阻力推断承载力，而要观察桩身缺陷在多次动力冲击下的变化和发展。若桩身存在先期破坏的可能，就不能以高应变获得的极限阻力作为单桩极限承载力。

7 检测数据分析

分析方法一般采用Case法和实测曲线拟合法。采用实测曲线拟合法分析桩身扩径、桩身截面渐变或多变的情况，应注意合理选择土参数。高应变法锤击的荷载上升时间一般不小于2m/s，因此对桩身浅部缺陷位置的判定存在盲区，也无法根据裂缝宽度8 W来判定缺陷程度。只能根据力和速度曲线的比例失调程度来估计浅部缺陷程度；不能定量给出缺陷的具体部位，尤其是锤击力波上升非常缓慢时，还受土阻力的影响。对浅部缺陷桩，宜用低应变法检测并进行缺陷定位。

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。2100433B

高应变检测的基本原理

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。

第1章 桩的静荷载试验

1.1 习题

1.2 参考答案

第2章 桩的钻芯法检测

2.1 习题

2.2 参考答案

第3章 桩的低应变检测

3.1 习题

3.2 参考答案

第4章 桩的高应变检测

4.1 习题

4.2 参考答案

第5章 声波透射法检测

5.1 习题

5.2 参考答案2100433B

为了帮助从事基桩质量检测工作的工程技术人员顺利通过上岗（理论、操作）考试，作者编写了这本题库。题库有填空题、名词解释、单项选择题、多项选择题、判断题、问答题、绘图题、计算题等题型，由桩的静荷载试验、桩的钻芯法检测、桩的低应变检测、桩的高应变检测、声波透射法检测等五部分组成。

本书针对性、实用性强，命题力求科学、严谨、规范，注重对应考人员进行理论知识尤其是实际操作技能的应试训练，目的是让应考人员对规范内容加深理解，进一步提高分析问题、解决问题的能力。为方便读者全面自测学习效果，每章均附有参考答案。

地基结构检测研究院包括基坑监测，桩基检测等等地基基础工程。 具体桩基检测（高应变、低应变、钻芯检测以及静载试验），基坑监测，基坑支护等等。

工程检测桩基检测

我室自95年开展桩基检测工作以来，围绕宝钢及上海市进行了大量桩基检测，逐步完善了桩基检测的机具配备，人员配置。我们能承担桩基3大检测项目（高应变、低应变、静载荷）检测作业，每年约完成数千根桩的低应变检测，数百根桩的高应变检测，数十根桩的静载试验检测。此外还可进行灌注桩成孔检测工作。我们低应变仪器为美国PIT桩身完整性检测仪（3台），高应变仪器为美国PDA打桩分析仪（3台），静载荷仪器为武汉岩海桩基检测仪（3台）。检测范围：　1. 高应变　2. 低应变　3. 静载荷：堆载实验、锚桩法

工程检测桩基检测内容

桩基工程质量检测内容

灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，因而对桩基的检测便可分为成孔质量检测和成桩质量检测两大部分。其中成孔是灌注桩施工中的第—个环节。成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件或施工中的失误都有可能产生塌孔、缩径、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。成桩质量检测又可分为承载力检测和对完整性检测。

成孔质量检测

在灌注桩的施工中，成孔质量的好坏直接影响到混凝土浇注后的成桩质量：桩孔的孔径偏小则使得成桩的侧摩阻力、桩尖端承载力减少，整桩的承载能力降低；桩孔上部扩径将导致成桩上部侧阻力增大，而下部侧阻力不能完全发挥，同时单桩的混凝土浇注量增加；桩孔偏斜在一定程度上改变了桩竖向承载受力特性，削弱了基桩承载力的有效发挥；桩底沉渣过厚使得桩长减少，对于端承桩则直接影响桩尖的端承能力。

桩的承载力检测

桩的承载力与加荷速率有很大关系，由于静荷载试验与任何动荷载试验相比，所施加的荷载速率最慢，最接近于实际工程的加荷速率，所以试验的结果最接近于实际桩的承载力，因而，国内外均将静荷载试验的结果作为桩承载力的标准。

桩的完整性检测

基桩的低应变动测法就是通过对桩顶施加较低的激振能量，引起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测和记录桩顶的振动速度和加速度，利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析，从而达到检验桩基施工质量、判断桩身完整性、预估基桩承载力等目的。因此，低应变一般只适合对桩的完整性检测。

对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度是有一定范围的，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度等，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增大，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，来分析判断桩身混凝土质量。

工程检测结构应力测试

结构在使用过程中，在荷载用下会产生变形，构件内部应力会进一步发展，使用多年后，为保证安全生产或为了解结构安全、可靠程度，往往需要对在用结构构件进行变形及应力检测，我室多年来配合宝钢工程建设在多项工程监测中对厂房柱基变形，倾斜，构件应力，进行监测，为制定各类决策、方案提供了可靠的科学依据。　 1. 建（构）筑物健康监测　现有建（构）筑物在使用过程中为确保其使用安全和适用性，必须对其现有使用状况进行实时监测，主要检测内容为关键部位的应力监测、关键部位的变形监测等，我部门多年来一直配合宝钢进行该项目的工作，为宝钢特殊工况厂房进行了多项健康监测。地基加固部 地基土由于上部结构荷载发生变化或新建工程地基承载力不能满足设计要求，就必须对地基进行加固处理。地基加固方法非常多。我单位也承担地基加固处理施工，主要进行锚杆静压桩及压密注浆施工。　 锚杆静压桩是利用结构或建筑物自重,通过予留锚杆或现埋锚杆将压桩反力经由压桩架传递到基础中,从而提高或改进建筑物基础承载力的一种方法。　 静压桩工程相对于打桩工程具有无噪音、无污染、施工影响范围小等优点，锚杆静压桩又利用了结构自重，它可节省工期，施工占地范围小，可在已有建筑内部施工达到补强、纠偏等作用。

工程检测基坑监测

软土地区大型基坑施工风险大，其土质差、地下水位高、施工工期长、影响范围大。为保证工程顺利进行，需对工程本身及周围建、构筑物进行多项安全监控，为施工提供准确信息。我科室监测业务主要参数包括：　 1. 沉降、位移、深层土体位移、地下水位、支撑轴力、孔隙水压力、分层沉降、土压力、钢筋应力、坑底回弹隆起、锚杆拉力，房屋倾斜。以上参数可以保证在基坑施工过程中对基坑本身及周边环境进行安全监测工作。　2. 大体积混凝土测温　我部拥有的大体积混凝土测温技术，主要应用钢铁企业炉体基础及大型建筑底板，由于上部荷载大，其基础体积也大，底板较厚，在混凝土浇筑、养护过程中混凝土水化热使混凝土体内外温度差异逐步增大，当温度变形受到约束,将会在混凝土体上产生温度裂缝，影响结构正常使用， 因此必须在施工过程中对其中心、表面温度进行监控，随时采取必要措施将温差控制在允许范围内。　 3. 地基加固　地基土由于上部结构荷载发生变化或新建工程地基承载力不能满足设计要求，就必须对地基进行加固处理。地基加固方法非常多。我单位也承担地基加固处理施工，主要进行锚杆静压桩及压密注浆施工。　锚杆静压桩是利用结构或建筑物自重,通过予留锚杆或现埋锚杆将压桩反力经由压桩架传递到基础中,从而提高或改进建筑物基础承载力的一种方法。　静压桩工程相对于打桩工程具有无噪音、无污染、施工影响范围小等优点，锚杆静压桩又利用了结构自重，它可节省工期，施工占地范围小，可在已有建筑内部施工达到补强、纠偏等作用。

工程检测振动测试

设备环境振动测试

我们部门还可通过对机器或结构在工作状态振动的下状态监测，对机器或结构可进行故障诊断、环境控制、等级评定；测量机器或结构的受迫振动获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、响应、模态等信息，找出薄弱环节，通过改进设计提高其抗振能力，或通过隔振处理改善机械的工作环境和性能。

相关案例：

1、 某地铁道床隔振结构及隧道结构振动测试；该项目主要是了解地铁运行过程中道床隔振结构的隔振效果的测试，了解过车时产生的振动对隧道结构产生的影响

2、 结构振动与结构噪声监测；随着城市建设的发展和现代人们对生活质量要求的提高，工业厂房，交通等对周边环境的振动、噪声影响日趋严重，对其造成建（构）筑物本身和周边环境的影响已经提到了议事日程上，为了了解振源和周边环境受影响的程度，我们必须对其进行检车。