l 概述

用重錘沖擊樁頂，實(shí)測(cè)樁頂附近或樁頂部的速度和力時(shí)程曲線，通過波動(dòng)理論分析，對(duì)單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性進(jìn)行判定的檢測(cè)方法。

高應(yīng)變動(dòng)力法實(shí)際上包括錘擊貫入試樁法、波動(dòng)方程法和靜動(dòng)法三種方法。錘擊貫入法屬經(jīng)驗(yàn)法，主要適用于中小型的摩擦型樁，已基本被波動(dòng)方程法取代；波動(dòng)方程法實(shí)際是我國目前最廣泛采用的方法；靜動(dòng)法始于20世紀(jì)80年代末，從減少波傳播效應(yīng)、提高承載力檢測(cè)結(jié)果可靠性角度上講，是對(duì)波動(dòng)方程法的合理改進(jìn)。

高應(yīng)變?cè)嚇斗〞r(shí)一種給樁頂施加較高能量的沖擊脈沖，沖擊脈沖在沿樁身向下傳播的過程中使樁-土之間產(chǎn)生一定的永久位移，從而自上而下依次激發(fā)樁側(cè)及樁端巖土阻力的一種動(dòng)力檢測(cè)基樁承載力的方法。

所謂“高”應(yīng)變?cè)嚇妒窍鄬?duì)于“低”應(yīng)變?cè)嚇抖缘?。高?yīng)變動(dòng)力試樁利用幾十甚至幾百千牛的重錘打擊樁頂，使樁產(chǎn)生的動(dòng)位移接近常規(guī)靜載試樁的沉降量級(jí)，以便使樁側(cè)和樁端巖土阻力較大乃至充分發(fā)揮，即樁周土全部或大部分產(chǎn)生塑性變形，直觀表現(xiàn)為樁出現(xiàn)貫入度。不過，對(duì)于嵌入堅(jiān)硬基巖的端承型樁、超長的摩擦型樁，不論是靜載還是高應(yīng)變?cè)囼?yàn)，欲使樁下部及樁端巖土進(jìn)入塑性狀態(tài)，從概念上講似乎不大可能。

高應(yīng)變樁身應(yīng)變量通常在0.1‰～1.0‰范圍內(nèi)。對(duì)于普通鋼樁，超過1.0‰的樁身應(yīng)變已接近鋼材屈服臺(tái)階所對(duì)應(yīng)的變形；對(duì)于混凝土樁，視混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不同，樁身出現(xiàn)明顯塑性變形對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量約為0.5‰～1.0‰。低應(yīng)變樁身應(yīng)變量一般小于0.01‰。

l 檢測(cè)目的

（1）判定單樁豎向承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）檢測(cè)樁身缺陷及位置，判定樁身完整性類別。

（3）分析樁側(cè)和樁端阻力。

（4）進(jìn)行打樁監(jiān)控。      

l 高應(yīng)變的基本假設(shè)

高應(yīng)變動(dòng)力試樁在原理上就被簡(jiǎn)化為一維線性波動(dòng)力學(xué)問題： 

1）假定樁身材料是均勻的和各向同性的 

2）假定樁是線彈性桿件 

3）假定樁是一維桿件 

4）假定縱波的波長比桿的橫截面尺寸大得多 

5）假定破壞只發(fā)生在樁土界面

l 應(yīng)用范圍

1）本方法適用于檢測(cè)基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性；

2）監(jiān)測(cè)預(yù)制樁打入時(shí)的樁身應(yīng)力和錘擊能量傳遞比，為沉樁工藝參數(shù)及樁長選擇提供依據(jù)。

3）對(duì)于大直徑擴(kuò)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(jìn)行豎向抗壓承載力檢測(cè)。

4）進(jìn)行灌注樁的豎向抗壓承載力檢測(cè)時(shí)，應(yīng)具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)和本地區(qū)相近條件下的可靠對(duì)比驗(yàn)證資料。 

l 儀器設(shè)備及要求

高應(yīng)變動(dòng)力試樁測(cè)試系統(tǒng)主要由傳感器、基樁動(dòng)測(cè)儀、沖擊設(shè)備三部分組成。

檢測(cè)儀器的主要技術(shù)性能指標(biāo)不應(yīng)低于現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁動(dòng)測(cè)儀》JG/T 3055規(guī)定的2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

 高應(yīng)變法檢測(cè)儀器屬于法定計(jì)量設(shè)備：

1）生產(chǎn)廠家必須具備生產(chǎn)許可證。

2）檢測(cè)儀器能通過計(jì)量部門檢定

3）具備防塵、防潮、防震性能

4）適應(yīng)惡劣條件（溫度變化、防水等）

傳感器要求：

傳感器是實(shí)現(xiàn)被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為易被傳輸和處理的電量的器件。目前，在高應(yīng)變動(dòng)力試樁中一般用應(yīng)變式傳感器來測(cè)定樁頂附近截面的受力，用加速度傳感器（加速度計(jì)）來測(cè)定樁頂附件截面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1、測(cè)力傳感器——工具式應(yīng)變傳感器

通常采用環(huán)型應(yīng)變式力傳感器來檢測(cè)高應(yīng)變動(dòng)力試樁中樁身界面受力，其外觀如圖所示，它有一個(gè)彈性鋁合金環(huán)型框架，在框架內(nèi)壁貼有四片箔式電阻片，電阻片連成一個(gè)橋路，當(dāng)軸向受力時(shí)，兩片受壓，另兩片受拉。

2、測(cè)振傳感器——加速度計(jì)

目前一般采用壓電式（或壓阻式）加速度傳感器來測(cè)試樁頂截面的運(yùn)動(dòng)狀況。

壓電式加速度計(jì)具有體積小、質(zhì)量輕、低頻特性好、頻帶寬等特點(diǎn)。

壓阻式加速度計(jì)是利用半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)工作的。壓阻式加速度計(jì)具有靈敏度高、信噪比大、輸出阻抗低、可測(cè)量很低頻率等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于低頻振動(dòng)測(cè)量中。

在《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)加速度計(jì)的量程未作具體規(guī)定。原因是不同類型的樁，各種因素影響使其最大沖擊加速度變化很大，建議根據(jù)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)合理選擇，一般原則是選擇量程大于預(yù)估最大沖擊加速度的一倍以上，因?yàn)榧铀俣扔?jì)量程愈大，其自振頻率愈高。加速度計(jì)量程用于混凝土樁測(cè)試時(shí)一般為1000~2000g，用于鋼樁測(cè)試時(shí)為3000~5000g（g為重力加速度）。

在其他任何情況下，如采用自制自由落錘，加速度計(jì)的量程也不應(yīng)小于1000g。這也包括錘體上安裝加速度計(jì)的測(cè)試，但根據(jù)重錘低擊原則，錘體上的加速度峰值不應(yīng)超過150～200g。

沖擊設(shè)備：

現(xiàn)場(chǎng)高應(yīng)變?cè)囼?yàn)用錘擊設(shè)備分為兩大類：預(yù)制樁打樁機(jī)械和自制自由落錘。

選擇錘重應(yīng)考慮以下因素：

1）測(cè)承載力及樁的承載性狀的影響。承載力越大，錘越重；承載力構(gòu)成中端阻力占的比例越大，則要求錘越重。

2）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(huì)增大土的彈限，導(dǎo)致對(duì)錘重的要求增加。  

3）樁長的影響。樁越長，應(yīng)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(fā)，因而要求的錘重越重。

4）巖土彈限的影響。樁側(cè)、樁端土的彈性極限較大。土的彈限越大，意味著激發(fā)巖土阻力所需的樁土相對(duì)位移越大，要求錘重越重。

5）樁墊的影響。樁墊的選擇應(yīng)是保證充分激發(fā)巖土阻力前提下，盡量選擇較軟的樁墊。

6）提倡“重錘低擊”。“輕錘高擊”雖然可以提高錘擊能量，但常會(huì)打碎樁頭。高應(yīng)變?cè)嚇稇?yīng)大力提倡“重錘低擊”。

高應(yīng)變檢測(cè)專用錘擊設(shè)備應(yīng)具有穩(wěn)固的導(dǎo)向裝置。

l 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：

1、錘擊裝置的安設(shè)

為了減小錘擊偏心和避免擊碎樁頭，錘擊裝置應(yīng)垂直，錘擊應(yīng)平穩(wěn)對(duì)中。這些措施對(duì)保證測(cè)試信號(hào)質(zhì)量很重要。對(duì)于自制的自由落錘裝置，錘架底盤與其下的地基土應(yīng)有足夠的接觸面積，以確保錘架承重后不會(huì)發(fā)生傾斜以及錘體反彈對(duì)導(dǎo)向橫向撞擊使錘架傾覆。

2、傳感器安裝

為了減小錘擊在樁頂產(chǎn)生的應(yīng)力集中和對(duì)錘擊偏心進(jìn)行補(bǔ)償，應(yīng)在距樁頂規(guī)定的距離下的合適部位對(duì)稱安裝傳感器。檢測(cè)時(shí)至少應(yīng)對(duì)稱安裝沖擊力和沖擊響應(yīng)（質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度）測(cè)量傳感器各兩個(gè)，傳感器安裝見圖。

3、樁墊或錘墊

對(duì)于自制自由落錘裝置，樁頭頂部應(yīng)設(shè)置樁墊，樁墊可采用10～30mm厚的木板或膠合板等材料，并在樁墊上鋪一層薄砂找平。

4、重錘低擊

采用自由落錘為錘擊設(shè)備時(shí)，應(yīng)重錘低擊，最大錘擊落距不宜大于2.5m。根據(jù)波動(dòng)理論分析，若視錘為一剛體，則樁頂?shù)淖畲箦N擊應(yīng)力只與錘沖擊樁頂時(shí)的初速度有關(guān)，錘撞擊樁頂?shù)某跛俣扰c落距的平方根成正比。落距越高，錘擊應(yīng)力和偏心越大，越容易擊碎樁頭。輕錘高擊并不能有效提高樁錘傳遞給樁的能量和增大樁頂位移，因?yàn)榱γ}沖作用持續(xù)時(shí)間不僅與錘墊有關(guān)，還主要與錘重有關(guān)；錘擊脈沖越窄，波傳播的不均勻性，即樁身受力和運(yùn)動(dòng)的不均勻性（慣性效應(yīng)）越明顯，實(shí)測(cè)波形中土的動(dòng)阻力影響加劇，而與位移相關(guān)的靜土阻力呈明顯的分段發(fā)揮態(tài)勢(shì)，使承載力的測(cè)試分析誤差增加。事實(shí)上，若將錘重增加到預(yù)估單樁極限承載力的5%～10%以上，則可得到與靜動(dòng)法（Statnamic法）相似的長持續(xù)力脈沖作用。此時(shí)，由于樁身中的波傳播效應(yīng)大大減弱，樁側(cè)、樁端巖土阻力的發(fā)揮更接近靜載作用時(shí)樁的荷載傳遞性狀。因此，“重錘低擊”是保障高應(yīng)變法檢測(cè)承載力準(zhǔn)確性的基本原則，這與低應(yīng)變法充分利用波傳播效應(yīng)（窄脈沖）準(zhǔn)確檢測(cè)缺陷位置有著概念上的區(qū)別。

l 工程實(shí)例：

鉆孔灌注樁，樁徑0.8m，測(cè)點(diǎn)下樁長16m，樁端持力層為全風(fēng)化基巖。

試驗(yàn)采用60kN重錘，先做高應(yīng)變檢測(cè)，后做靜載驗(yàn)證檢測(cè)。實(shí)測(cè)波形如圖。

采用波形擬合法分析承載力時(shí)，波形擬合法承載力僅950kN，承載力比按地質(zhì)報(bào)告估算的低很多。靜載驗(yàn)證試驗(yàn)尚未壓至破壞，滿足設(shè)計(jì)要求，Qmax=1950kN,相應(yīng)沉降s=11.5mm。靜、動(dòng)試驗(yàn)得出的荷載-沉降曲線對(duì)比見圖，差異很大，但高應(yīng)變測(cè)試的錘重、貫入度卻“符合”要求。高應(yīng)變擬合結(jié)果和靜載結(jié)果誤差-51%，所以對(duì)樁底速度反射波寬度大，并反射強(qiáng)烈的樁，采用常規(guī)的土模型，擬合結(jié)果差異大。