1、高應變法的波形判讀1、概述高應變法是一種用重錘沖擊樁頂，沖擊脈沖在沿樁身向下傳播的過程中使樁土產生足夠的相對位移，以激發樁周土阻力和樁端支承力的一種動力檢測方法。一般來說，高應變法沖擊荷載作用下，使樁土體系進入充分的非彈性工作階段，樁和樁周土之間出現瞬時的剪切破壞，從而充分地激發樁周土對樁的全部阻力作用。通過采集樁身截面在沖擊荷載作用下的軸向應變和樁身運動的時程曲線，獲得該截面的軸向內力F(t)和軸向運動速度v(t),從而觀察到應力波在樁身中的傳播過程。運用一維波動方程對樁身阻抗和土阻力進行分析和計算,以判定樁身完整性和單樁承載力。 2、樁的根本假定在以下假定的條件下，將樁在沖擊荷載作用下的運

2、動簡化為一維的線性波動力學問題。假定樁身材料是均勻的和各向同性的，并且服從虎克定律。 假定樁是線彈性桿件。振動位移相當微小，對動力激發的反響總是線彈性的，所有的輸入和輸出都可以進行簡單的疊加。 假定樁是一維桿件。 樁身每個截面上的應力應變都是均勻的，可以用它的平均應力應變來加以描述而不必研究其在樁身截面上的分布。假定縱波的波長比桿的橫截面尺寸大得多，橫向位移對縱向運動的效應可以忽略不計。假定破壞只發生在樁土界面可以只把樁身取作隔離體來進行波動計算，樁周土的影響都以作用于樁側和樁端的力來參與計算。如果破壞發生在樁周土的土體內部，那么把局部土體看作是樁身上的附加質量。 3、應力波的作用規律及其根本

3、描述當應力波沿著一根彈性桿件傳播時，在桿件上可以同時從兩個不同的角度觀察到它的作用：一是桿件的每個截面都將產生軸向運動，產生相應的速度V(x,t)；二是每個截面都將受某個軸向力Fx.t的作用產生相應的應變(x,t)。將Fx.t、V(x,t)放在一起，構成F-V圖。F(t)=AE(t)ZV(t)= AE/ca(t)dt Z= AE/c對于同一個應力波，可以分別從受力和運動兩個方面進行分析。從受力方面來看，應力波有受壓和受拉之分；從運動方面來看，又有產生向下運動和向上運動之分。由于應力波在其沿著樁身的傳播過程中將產生錯綜復雜的透射和反射，把在樁身中運行的各種應力波劃分為下行波和上行波兩大類。Wd(

4、t)=F(t)+ZV(t)/2Wu(t)=F(t)-ZV(t)/2在下行波的作用下，正的作用力壓力將產生正向向下運動，而負的作用力拉力那么產生負向向上的運動，因此,下行波所產生的力和速度和符號永遠保持一致。上行波那么正好相反，上行的壓力波其力的符號為正將使樁身產生負向的運動。而上行的拉力波力的符號為負那么產生正向的運動，上行波所產生的力和速度的符號永遠相反。在這樣的表達體系中，得到以下重要的推論：在F-v圖中,但凡下行波都將使兩條曲線同向平移，原有距離保持不變；但凡上行波那么都將使兩者反向平移，互相靠攏或互相別離。在F-v圖中，如果只有下行波作用。F(t)曲線和Z.v(t)曲線將永遠保持持重合

5、。在F-v圖中，F(t)曲線和Z.v(t)曲線的相對移動直接反映了上行波的作用。4、樁身阻抗變化在F-V圖上的反映在高應變試驗中，樁身阻抗變化在F-v圖上表現規律可以歸納為以下幾點：阻抗減少將產生上行的拉力波，在到達檢測截面時，將引起力值的減小和速度值的增大，即力F曲線下移而速度V曲線上移。阻抗增大將產生上行的壓力波在到達檢測截面時，將引起力值的增大和速度值的減小，即力F曲線上移而速度V曲線下移。變阻抗截面所在深度可以由反射信號到達檢測截面的時間和樁體平均波速計算。5、土阻力產生的應力波在F-V圖上的反映在高應變試驗中，有關土阻力應力波的重要推論有以下幾點：在錘擊力的作用下，樁身運動將激發土阻

6、力而使樁身受到外加的阻力波作用。土阻力信號由檢測截面的傳感器接收，使得實測曲線包含了試驗時實際激發的土阻力信息。作用于深度為x處的土阻力所產生的上行波將在2x/c時刻到達檢測截面。因此，在實測曲線上沿著時間軸將可以在2L/c之前看到分層累加的的土阻力信息。土阻力的作用將表現為實測力曲線的上升和實測速度曲線的下降，兩者的別離幅度下好等于所受的土阻力。 上述這些推論，就是高應變動力試樁法的理論根底，當然，在實測曲線上，土阻力信息是和樁身變阻抗信息重疊在一起的，必須加以區分，如果樁身在錘擊后期產生向上的反彈運動，土阻力也將反向加到樁身上而在其作用截面以上的樁身內產生上行的拉力波。與此同時，為了使這種

7、方法能夠實際應用，還必須考慮到動力試驗時激發的土阻力和靜載荷試驗時的靜態土阻力的異同，以便從動力試驗結果正確推斷靜載荷試驗的結果。在樁頂附近對稱安裝力傳感器在樁頂附近對稱安裝力傳感器和加速度傳感器和加速度傳感器l1、適用范圍l判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求。l高應變法的主要功能是判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求。這里所說的承載力是指在樁身強度滿足樁身結構承載力的前提下，得到的樁周巖土對樁的抗力靜阻力。所以要得到極限承載力，應使樁側和樁端巖土阻力充分發揮，否那么不能得到承載力的極限值，只能得到承載力檢測值。l檢測樁身缺陷及位置，判定樁身完整性類別。l與低應變法檢測的快捷、廉價相比，

8、高應變法檢測樁身完整性雖然是附帶性的，但由于其鼓勵能量和檢測有效深度大的優點，特別在判定樁身水平整合型縫隙、預制樁接頭等缺陷時，能夠在查明這些“缺陷是否影響豎向抗壓承載力的根底上，合理判定缺陷程度。因此可以作為低應變法檢測這類缺陷樁的一種補充驗證手段。JGJ106-2003第3.4.3條 用于監測預制樁打入時的樁身應力和錘擊能量傳遞比，為沉樁工藝參數及樁長選擇提供依據。 高應變法檢測技術是從打入式預制樁開展起來的，試打樁的打樁監控屬于其特有的功能，它能監測預制樁打入時的樁身應力、錘擊能量的傳遞、樁身完整性的變化，為沉樁工藝參數及樁長選擇提供依據，是靜載試驗無法做到的。2、限制條件進行灌注樁的單

9、樁豎向抗壓承載力檢測時，應具有現場實測經驗和本地區相近條件下的可靠比照驗證資料。 高應變法檢測單樁承載力屬于半直接法，它是通過應力波直接測量得到打樁時的土阻力，承載力靜阻力需要從中提取，同時還需要建立靜阻力與樁的沉降特征的關系。需要假設樁土力學模型及其參數，而模型的建立和參數的選擇只能是近似的和經驗性的，是否合理、準確需要大量工程實踐經驗積累來不斷完善。 灌注樁的截面尺寸和材質的非均勻性、施工的隱蔽性干作業成孔樁除外及由此引起的承載力變異性普遍高于打入式預制樁，混凝土材料應力應變關系的非線性、樁頭加固措施不當、傳感器條件差及安裝處混凝土質量的不均勻性，導致灌注樁檢測采集的波形質量低于預制樁，波

10、形分析中的不確定性和復雜性又明顯高于預制樁。與靜載試驗結果比照，灌注樁高應變檢測判定的承載力誤差也如此。因此，積累灌注樁現場測試、分析經驗和相近條件下的可靠比照驗證資料，對確保檢測質量尤其重要。對于大直徑擴底樁和Q-s曲線具有緩變型特征的大直徑灌注樁，不宜采用本方法進行豎向抗壓承載力檢測。后壓漿樁、夯擴樁、支盤樁也不宜采用高應變法。 除嵌入基巖的大直徑樁和純磨擦型大直徑樁外，大直徑灌注樁、擴底樁墩由于尺寸效應，通常其靜載Q-s曲線表現為緩變型，端阻力發揮所需的位移很大。另外，在土阻力相同條件下，樁身直徑的增加使樁身截面阻抗或樁的慣性與直徑成平方的關系增加，錘與樁的匹配能力下降。而多數情況下高應

11、變檢測所用錘的重量有限，很難在樁頂產生較長持續時間的作用荷載，達不到使土阻力充分發揮所需的位移量。根據測試經驗，能使樁頂產生10mm的動位移已很難，這與靜載試驗的沉降相比，明顯偏低。 后壓漿樁、夯擴樁、支盤樁由于樁身截面(阻抗)變化與高應變法的關于樁身的假設差距較大，實踐中也發生檢測結果和實際情況相差很大，因此，規定后壓漿樁、夯擴樁、支盤樁不宜采用高應變法。 l1、準備工作l收集資料l工程地質資料、建筑概況、樁位布置圖，施工原始記錄等，進行現場調查，了解建筑工程特點。l受檢樁齡期應符合以下規定：l受檢樁的混凝土齡期到達28天或預留同條件養護試塊強度到達設計強度。l休止時間：砂土7天，粉土10天

12、，非飽和粘土15天，飽和粘土25天。泥漿護壁灌注樁宜適當延長。 l樁頭處理l對所需檢測的單樁做好測前處理，要求樁頂面應平整，并與樁軸線垂直。樁頂高度應滿足錘擊裝置的要求。l對不能承受錘擊的樁頭應加固處理。具體要求如下：l混凝土樁應先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱混凝土；l樁頭頂面應平整，樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應重合，且樁頭截面尺寸應與樁身截面尺寸相同；樁頭主筋應全部直通至樁頂混凝土保護層之下，各主筋應在同一高度上。距樁頂1倍樁徑范圍內，宜用厚度為35mm的鋼板圍裹或距樁頂1.5倍樁徑范圍內設置箍筋，間距不宜大于100mm。樁頂應設置鋼筋網片23層，間距60100mm。樁頭混凝土強度等級宜比樁身

13、混凝土提高12級。向建設方或監理方申報人工地基檢測現場告知書。 2、傳感器的安裝傳感器應分別對稱安裝在距樁頂不小于2D的樁側外表處(D為受檢樁的直徑或邊寬)，條件允許時，應盡量往下安裝；對于大直徑樁,傳感器與樁頂之間的距離可適當減小,但不得小于1D。安裝處的材質和截面尺寸應與原樁身相同，傳感器不得安裝在截面突變處附近。2022-5-318應變傳感器與加速度傳感器的中心應位于同一水平線上；同側的應變傳感器與加速度傳感器的水平距離不宜大于80mm6080mm。傳感器的中心軸應與樁中心軸保持平行。各傳感器的安裝面材質應均勻、密實、平整，并與樁軸線平行，否那么應采用磨光機將其磨平。安裝螺栓的鉆孔應與樁

14、側外表垂直，應力傳感器的安裝螺栓連線應與樁中心軸保持平行并垂直與地平面。安裝完畢后的傳感器應緊貼樁身外表，錘擊時不得產生滑動，安裝應變式傳感器時應對初始應變值進行監控。l3、錘擊l錘擊設備的要求l錘擊設備宜具有穩固的導向裝置；打樁機械或類似的裝置導桿式柴油錘除外，因為導桿式柴油錘荷載上升時間過于緩慢，容易造成速度響應信號失真都可作為錘擊設備。l高應變檢測用重錘應材質均勻、形狀對稱、錘底平整，高徑寬比不得小于1，并采用鑄鐵或鑄剛制作。當采取自由落錘安裝加速度傳感器的方式實測錘擊力時，重錘應整體鑄造，且高徑寬比應在1.01.5范圍內。形狀扁平的錘更容易造成錘擊偏心、擊碎樁頭，應變式力傳感器器對錘擊

15、偏心很敏感，可以使某一側混凝土表現出非線性、塑性變形或開裂，使實測的力信號成為垃圾，錘高度的減少本身會減少力的作用時間，影響測試效果。l進行高應變承載力檢測時，錘的重量應大于預估單樁極限載力的1.01.5%，混凝土樁的樁徑大于600mm或樁長大于30m時取高值。l高應變檢測要求既有足夠的能量又有足夠的樁土相對位移，足夠的能量是保證足夠位移的必要條件，但不充分。輕錘錘擊l樁頂常常出現錘的強烈反彈，顯然能量不可能完全傳遞。即使在樁錘樁土系統阻抗匹配的條件下，動量沖量的守恒必然使在更短荷載作用時間內以提高沖擊力幅值和速度幅值為代價，錘擊力增大容易擊碎樁頭、造成樁身應力過大或引起混凝土明顯的非線性；同

16、時樁身波傳播效應更加明顯，樁周土的動阻力加劇，這是不愿意看到的現象。標準規定的錘重選擇為最低限值。l高應變動力試樁重選擇錘重應考慮以下因素：l承載力大小及樁的承載性狀的影響。承載力越大，錘越重；承載力構成中端阻力占的比例越大，那么要求錘越重。l樁徑的影響。樁徑越大，樁本身的慣性越大，錘與樁匹錘提配能力下降，要求錘越重。此外，樁徑的增大也會增大土的彈限，導致對錘重的要求增加。l樁長的影響。樁越長，應力波在傳播過程中的衰減越大，樁中下部及端阻力就越難激發，因而要求的錘重越重。l巖土彈限的影響。樁側、樁端土的彈限極限較大。土的彈限越大，意味著激發巖土阻力所需的樁土相對位移越大，要求錘重越重。l樁墊的

17、影響。樁墊太軟，錘激發巖土阻力的能力下降，樁墊太硬那么達不到調整、緩沖樁頂均勻受力，保護樁頭的目的。因此，樁墊的選擇應是保證充分激發巖土阻力前提下，盡量選擇較軟的樁墊。l提倡“重錘低擊。“輕錘高擊雖然可以提高錘擊能量，但常會打碎樁頭。高應變試樁應大力提倡“重錘低擊。實際應用中，自由落錘的常用落錘高度范圍一般為1.22.2米。 重錘敲擊應符合以上規定：樁頭頂部應設置樁墊，樁墊可采用1030mm厚的木板或膠合板等材料。樁錘重心應與樁頂對中，錘擊裝置架應垂直。錘擊裝置垂直、錘擊平穩對中、樁頭加固和加設樁墊，是為了減小錘擊偏心和防止擊碎樁頭；在距樁頂規定的距離下的適宜部位對稱安裝傳感器，是為了減小錘擊

18、在樁頂產生的應力集中和對偏心進行補償。采用自由落錘為錘擊設備時，應重錘低擊，最大錘擊落距不宜大于2.5m。貫入度的規定樁的貫入度可采用精密水準儀等儀器測定。重錘對樁沖擊使樁周產生振動，在受檢樁附近架設的基準梁也將受影響，導致樁的貫入度測量結果不可靠。也有采用加速度信號兩次積分得到的最終位移作為實測貫入度，雖然最方便，但可能存在以下問題：lA由于信號采集時段短，信號采集結束時樁的運動尚未停止，以柴油錘打長樁時為甚。lB速度計的質量優劣影響積分精度，零漂大和低頻響應差時間常數小時極為明顯。l所以，對貫入度測量精度要求較高時，采用精密水準儀等光學儀器測定。l承載力檢測時宜實測樁的貫入度，單擊貫入度宜

19、在26mm之間。l貫入度的大小與樁尖刺入或樁端壓密塑性變形量相對應，是反映樁側、樁端土阻力是否充分發揮的一個重要信息。貫入度小即通常所說“打不動，使檢測得到的承載力低于極限值。標準是從保證承載力分析計算結果的可靠性出發，給出的貫入度適宜范圍，不能片面理解成在檢測中應減小錘重使單擊貫入度不超過6。貫入度大且樁身無缺陷的波形特征是2L/C處樁底反射強烈，其后的土阻力反射或樁的回彈不明顯。貫入度過大造成的樁周土擾動大，高應變承載力分析所用的土的力學模型，對真實的樁土相互作用的模擬接近程度變差。據國內發現的l一些實例和國外的統計資料；貫入度較大時，采用常規的理想彈塑性土阻力模型進行實測曲線擬合分析，不

20、少情況下預示的承載力明顯低于靜載試驗結果，統計結果離散性很大。l4、檢查采集數據質量l現場應及時檢查采集數據的質量，每根受檢樁記錄的有效錘擊信號應根據樁頂最大的動位移、貫入度以及樁身最大拉、壓應力和缺陷程度及其開展情況綜合確定。l高應變試驗成功的關鍵是信號質量以及信號中的信息量是否充分。所以應根據每錘信號質量以及動位移、貫入度和大致的土阻力發揮情況，初步判別采集到的信號是否滿足檢測目的的要求。同時，也要檢查混凝土樁錘擊拉、壓應力和缺陷程度大小，以決定是否進一步錘擊，以免樁頭或樁身受損。自由落錘錘擊時，錘的落距應由低到高。l發現測試波形紊亂，應分析原因；樁身有明顯缺陷或缺陷程度加劇，應停止檢測。

21、l檢測工作現場情況復雜，經常產生各種不利影響。為確保采集到可靠的數據，檢測人員應能正確判斷波形質量，熟練地診斷測量系統的各類故障，排除干擾因素。l1、檢測承載力時選取錘擊信號，宜取錘擊能量較大的擊次。l2、理想高應變波形信號特點：l力和速度的時程一致，上升峰值前二者重合，峰值后二者協調，力曲線應在速度曲線之上除非樁身有缺陷，兩曲線間距離隨樁側土阻力增加而增大，l其差值等于相應深度的總阻力值，能真實反映樁周土阻力的實際情況。l力和速度曲線的時程波形終線歸零。l錘擊沒有嚴重偏心，對稱的兩個力或速度傳感器型的測試信號不應相差太大，二組力信號不出現受拉。l波形平滑，無明顯高頻干擾雜波，對摩擦樁樁底反射明