基桩动力检测高应变检测技术基本原理

高应变简介用重锤冲击桩顶，实测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断的检测方法。

高应变检测的基本原理高应变榆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，判定单桩竖向抗承载力及桩身完整性的榆测方法。

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(小沦是内力、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。

南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载而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，下行的压力波在桩载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。

●测试系统示意图●应用要点1 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%。

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。

【施测鉴工】住宅与房地产2019年9月桩基检测中高应变动力检测原理及方法车言飞（烟台市建工检测服务中心，山东 烟台 264001）摘要：高应变动力检测技术是一种专用于桩基检测的检测技术，其具有诸多其他桩基检测技术难以比拟的优点，是如今桩基检测过程中应用前景比较良好的一种检测技术。

文章着重对高应变动力检测的相关原理及方法进行深入的研究分析，并总结出一些可能会影响高应变动力检测技术准确性的影响因素，以期能够提升高应变动力检测技术的应用范围。

关键词：高应变动力检测技术；桩基检测；原理中图分类号：U443.15 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）09-0190-01在桩基工程的实际作业过程中，一般都需要对桩基进行实际的质量检查，而质量检查过程中的主要检查项目便是对单桩垂直承载力进行相关检测，以此来确定其承载力是否能够符合标准。

而高应变动力测试技术相比较传统的静载荷实验技术而言，不仅对于人力物力的耗费比较小，还能对大吨位的桩基进行承载力检测，因此对于高应变动力测试技术进行相关的研究，对于如今的桩基质量检查有着极为重要的现实意义。

1 高应变动力检查技术的原理及方法1.1 凯斯法理论凯斯法理论是一种建立在应力波理论之上的检测理论。

在实际桩基承载力检测过程中，凯斯法理论会将桩体假设成为一根等截面的单桩，并将桩体当作是一种连续的弹性杆件，然后根据行波理论，将桩体上实际测量到的数据进行相应的计算，最终计算并确认该桩基的极限承载力，然后将桩基的承载力与项目的需求进行对比，确认该桩基是否符合项目工程的实际需求。

另外，凯斯法理论在对桩基实施承载力计算的过程中，因为其是使用对土助力来进行钢塑法而得出的相关数据数据，所以其所计算得出的数据一般而言都是对该桩体的承载力计算估值，虽然比较近似于桩体的极限承载力，但也有着一定的差距。

因此在实际凯斯法理论应用过程中，往往都需要通过多次计算来得出最终的结果，以此来确保桩体极限承载力计算的准确性。

高应变动力检测的基本原理高应变动力试桩法作为基桩检测确定单桩承载力的最有前途的新技术,以其快速、经济、可靠等特点得到广泛应用。

尤其是在大直径大吨位的桩基工程检测中发挥了巨大作用。

克服了静载试验的周期长、费用高、检测项目少、静载荷不可能太大等缺点,已部分取代了传统的静载试验。

而作为现场把握采集数据可靠性和基桩承载力的高应变(CASE法),自30年代产生以来,已成为高应变动力试桩的主导方法之一,地位与作用极其重要。

随着建设部《基桩高应变动力试验规程》JGJ106-97的颁布实施,高应变动力试桩的地位将更加巩固和提高。

CASE法是通过一维波动方程计算,而获得岩土对桩的支承阻力的最常用的高应变动力试桩方法。

1、基本模型（1）、基桩模型Case法将桩视为一维均质连续的弹性体,基本上不考虑桩身缺陷影响,应变与质点速度之间满足协调方程。

（2）、桩周土动力模型为排除动力试桩过程中土体的动力效应,Case法假定土的动阻力全部集中于桩尖,且与桩尖速度和广义波阻抗成正比。

（3）、桩周土动力模型为排除动力试桩过程中土体的动力效应,Case法假定土的动阻力全部集中于桩尖,且与桩尖速度和广义波阻抗成正比。

2、基本原理高应变动力试桩的基本原理:用重锤冲击桩顶,使桩-土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;通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号;应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线来判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

CASE 法承载力计算: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。

桩基高应变检测方案检测中心二00年月日目录一、前言工程桩基检测位于;二、高应变检测检测目的高应变检测目的是检测工程桩的竖向抗压承载力和桩身结构完整性,并对基桩的质量进行评价;检测标准及数量规定本次试验按照中华人民共和国行业标准建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003,根据规范规定,高应变检测数量不少于总桩数的5%,且不少于5根; 仪器设备及基本原理本次检测仪器采用美国桩基动力学公司生产的PDA打桩分析仪PAL型,检测示意图如图3;位移,以充分激发桩周土阻力和桩端支承力,通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号,应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线,从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性;设桩为一维线弹性杆,测点下桩长为L,桩身横截有效面积为A,桩材弹性模量为E,桩材质量密度为ρ,桩身内弹性波速为CC2=E/ρ,广义波阻抗为Z=AρC；其桩身应力应变关系可写为：假设土阻力是由静阻力和动阻力两部分组成：R=Rs+Rd推导可得桩的一维波动方程：分析方法采用Case法和实测曲线拟合法：记冲击速度峰值对应时间为t1,t2=t1+2L/C为桩底反射对应时间,根据实测的力曲线Ft,速度曲线Vt推导可得Case法判定桩的承载力的计算公式为：对于等截面桩,桩顶下第一个缺陷对应的完整性系数由下式计算：其中：Rx—缺陷点X以上的桩周土阻力；桩身缺陷位置可根据缺陷反射波的对应时间tx由下式确定：Lx=C·tx-t1/2实测曲线拟合法采用了较复杂的桩—土力学模型,选择实测力或速度或上行波作为边界条件进行拟合,拟合完成时计算曲线应与实测曲线基本吻合,桩侧土摩阻力应与地质资料基本相符,贯入度的计算值应与实测值基本吻合,从而获得桩的竖向承载力和桩身完整性;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土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钢板围裹或距桩顶倍桩径范围内设箍筋,间距不宜大于150mm;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10d；非饱和粘性土不应少于15d；饱和粘性土,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;检测中心二OO年月日。

高应变动测一、基本原理本次检测仪器采用美国桩基动力学公司生产的PDA桩基动测仪(PAK型)，检测示意图如下图。

高应变动力试桩的基本原理是：用重锤冲击桩顶，使桩-土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，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

二、检测仪器及设备：1、测试仪器：PDA打桩分析仪、2、锤击设备：10吨重锤3、贯入度测量仪器：精密水准仪，铟钢尺4、分析设备及分析软件：笔记本电脑、CAPWAP软件三、检测时间：高应变测试在静载试验前检测。

四、现场检测：1、桩头加固处理具体见抗压静载试验试桩桩顶加固方案。

2、锤击装置安装为了减小锤击偏心和避免击碎桩头，我们将保证锤击装置与桩身对中且平稳地冲击桩顶。

3、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，传感器会安装在距桩顶一定的距离以下，一般取1.5倍桩径。

检测时将对称安装冲击力F和桩身质点速度v传感器各两个，传感器安装见下4、桩垫或锤垫本项目将采用自由落锤装置，桩头顶部设置桩（锤）垫，可采用10～30mm厚的木板或胶合板等材料。

a)检查和确认仪器的工作状态b)高应变检测时，一般情况下桩头不宜重复多次锤击，因此检测工程师会在锤击前检查和识别仪器的工作状态。

主要是：利用仪器内置标准的模拟信号触发所有测试通道进行自检，以确认包括传感器、连接电缆在内的仪器系统是否处于正常工作状态。

c)重锤低击采用自由落锤，确保重锤低击，最大锤击落距不宜大于1.5m。

8、检查采集数据质量检测时应及时检查采集数据的质量；每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大动位移﹑贯入度以及桩身最大拉、压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。

发现测试波形紊乱，应分析原因；桩身有明显缺陷或缺陷程度加剧，应停止检测。

四、数据分析1、实测曲线拟合法判定单桩承载力实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。

桩基高应变法检测桩基高应变法检测是一种常用的地基工程质量检测方法，通过测量桩基在施工和使用过程中的应变情况，来评估桩基的稳定性和承载能力。

本文将介绍桩基高应变法检测的原理、步骤和应用。

一、原理桩基高应变法检测是基于桩身应变与桩身受力之间的关系进行分析的。

当桩基受到外力作用时，桩身会发生应变，通过测量桩身上的应变变化，可以推断桩基的受力情况。

桩基高应变法检测主要依赖于高精度应变计和数据采集系统，通过对桩身上的应变进行实时监测和记录，来获取桩基的受力信息。

二、步骤桩基高应变法检测通常包括以下几个步骤：1. 安装应变计：在桩身上选择一定数量的应变计点位，将应变计粘贴或固定在桩身表面，并连接到数据采集系统。

2. 数据采集：启动数据采集系统，实时监测桩身上的应变变化，并将数据记录下来。

数据采集系统可以通过有线或无线方式与应变计进行连接，以便实时传输数据。

3. 外力施加：在进行检测时，需要施加一定的外力于桩基上，常用的方法包括静载试验、动载试验等。

外力的施加应符合设计要求，并在监测过程中逐渐增加，以获取不同荷载下的应变数据。

4. 数据分析：通过对采集到的应变数据进行分析，可以得到桩基在不同荷载下的应变变化曲线。

根据应变曲线的特征，可以评估桩基的稳定性和承载能力。

三、应用桩基高应变法检测在地基工程中具有广泛的应用价值。

主要应用于以下几个方面：1. 桩基质量评估：通过对桩基的应变变化进行监测和分析，可以评估桩基的质量状况，判断桩身是否存在缺陷或损伤。

2. 承载能力评估：桩基高应变法检测可以提供桩基在不同荷载下的应变数据，通过分析这些数据，可以评估桩基的承载能力，为工程设计提供依据。

3. 施工质量控制：在桩基施工过程中，通过实时监测桩身上的应变变化，可以及时发现施工质量问题，并采取相应的措施进行调整和修正。

4. 桩基安全监测：对于已经使用的桩基，通过定期进行高应变法检测，可以监测桩基的变形和应变情况，及时发现潜在的安全隐患。