高应变检测技术

1、高应变检测技术杨永波中国科学院武汉岩土力学研究所武汉中科智创岩土技术有限公司2008.101 前言2 基本理论3 现场测试技术4 波形分析5 现场测试过程中可能出现的问题6 理论上存在的问题及误差来源分析7 高应变测试目前存在的问题8 曲线拟合法简介目录1 前言什么是高应变法基桩检测：高应变法试桩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。1 前言高应变法检测目的：判定单桩竖向承载力是否满足设计要求。检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别。分析桩侧和桩端阻力。1 前言高应变法适用范围：检测基桩竖向承载力和完整性

2、检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。进行灌注桩承载力检测时，应有现场实测经验和本地区相近条件可靠验证资料国外高应变技术发展概况发展历史：1960年smith “打桩分析的波动方程法”1965年美国的 Goble教授提出CASE法1974年 Goble提出了计算机曲线拟合CAPWAP法80年代 Rausche提出了更接近桩土实际状态的连续杆件模型capwapc拟合法国外高应变技术发展概况国外试验规范情况：1983年ISSMFE 把高应变法作为推荐方法1989年美国ASTM公布了高应变动力试桩标准试验方法1987年加拿大规定桩承载力可由高应变法确定1988

3、年英国土木工程师协会编制的桩工规范中规定了桩基可用高应变动测法我国高应变技术的发展概况80年代中后其从美国和瑞典引进仪器和相关技术，并进行消化吸收和研究。1986年，中国科学院武汉岩土力学研究所开发出第一台RSM动测仪1989年家工程质量监督检验中心颁布了高应变动力试桩国法暂行规定1997年行标JGJ106-97基桩高应变动力检测规程实施2003年国家行业标准建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003 )颁布执行高应变方法的发展概况自19世纪人们开始采用打桩公式计算桩基承载力以来，这种方法包括：（1）打桩公式法，用于预制桩施工时的同步测试，采用刚体碰撞过程中的动量与能量守恒原理，打桩公式法以

4、工程新闻公式和海利打桩公式最为流行。（2）锤击贯入法，简称锤贯法，曾在我国许多地方得到应用，仿照静载荷试验法获得动态打击力与相应沉降之间的曲线。通过动静对比系数计算静承载力，也有人采用波动方程法和经验公式法计算承载力 。高应变方法的发展概况（3）Smith 波动方程法，设桩为一维弹性桩，桩土间符合牛顿粘性体和理想弹塑性体模型，将锤、冲击块、锤垫、桩等离散化为一系列单元，编程求解离散系统的差分方程组，得到打桩反应曲线，根据实测贯入度，考虑土的吸着系数，求得桩的极限承载力。（4）波动方程半经验解析解法，也称CASE法，根据应力波理论，可同时分析桩身完整性和桩土系数承载力（5）波动方程拟合法，即CA

5、PWAP法，是目前广泛应用的一种较合理的方法。（6）静动法（Statnamic），其意义在于延长冲击力作用时间（100ms），使之更接近一静载试验状态。高应变方法的发展概况目前，在我国应用范围最广泛的高应变分析方法采用CASE法和实测曲线拟合法。 高应变法基本理论桩的基本假定基本概念和基本关系式高应变动力试桩的波动力学基础应力波对试桩实测曲线的影响高应变动力试桩的桩土模型高应变动力试桩的凯司法(CASE法)高应变动力试桩法确定桩身完整性(法)打桩过程中的桩身应力桩的基本假定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：假定桩身材料是均匀的和各向同性的假定桩是线弹性杆件假定桩是一维杆件假

6、定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多假定破坏只发生在桩土界面基本概念和基本关系式应力波波速与质点速度dLFC2 = E /dL=CdtC-波速 E-弹性模量 -材料密度应力波波速c是杆的材料性质的函数。其物理意义就是应力波在杆身中的传播速度。通俗地讲，“应力波波速”就是压缩区（或拉伸区）沿杆运动速度；而“质点速度”就是应力波经过时杆上质点的运动速度。质点速度： v = /dt质点运动速度dt ：受到冲击之后的微小时段dL = c dtF 由于桩身压缩dL，桩身质点产生的微小位移应变, = /dL由于桩身压缩dL，桩身质点产生的微小位移，从而使质点产生速度V桩身应变= v (EA/c) = Z v

7、力和速度是成比例的dL = c dtF = v dt桩身应力FdL在压缩区桩身应力: = F/AA ：为桩身截面积基本概念和基本关系式质点速度与应力应变的关系质点的速度与力的关系质点的速度与应力的关系质点的速度与应变的关系V = Fc/EAV =c/EV =c基本概念和基本关系式桩身力学阻抗ZZ = F/V = EA/c =cAZ =cA L/L=Mc/L在描述应力波现象时，把实测的速度曲线乘以相应的桩身阻抗，该曲线将保持速度的变化规律而按一定的比例转换为力的单位，在同一坐标系中可以直接对比该曲线与实测的力曲线之间的关系，这将大大方便我们的观察与分析。此外，下行波和上行波的时程曲线也是用这一参

8、量经过换算计算得到的。高应变法的波动力学基础一维波动方程2u/t2 = c22u/x2 - R/(A)式中：u是杆上x处在t时刻的轴向位移，它是纵向坐标和时间两个变量的函数。上式中左边的偏微分是杆上质点的加速度，右边的偏微分是杆上质点的应变。应力波在杆中的传播规律及基本概念下行波和上行波一维波动方程的通解为：u(x,t) = f(x-ct) + g(x+ct)解由两部分组成，分别代表两个行波，其传播速度均为c而传播方向相反，在竖向的桩身中传播时通常称为下行波和上行波。根据波动理论，一个任意位移波和与它对应的应力波在杆中的传播仅仅随时间以波速c沿正反方向移动而其形状保持不变。下行波与上行波下行波

9、桩顶+力-质点速度V-质点速度力T-C+V+下行波F+, V+F-, V-(符号相同)下行波与上行波上行波 (反射)桩顶V力质点速度+力-+T上行波F+, V-F-, V+(符号相反)质点速度-V V+下行波和上行波下行力波 F= Z v上行力波 F= -Z v一般情况下，在桩身任一位置截面上量测到的质点运动速度和力都是下行波和上行波叠加的结果：v = v+ vF = F+ F下行波上行波F F (F+Zv) FF= (F-Zv)F= F + Fv= v + v= = = (F =Zv =-Zv下行波和上行波下行波和上行波即：试桩时由桩侧两侧力和加速度传感器测得截面的质点运动速度和力vm和Fm

10、v= (vm+ Fm/Z)/2v= (vm- Fm/Z)/2F= (Fm+ Z vm)/2F= (Fm- Z vm)/2下行波和上行波如果已知桩上某截面的力Fm和速度vm，就可以从力Fm和换算后的质点速度Z vm分别求得其下行波（等于两者之平均值）和上行波（等于两者之差一半）。应力波在桩端传播特征当桩端为自由端时，其边界条件是受力为零。v = v+ v= 2v应力波到达自由端后，将产生一个幅值相同、符号相反的反射波，即入射压力波产生拉力反射波，入射拉力波产生压力反射波。在杆端由于波的叠加，使杆端质点运动速度增加一倍应力波在桩端传播特征当桩端为固定端时，其边界条件是速度为零。F = F+F= 2

11、F应力波到达固定端后，将产生一个与入射波相同的反射波，即入射压力波产生压力反射波，入射拉力波产生拉力反射波。在杆端由于波的叠加，使端部反力增加一倍。应力波在桩端传播特征当桩端约束介与自由端与固定端之间时应力波在桩端传播特征应力波沿细长杆传播的结果：下行压力波（运动速度向下）遇自由端反射为上行拉力波（运动速度向下），端点力为零，质点速度加倍。下行压力波（运动速度向下）遇固定端反射为上行压力波（运动速度向上），端点质点速度为零，力加倍。下行拉力波（运动速度向上）遇自由端反射为上行压力波（运动速度向上），端点质点速度加倍。下行拉力波（运动速度向上）遇固定端反射为上行拉力波（运动速度向下），端点质点速

12、度为零。桩身阻抗变化时的应力波传播规律F1=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) F1（反射波）F2=2Z2/(Z2+Z1)F1（透射波）当Z2Z1,即入射波由阻抗小的截面向阻抗大的截面传播时，反射波与入射波的性质相同，即入射的拉力波产生反射拉力波，入射的压力波产生反射压力波。当Z2Z1, 即入射波由阻抗大的截面向阻抗小的截面传播时，反射波改变符号，即入射的拉力波产生反射压力波，入射的压力波产生反射拉力波。应力波对高应变动力试桩实测曲线的影响上、下行波对测试曲线的影响：在图中，凡是下行波都将使两条曲线同向平移，原有距离保持不变；凡是上行波都将使两条曲线反向平移，互相靠拢或互相分离。在图中，如果只有下

13、行波作用，F(t)曲线和Z*V(t)曲线将永远保持重合。在图中，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。应力波对高应变动力试桩实测曲线的影响桩身阻抗变化对测试曲线的影响：阻抗减小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，即力曲线下移而速度曲线上移。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，即力曲线上移而速度曲线下移。上述反射信号到达检测截面的时间与变阻抗截面所在深度成正比。可以根据反射信号在时间轴上的位置确定其所在深度。应力波对高应变动力试桩实测曲线的影响土阻力所产生的应力波对测试曲线影响：作用深度为x(0

14、 xL)处的土阻力所产生的上行压力波将在2x/c时刻到达检测截面。在实测F-V曲线上。沿时间轴将可以在2L/c之前看到分层累加的土阻力信息土阻力的作用在F-V曲线上的首先表现为两根实测曲线的分离，即实测力曲线的上升和实测速度曲线的下降。在2L/c时刻之前(t1tt1+2L/c），力和速度曲线的分离程度正好等于所受的土阻力。CASE法的桩土力学模型桩的力学模型CASE法的桩的基本模型是一维等阻抗弹性杆件(桩身某一截面上的各个质点的受力状态和运动状态都是相同的)，不考虑桩身材料的粘性（即应力波在沿桩身传播时桩身材料本身不吸收应力波的能量） 。CASE法的桩土力学模型桩的力学模型一维、均质、等截面、

15、连续的线弹性，基本不考虑桩身缺陷影响，应变与质点速度之间满足协调方程。局限：桩身自阻尼衰减没有考虑承载力分析时，桩身缺陷没有考虑，所以缺陷桩误差更大桩身塑性没有考虑，低强度桩、力信号过大时存在问题锤击偏心时存在问题传感器过上存在问题CASE法的桩土力学模型CASE法为确保波动方程解耦，得到半经验解析解，不仅将桩侧速度与动阻力分离，而且将桩身位移与静阻力分离。桩侧土的力学模型 桩侧土的静阻力模型桩侧土的静阻力模型为理想刚塑性模型理想刚塑性静阻力模型的意义为：桩侧土静阻力一经激发即达到极限，且不随桩土之间的相对位移的变化而变化桩侧土的力学模型RsiRsuiUi问题：弹性阶段即位移初始增加阶段被忽略

16、，加载起始阶段即认为已达到极限承载力状态，导致了极限承载力曲线上零值也是极限承载力的谬误。要求：位移取值足够大，使得极限承载力出现平坦段、达到拟理想刚塑性状态才可以正确应用要求有更大的打击力和动位移桩侧土的力学模型 桩侧土的动阻力模型CASE法忽略桩侧土的动阻力。桩端土的力学模型 桩端土的静阻力模型桩端土的静阻力模型为理想刚塑性模型RsiRsuiUi桩端土的动阻力模型CASE法的桩端土的动阻力模型采用线性粘滞阻尼模型桩端土的力学模型Rd = Jc Z V(L,t)桩端土的力学模型优点：动阻力与桩身质点运动无关，解耦承载力计算，得到解析解指标：CASE阻尼系数，虽与持力层塑性指数有关，但更多的已

17、演变成一个与动静对比相关的系数了问题：动阻力与桩身广义波阻抗相关，却与桩底的无关须确保桩侧动阻力较小，桩侧须光滑、等截面，须有足够位移持力层和桩侧土层须相差较大仅考虑了牛顿粘性体模型，没有考虑惯性力等的影响高应变动力试桩的CASE法 (承载力计算）CASE法的近似假定桩身阻抗恒定，即桩身截面不变，桩身材质均匀且无明显的缺陷。只考虑桩底的动阻尼，忽略桩侧土的动阻尼，而且静阻力始终保持恒定。应力波在传播过程中没有能量耗散和信号畸变。（4）在（t1-t1+4l/c）时段内桩侧各点的摩阻力不变。CASE法总阻力公式设一根阻抗为Z的桩，有效桩长为。如果锤击应力波在t1时刻通过检测截面，则在i截面（距检测

18、截面距离为x）产生的上行压缩阻力波在t= t1+2x/c时刻到达检测截面。拉伸应力波在t=t1+L/c时刻到达桩底，并以压缩波的形式向上反射，在t=t1+L/c时刻到达检测截面。土阻力所产生的应力波在桩身中的传播锤击作用下沿着桩身的全部侧土阻力所产生的上行应力波必然在t1，t1+2L/c时段内依顺序先后到达检测截面；而侧土阻力所产生的下行应力波则将伴随锤击应力波一起下行，在桩端产生反射后和端阻力一起于t2=t1+2L/c时刻到达检测截面。由此可见，在冲击后的第一个传播周期（t1tt1+2L/c内，检测截面测到的只有上行的桩侧压缩阻力波Ru(x)：CASE法总阻力公式CASE法总阻力公式F(tx

19、) = F(t1+2x/c)= Ru(x)= R(x)/20 xL即x截面以上桩测摩阻力R(x)可由上行波信号确定：R(x)= 2F(tx)= F(t1+2x/c)-ZV(t1+2x/c)0 xLCASE法总阻力公式在t2=t1+2L/c时刻，上行波F(t2)的数据中包含以下成分：锤击产生的初始下行压力波在桩底反射产生的上行拉力波，由于波在传播中幅值保持不变，该项为-F(t1)。全部上行的桩侧压缩阻力波的总和，即Rzc/2。全部下行的桩侧拉伸阻力波经桩底反射后转变为上行的压缩波，其值亦为Rzc/2。桩端阻力的上行波Rzd。CASE法总阻力公式第和第项的总和为桩的总侧阻力，第项桩端阻力，因而这三

20、项之和代表了岩土总阻力t。因此，t2=t1+2L/c时刻的上行波F(t2)可写为：F(t2) =t- F(t1)整理后可得著名的Case-Goble公式，也就是CASE法的总阻力公式：Rt=(F(t1)+Z*V(t1)/2(F(t2)-Z*V(t2)/2桩的承载力的计算根据高应变动力试桩法的土阻力数学模型和实用假定，可以把实测得到的土阻力看成是由静阻力Rs和由于动力作用所产生的附加动阻力Rd两部分组成。即:Rt= Rs + Rd桩的承载力的计算RSP阻尼系数法计算桩承载力。土的动阻力模型采用的是线形粘滞模型，即Rd= JvVb(t)Jv为粘阻尼系数。引入无量纲的阻尼系数Jc （Jc为CASE阻

21、尼系数），则动阻力为：Rd= Jc Z Vb(t)桩的承载力的计算假设桩端为自由端，桩端速度可由实测结果推算出来为：vb(t)= vb(t)+ vb(t)= Fb(t)/Z-Fb(t)/Z得出vb(t) =(F(t1)+Z*v(t1)- Rt)/Z桩的承载力的计算Rs = Rt - Rd= Rt - Jc(F(t1)+Z*v(t1)- Rt)写成另外形式：Rs=(1-Jc)(F(t1)+Z*v(t1)/2+(1+Jc)(F(t2)-Z*v(t2)/2这就是CASE阻尼系数法计算桩承载力的公式。CASE法的几种子方法及适用条件阻尼系数法RSP：一般意义上使用，积累的经验最为丰富（桩长适中，端阻力

22、占比例不大的摩擦桩）最大阻力法RMX：上升时间短或土的弹限值大，土阻力来不及充分发挥的情形。（端承桩或端阻力充分发挥需较大位移）最小阻力法RMN：桩底不明显时，更偏安全（桩身存在缺陷，单击贯入度大，桩底反射滞后或不明显）卸载法RSU：长桩，考虑了阻力的卸载效应（大摩阻力难打入桩，桩底之前速度出现负值使桩上部土阻力卸载）端承桩自动计算值RAU：短桩、端承桩（桩底速度为零时对应的值）摩擦桩自动计算公式RA2：摩擦桩，据说与拟合值接近高应变动力试桩法确定桩身完整性(法)截面的完整性系数为Z2Z1缺陷位置可根据缺陷反射波的对应时间x由下式确定:LxC*(txt1)2F(t1)+ Z V(t1) 2Rx

23、 +F(tx) Z V(tx)F(t1)+ Z V(t1) F(tx) Z V(tx) =打桩过程中的桩身应力打桩过程中的桩身应力打桩引起的桩身破坏有几种形式：(1)锤击压应力过大、锤击偏心造成桩头破坏。(2)桩端碰到基岩、密实卵砾石层使桩端反射的压应力与下行的压力波在桩端附近迭加，使锤击压应力过大造成桩身下部破坏。(3)混凝土的抗拉强度一般在其抗压强度的l/10以下，而且抗拉强度并不随抗压强度的增加而正比增加(增加缓慢)。所以，对混凝土桩，拉应力引起的桩身破坏是不容忽视的。实际测试过程中的计算步骤应变1F1=E.A.应变1应变2F2=E.A.应变2(F1+F2)/2平均力实际测试过程中的计算

24、步骤a1积分得V1a2积分得V2(V1+V2)/2平均速度V实际测试过程中的计算步骤平均速度V与波阻抗Z乘积ZV平均力FF与时间的函数F-ZV波形实际测试过程中的计算步骤FZV（FZV）2上行波F实际测试过程中的计算步骤FZV（F+ZV）2下行波F实际测试过程中的计算步骤FVFV积分能量实际测试过程中的计算步骤a积分V积分位移S实际测试过程中的计算步骤FF相加承载力RT实际测试过程中的计算步骤承载力桩尖阻力桩侧阻力静桩尖阻力动桩尖阻力静桩侧阻力动桩侧阻力高应变法现场测试技术测试仪器检测用重锤及配套设备现场测试技术CASE阻尼系数 Jc值的取值打入桩承载力时间效应桩身结构完整性检测测试仪器武汉中

25、科智创岩土技术有限公司生产的RSM-24FD系列仪器美国桩基动力学公司（PDI）生产的PAK型和PAL型打桩分析仪检测用重锤及配套设备JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范规定：高应变检测用重锤应材质均匀，形状对称，锤底平整，高径比不得小于1.0，并采用铸钢或铸铁制作。当采用自由落锤安装加速度传感器的方式实测力时，重锤应整体铸造，且高径比应在1.01.5范围内。检测用重锤及配套设备进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估的单桩极限承载力的1.01.5，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值锤击设备宜具有稳固的导向装置。打桩机械或类似的装置（导杆式柴油锤出外）都可以作为锤击

26、设备检测用重锤及配套设备组合：优：便于搬运、成本低、基坑方便缺：效果差、易偏心、慎用、重心高重点：锤体的紧凑和锤垫整体： 优：效果好、效率高、缺：适应能力差、成本高、搬运困难检测用重锤及配套设备检测用重锤及配套设备检测用重锤及配套设备检测用重锤及配套设备检测用重锤及配套设备检测用重锤及配套设备高应变动力试桩重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。检测用重锤及配套设备(3）

27、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。检测用重锤及配套设备（5）桩垫的影响。桩垫太软，锤激发岩土阻力的能力下降，桩垫太硬则达不到调整、缓冲桩顶均匀受力，保护桩头的目的。因此，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”。实际应用中，自由落锤的常用落锤高度范围一般为1.22.2米。检测用重锤及配

28、套设备“重锤低击”的好处（1）重锤低击可避免“轻锤高击”产生的应力集中，而应力集中容易使桩身材料产生塑性甚至破坏；（2）重锤低击荷载脉冲作用时间长，且荷载变化缓慢，可以使桩产生较大的沉降位移；（3）重锤低击，桩体产生的速度较小，速度变化率也较小，因此动阻力的影响较小，可减少动阻尼参数误差对拟合分析影响，提高拟合分析精度；（4）重锤低击作用可类似静荷载中快速加载及静动法试验。检测用重锤及配套设备“轻锤高击”（窄脉冲）对分析影响（1）轻锤高击产生的应力集中容易使桩身材料塑性变形甚至破坏；（2）由于冲击脉冲窄小，应力波在向下传播时，桩部分处于加载状态，另一部分处于卸载状态，桩的沉降位移一般是很小的，

29、桩甚至没有打动；（3）由于加载速率较高，动阻力及惯性力较大，使用阻尼系数误差对结果影响很大。同时应力波衰减也较快，到达桩深部甚至变得比较微弱，质点的位移（动位移）很小。现场测试技术第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步第八步测试现场准备仪器连接传感器安装参数设置重锤锤击信号采集信号分析结果打印现场测试技术测试现场准备预应力混凝土管桩测试时，在条件允许的情况下，尽量选择桩顶带法兰盘的桩进行测试。若桩头受损，可进行切割处理，将受损段切割掉，但要保证切割面水平平整。对于桩顶没有法兰盘的试桩，应用细砂找平桩顶后才可测试。测试现场准备混凝土灌注桩必须进行桩头处理桩头处理尽可能采用接桩方式，即在原桩顶

30、接长1.52.0倍桩径的桩段，这样可以大大改善所采集到的数据的质量。处理方法可参照建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003中附录B“混凝土桩桩头处理”。测试现场准备传感器的选用和安装、传感器必须对称安装在桩顶以下桩身两侧，对测试信号平均时方可消除锤击偏心的影响。安装的传感器与桩顶的距离一般不小于2D（D为试桩的直径或边长），对大直径桩不得小于1D，以避开桩顶附近复杂应力关系影响。、安装传感器的桩身表面应平整，且其周围不得有缺损和断面突变。传感器必须牢固安装，安装好的传感器不能在锤击过程中产生相对滑动传感器的选用和安装力传感器中心与加速度器中心应位于同一水平线上，两者间的距离不应大于80mm。

31、安装好的传感器中心轴应与桩中心轴保持平行。传感器安装过程中应监测传感器初始变形值。安装好的传感器初始变形值不应超过规定值。连续测试过程中，如从测试波形中发现传感器松动，如力曲线中出现振荡信号或力曲线不归零，要及时拧紧。如发现传感器损坏，要及时更换。传感器的选用和安装传感器的选用和安装桩面打磨传感器的选用和安装膨胀螺栓传感器的选用和安装传感器安装测试参数设定(1) 传感器参数设定值按计量检定结果设定。(2) 测点处的桩截面尺寸按实际测量确定(3) 波速、质量密度、弹性模量按桩的实际情况设定。这三个参数中只要设定其中二个，另一个由仪器自动计算生成。一般是设定波速、质量密度。测试参数设定(4)测点以

32、下桩长和截面积按设计或施工记录提供的数据设定。测点以下桩长指桩头传感器安装点至桩底的桩长，一般不包括桩尖部分。入土桩长指嵌入土中的桩长，是地面或基坑底面至桩底的桩长。(5)采样时间间隔宜为50200s。采样时间间隔一般为根据桩长和波速自动计算，有些仪器也可以认为设定。试验锤击（自由落锤）原则重锤低击是保障高应变法检测承载力准确性的基本原则。承载力检测时宜实测桩的贯入度，单击贯入度宜在26mm 之间最大锤击落距不宜大于2.5m桩的贯入度可采用精密水准仪等仪器测定试验锤击（自由落锤）控制落锤高度一般基于以下条件：（1）冲击力不宜过高，否则桩体材料会塑性变形甚至破坏；（2）桩体有一定的沉降位移，确保

33、桩被打动；（3）要求落锤稳定。试验设备（脱钩）试验锤击（自由落锤）试验锤击（自由落锤）桩垫厚度一般取1030，可根据经验来定。锤重较轻或锤击落距较低时，选用较薄的桩垫；锤重较重或锤击落距较高时，选用较厚的桩垫。桩垫厚度也可根据第一锤的波形加以调整。桩垫尺寸可略大于桩顶截面尺寸。当检测仅为检验桩的结构完整性时，要减轻锤重，降低落距，减少锤垫厚度，但应能测到明显的桩底反射信号。现场测试波形的分析理想高应变波形信号特点力和速度的时程一致，上升峰值前二者重合，峰值后二者协调，力曲线应在速度曲线之上（除非桩身有缺陷），两曲线间距离随桩侧土阻力增加而增大，其差值等于相应深度的总阻力值，能真实反映桩周土阻力

34、的实际情况。说明：灌注桩由于波速的离散性，峰值基本上很难重合理想高应变波形信号特点力和速度曲线的时程波形终线归零。说明：力信号不归零，或者由于安装压力不足，传力过程中产生相对错动，这时需重新拧紧膨胀螺栓 。于安装位置的混凝土产生塑性变形或开裂等，这时必须选择适当的位置重新安装传感器理想高应变波形信号特点锤击没有严重偏心，对称的两个力或速度传感器型的测试信号不应相差太大，二组力信号不出现受拉。说明：无导向装置的情况下，锤击偏心在锤架底存有淤泥、桩顶无法兰盘的情况下极易造成偏心，此时应先垫实架底，整平桩头，再放上桩垫板，在锤击过程中调整桩垫板高度。在传感器、电缆间接头松弛时，可能出现一侧力特别小理

35、想高应变波形信号特点波形平滑，无明显高频干扰杂波，对摩擦桩桩底反射明确；说明：应该特别注意交流电的干扰理想高应变波形信号特点有足够的采样长度。保证曲线拟合时间段长度不少于5Lc，并在2Lc时刻后延续时间不小于20ms。说明：规范规定有拟合要求，一定要记录长度足够理想高应变波形信号特点贯入度适中，一般单击贯入度不宜小于2mm，也不宜大于6mm。说明：贯入度小，使检测得到的承载力低于极限值；贯入度过大造成的桩周土挠动大，承载力分析所用力学模型与实际情况相差较大， 与静载试验对比，统计结果离散性很大。实践表明，Dmax（ 最大动位移）仍是可供佐证的主要指标。规范对测试信号质量要求当出现下列情况之一时

36、，高应变锤击信号不得作为承载力分析计算的依据： 、传感器安装处混凝土开裂或出现严重塑性变形使力曲线最终未归零； 、严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过倍； 、触变效应的影响，预制桩在多次锤击下承载力下降；、四通道测试数据不全。规范对测试信号质量要求高应变实测的力和速度信号第一峰起始比例失调时，不得进行比例调整。以下几种情况造成比例失调属正常：、桩浅部阻抗变化；、桩浅部土侧阻力很大；、测点处混凝土的非线性造成力值明显偏高；、锤击力波上升缓慢或桩很短时，土阻力波或桩底反射波的影响；、桩垫过厚。何种情况下需要对高应变结果进行验证以下四种情况应采用静载法进一步验证：桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力

37、；桩身缺陷对水平承载力有影响；单击贯入度大，桩底同向反射强烈且反射峰较宽，侧阻力波、端阻力波反射弱，即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合；嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/c后无明显端阻力波反射；也可采用钻芯法核验。CASE阻尼系数 Jc值取值最近几年，随着动测技术研究的深入和测试经验的积累，许多技术人员对传统理论认为Jc值只和桩端土特性有关的看法提出了异议，现在，越来越多的人认为，Jc值就象是一个静载试验结果与CASE法动测结果的经验比例系数，桩端土质特性仅供参考。粘土0.71.0粉质粘土0.40.7粉土0.250.4粉质砂土0.150.25砂土0.10.15粗砂0.

38、05桩尖土打入桩承载力时间效应打入桩承载力时间效应主要体现在：（1）打入桩施工时，由于挤土和振动影响，使饱和土的孔隙水压力上升，造成桩周土有效应力下降，桩侧和桩端土阻力降低。经过一段时间后，随着超孔隙水压力消散，桩侧和桩端土阻力得到恢复。（2）打入桩施工时，沉桩过程对桩周土产生扰动，由于土的触变作用，桩侧和桩端土阻力也会降低，土的敏越感度参数越大，降低越多。经过一段时间后，这部分损失的阻力得到恢复。土的类别砂土粉土休止时间（天）710粘性土非饱和饱和1525注：对于泥浆护壁灌注桩，宜适当延长休止时间打入桩承载力时间效应JGJ 106-2003特别对打入桩测试时的休止时间作了规定：桩身结构完整性

39、检测根据JGJ106-2003。高应变检测中桩身完整性的分类标准为：类别值=1.00.81.0类别值0.60.80.6F(t1)+ Z V(t1)2Rx +F(tx) Z V(tx)F(t1)+ Z V(t1) F(tx) Z V(tx) =tx t12000 x = c测试过程中应该注意的几个问题（1） 传感器的安装位置与锤击点之间应有足够大的距离 ，应该符合规范的要求。当传感器安装在离桩顶一定距离，可以避开桩顶附近复杂的应力状态，使所测信号符合一维弹性波的理论要求；同时也可以避免一旦桩头被打裂而对传感器造成的损坏。测试过程中应该注意的几个问题（ 2）在桩数较多、多种桩径混杂、单桩极限承载力

40、要求有差别的工地，宜按最大承载力选择锤重。（ 3）检测前基桩应满足一定的休止时间，使桩身混凝土达到足够的强度，桩周土超孔隙水压力消散。测试过程中应该注意的几个问题（ 4）脱钩锤击的一点点偏心，可以导致信号一致性严重恶化，这一点已为大量试验所验证偏心不可大意锤击脱垂的脱钩容易导致偏心；脱钩以中心脱落的方式为宜测试过程中应该注意的几个问题采用凯司法判定桩承载力1 只限于中、小直径桩。2 桩身材质、截面应基本均匀。3 阻尼系数Jc宜根据同条件下静载试验结果校核，或应在已取得相近条件下可靠对比资料后，采用实测曲线拟合法确定Jc值。4 在同一场地、地质条件相近和桩型及其截面积相同情况下，Jc值的极差不宜

41、大于平均值的30%。4 高应变现场测试波形分析典型的波形判别问题波形判别从波形来判断阻力分布典型波形判断典型的桩端变阻抗反射在实测记录上的表现典型波形判断典型的桩身缺损在实测记录上的表现典型波形判断土阻力对实测曲线的影响问题波形判断力传感器安装不紧t(ms)F(t)锤击引起测点砼塑性变形t(ms)F(t)问题波形判断测点附近桩身扩颈或桩垫过厚t(ms)F(t)问题波形判断测点附近桩身有缩颈t(ms)F(t)问题波形判断测点附近桩身有裂缝,或传感器安装在新接桩头上,接头连接没做好t(ms)F(t)问题波形判断桩身浅部有严重缺陷或断桩t(ms)F(t)问题波形判断传感器安装处砼强度低t(ms)F(

42、t)问题波形判断t(ms)F(t)F1(t)F2(t)锤击严重偏心问题波形判断桩接头不良的波形问题波形判断浅部阻力较小的桩t(ms)F(t)从波形判断阻力分布浅部阻力较大的桩T(ms)F(t)从波形判断阻力分布侧阻力和端阻力均较小的波形从波形判断阻力分布t(ms)F(t)问题波形判断无缺陷的端阻力小侧阻力大的桩t(ms)F(t)从波形判断阻力分布从波形判断阻力分布端阻力和侧阻力均较大的桩从波形判断阻力分布近海工程中上部无侧阻力桩的典型实测曲线从波形判断阻力分布在连续锤击下混弹凝土桩身出现破损的时的曲线变化波速的确定方法上下行波起跳点法,即通过下行波的起跳点和上行波的下降点计算;“峰值峰值”法,

43、通过入射波峰值和桩底反射波峰值计算;“起跳起跳”法,通过入射波起跳点和桩底反射起跳点计算。如果反射不明显,平均波速的给定同样具有一定的人为性。5 现场测试过程中可能出现的问题（ 1）两侧力信号幅值相差过大。产生的原因：锤击偏心（无导向架时锤子的晃动；导向架放置不平；桩垫放置不平等）控制的目标：应保证在规范规定的范围之内5 现场测试过程中可能出现的问题（ 2）加速度信号提前振荡。产生的原因：交流干扰（现场使用了交流电，并且没有有效接地）控制的目标：尽量使用干电池或者有效接地5 现场测试过程中可能出现的问题（ 3）测试信号震荡厉害产生的原因：传感器安装不牢或松动（打孔过大或者打孔倾斜），桩垫使用不

44、当，膨胀螺栓不好控制的目标：侧面打磨平整，选择合适的钻头，打孔距离准确，使用较好的膨胀螺栓，将传感器紧贴桩侧面5 现场测试过程中可能出现的问题（ 4）接收状态时收到连续杂乱信号，或者锤击后无信号产生。产生的原因：传感器损坏，传感器提前触发（加速度通道较力通道灵敏，当周围在同时进行打桩时，微弱的振动就能激发加速度通道）控制的目标：传感器正常，接头连接无短路，无较大干扰5 现场测试过程中可能出现的问题（ 5）速度与力峰值不重合产生的原因：桩浅部阻抗变化；桩浅部土侧阻力很大；测点处混凝土的非线性造成力值明显偏高；锤击力波上升缓慢或桩很短时，土阻力波或桩底反射波的影响；桩垫过厚。波速选择不当。控制的目

45、标：开始阶段成正比例，不一定重合5 现场测试过程中可能出现的问题（ 6）力值或速度最终未归零。产生的原因：混凝土产生塑性变形或开裂 ；打孔间距与传感器对应不上，强行安装；采集时间较短，在采集的时间段内还没有停止振动；控制的目标：采集足够的长度，选择较均匀的地方打孔。5 现场测试过程中可能出现的问题（ 7）贯入度数值不明产生的原因：不监测桩的锤击贯入度，仅仅通过加速度多次积分得到位移曲线，通过最终的位移值大小来估计贯入度。控制的目标：通过高精度的仪器监测桩的变形5 现场测试过程中可能出现的问题（ 8）多次锤击数值相差较大产生的原因：触变效应造成承载力不断下降；每次锤击之后没有实时对传感器进行加固

46、；控制的目标：做好充分准备，一次采集好波形，多次锤击往往不允许6 理论上存在的问题及误差来源分析理论上存在的问题误差来源分析高应变与静载试验的对比理论上存在的问题CASE法引入的基本假设在简化运算的同时也给CASE带来一些不足:(1)桩身是等阻抗的，不能考虑桩身阻抗有较大变化的情况。对非均匀桩由于应力波传递过程中产生的畸变，忽略它的影响，会使结果的可靠性下降;(2)只考虑桩底的动阻尼，忽略桩侧土的动阻尼，对于桩侧摩阻力较大的桩，桩侧土阻尼较大，桩侧土阻尼不能忽略;(3) 摩阻力保持不变，对于长摩擦桩，在2L/C时刻之前，桩身上部土单元可能已开始出现卸载，不考虑卸载会低估桩的承载力;理论上存在的

47、问题（4）Jc对结果影响太大，CASE法的关键参数Jc是一个地区性经验系数，这个取值的人为因素较多，且地质报告不准确时会对计算结果有较大的影响，需通过动静对比试验确定;（5）理想刚塑形体模型与实际情况相差较大，忽略了土的加载阶段误差来源分析CASE方法的误差来源主要来源以下几个方面：（1）砼是非均质的弹塑性材料， 对于钢筋砼灌注桩， 一维弹性杆的假定与之相差甚远。（2）假定动阻力主要来自桩尖和实际并不完全相符， 尤其是以侧摩阻力为主的摩擦或摩擦端承桩，情况更是如此。目前有些实验室的研究表明： 动阻力和桩端运动速度也并非线性相关。误差来源分析（3）实践证明， 只有在最初的4L /C 或3L /C

48、 时间内， 应力波在传播过程中的能量耗散才很小与假定比较相符。假如桩侧和桩端的静阻力发展过分缓慢以及桩身质量较差，那么将会导致应力波的严重衰减和变形，误差也就较大。（4）土阻力的本构关系, 采用钢塑性模型， 即土体对桩的静阻力大小与桩土之间的相对位移的大小无关， 仅与桩土之间是否存在相对位移有关。实践证明， 此假定与实际相差很大。误差来源分析（5） 凯斯法在直接获得的岩土总阻力R T 中，通过一个经验系数J c 计算静阻力。这个系数在推导过程中虽然具有明确的物理意义， 即桩尖处持力土层的凯斯阻尼系数主要取决于该土层的颗粒细度， 但其实际取值却是通过静动对比的实验方法获得的。值得注意的是, 凯斯

49、法的计算公式是在若干个近似假定下获得的。因此，所有和近似假定不符的影响都将反映到这个系数中去。误差来源分析（6） 锤击设备误差高应变动力测试，以充分激发土阻力为基础，也就是说桩土间必须产生一定的相对位移，因而作用在桩上要有较大能量。当锤击能量不够，速度波在L/C时刻之前就出现负值，下行波没有传至桩底而被上段土阻力抵消克服掉，下段部分和桩尖的土阻力便无法激发，得到的承载力将偏低;是否完全进入塑性状态是评价桩承载力的关键，而高应变试验很难定义土体是否进入塑性状态。当锤击能量过大时，桩土间的相对位移会大大超过土阻力充分发挥所需的位移，土体的力学性状改变，阻尼的影响加大，得到的承载力也会失真。误差来源

50、分析（7） 桩身条件的误差桩身作为应力波传播的载体，是高应变法必须研究的对象。桩身条件的好坏直接关系到阻力分析结果的精度。桩头混凝土强度不高而被重锤击碎，安装点混凝土质量欠佳等都会影响传感器所测数据的准确性。桩身条件不好也会引起波速误差。由于混凝土是一种复合的多孔材料，是一种非均质体，波速的取值不仅与其用料、龄期、养护方式等自身因素有关，还与诸如冲击水平、桩周土性质、桩长等有关，对于现场钻孔灌注桩，影响因素就更多而波速的误差会成倍地反映到计算承载力上。误差来源分析（8）对力的测量测试误差由于混凝土本身的非线性（E=d/d常数），低力水平下的弹性模量高于高应力水平下的弹性模量。所以冲击应力水平越

51、高，力信号中的非线性成份也就越大，如低应变测试得到的波速比高应变测试得的高就属于这种情况。打入式混凝土预制桩在沉桩过程中已历经反复的高应力锤击，混凝土的非线性大体上已消除，因此高应变检测时的锤击应力水平只超过沉桩时的应力水平，其非线性可以忽略。对灌注桩锤击应力水平较高，混凝土的非线性会多少表现出来，因而预制桩的测试误差比灌注桩要低。由于灌注桩的混凝土强度低，施工离异程度大，安装传感器的桩侧表面不和锤击偏心等原因，均可产生混凝土的塑性变形而导致测力误差。误差来源分析（8）对力的测量测试误差桩身弹性模量与荷载的关系曲线误差来源分析（9）波速大小对计算造成的误差计算力值和阻抗时，测点处的波速相当于已

52、知数，但是实际过程中较准确确定测点处的波速是很困难的。(Fm,t2 Z vm,t2)(1+ Jc)2(Fm,t1 + Z vm,t1)+(1 Jc)2RSP =误差来源分析（10）土体性质的误差 歇后效应成桩后，土层对桩的阻力随时间而变，在粘性土中，变化尤其显著。动测时时间因素对测试结果的影响很大。误差来源分析（11）土体性质的误差 触变效应土层对桩的阻力会因桩周附近的各种外力作用而发生变化。高应变动测时，强有力的冲击会使桩侧阻力下降。在进行高应变法检测时，必须保证试桩附近一定范围内的施工作业不会产生干扰。对动荷载敏感的粘土，测试时还应尽量保证一次锤击成功。误差来源分析（12）土体性质的误差蠕

53、变效应部分岩土(如页岩、变质岩)或薄持力层下面有软夹层的情况将存在蠕变特性在维持荷载作用下，原来预测的较高承载力可能衰减或无法承受长期荷载。这J清况使得即使高应变测试结果很好，慢速静荷载试验却可能通不过。误差来源分析（13）土体性质的误差土体的疲劳这一点同因土体结构改变或有效水平应力改变而失去的土体强度没有太大区别。它是对那些过于密实的粘土而言的，桩土界面随着锤击次数的增加而变得更加光滑。这种影响会随时间的推移而减小，因而复打会减少这种潜在的误差。误差来源分析（14）土体性质的误差孔隙水压力的变化桩在锤击过程中，桩周细粒土中的孔隙水压力将会增加(由于不能快速地排泄)。增加了的孔隙水压力使有效应

54、力减小，减小量取决于渗透率，之后桩周土的承载力才能重新恢复。这种影响发生在桩侧面的情况要比发生在桩底更为常见。复打试验可以消除这种错误的来源。误差来源分析（15）土体性质的误差土体的松动这也是一种应在使用时修正的影响，它可能在各种类型的土中产生。土体的松动会使有效应力减小和(或)使土的密实度降低。土的松动是由不可避免的桩的横向运动(桩的抖动、泊松效应)和开口土塞产生的孔隙以及桩靴过大或管桩过大的封板引起的。误差来源分析（16）土体性质的误差土体的液化作用实践中常常过于重视或忽视这种可能性。如果砂或砾砂的密度小并在地下水位以下，那么桩的运动将会使土产生液化，也就是说，土将失去其有效强度。锤击初期

55、的数据表明，土保持其全部的静阻力，在冲击之后，由于土体颗粒的快速运动，从而失去其颗粒间正常的状态和摩擦力。因此，在一个短暂的时间周期内，土将丧失其强度。因为液化是在锤击过程中发生的，复打也就无法避免对承载力的过低预估。误差来源分析（17）土体性质的误差土体的参振作用当桩被埋在土中静置一段时间之后，桩周土与桩的耦合作用增强，应力波经过时，部分土体会因惯性力而被迫振动起来。由于理论公式中不考虑这部分波动能量的消耗，计算所得承载力也就偏不安全了。误差来源分析（18）桩未被“打动”时的误差此情况常出现在以端承桩为主的嵌岩桩和支承在密实砂卵石层的大直径桩。有些桩静载试验得到的极限承载力所对应的沉降常高达

56、60mm甚至更大，而动测试验要使桩顶产生10mm的动位移就相当不易了。对于细长桩，土的卸载特性参数由于桩的提前回弹而在土阻力响应区段和加载参数发生耦合，进而对部分发挥的静阻力计算产生不利影响。误差来源分析（19）其他的测试误差桩头处理不当（最好按规范处理，垫木板或者胶合板）严重偏心锤击，力信号可能呈现受拉传感器出现故障力的时程曲线最终未归零等等误差来源分析误差并不代表错误以上所列的许多项也许只会产生很小的误差，且结合工程现场实践经验进行修正完全可以将误差控制在一定范围内。摆在面前的道路，是既不能不顾实际条件的扩大化这种方法的作用，也不能有误差而对其灰心，而是应该从分析误差产生原因着手，在有效动

57、静对比资料的基础上，消除或基本消除误差。高应变与静载的对比高应变的结果通过什么来验证呢？静载？资料记载：1992年在荷兰海牙召开的第四届国际应力波理论在桩基中的应用的会议期间，对国外广泛应用测桩承载力的波动方程进行了考试，共有国际上知名的10家单位参加，参加测试的单位绝大多数都采用CAPWAP的程序和PDA仪器，但是测试结果很不理想，除一家的结果与静载试验结果较接近外，其他结果均与静载结果相去甚远，最低破坏荷载为90KN，最高为510KN，而静载破坏荷载为340KN。美国的高应变考试。高应变与静载的对比（1）土阻力的激发程度差异。静载荷试验通过在桩顶施加足够的外部荷载,充分激发桩周土和桩端土的

58、阻力,因此能够真实地反映桩体实际的静力性能。高应变动力试验由于荷载作用时间极短,或者由于桩顶部混凝土强度较低,无法充分提高锤体的落距,土阻力没有被充分激发出来。岩土阻力的激发程度和桩在土中的位移有关。一般认为当静载荷试验时桩的位移达到5 mm6 mm 时摩阻力方能充分发挥。国外的动测实践证明,当桩顶的每击贯入度超过2. 5 mm时,试桩全长范围内土阻力就能得到充分激发 。高应变与静载的对比（2）触变效应。高应变动力试桩时,在锤击荷载作用下,会破坏土体的原有平衡，引起桩土界面处物理力学状态的改变，土体能够提供的阻力也相应会发生变化。可以通过合理的试验方案安排来减少或者消除土体触变效应引起的误差。另外，在试验数据分析时还应该考虑试验方案安排无法避免的其他因素的影响。例如：以摩阻力为主的桩进行复打试验时，多次锤击将减弱桩周土阻力。在灵敏性粘性土中一定要在头一两锤下采集到满意的数据。高应变与静载的对比（3）歇后效应。成桩后，岩土对桩的阻力在一定时间内随时间而变化，原因是成桩过程中受扰动的桩周及桩端土体的触变恢复、孔压的消散以及桩土界