高应变操作规程.docx
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高应变操作规程
基桩高应变动力检测作业指导书
1.检测原理及适用范围
高应变法是指是在桩顶沿轴向施加一冲击力，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。
高应变适用于建筑、市政、交通工程中的各类钻孔灌注桩、钢筋混凝土预制桩、预应力管桩、钢桩及其他类型的打入桩。
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，均不宜采用本方法进行单桩竖向抗压承载力检测。
高应变检测主要适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监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。
对灌注桩进行竖向抗压承载力检测时，应具有一定的实测经验和相近条件下可靠的对比验证资料。
2.检测依据标准
《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014。
3.检测目的
（1）判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求；
（2）检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；
（3）分析桩侧和桩端土阻力；
（4）在混凝土预制桩及钢桩打桩过程中检测桩身应力，进行捶击效率监测，为选择沉桩工艺参数和确定桩长提供依据。
4.检测方法
（1）用动态的冲击荷载冲击桩头，使桩土体系由弹性工作状态进入塑性工作状态；
（2）采集桩顶具有代表性桩身截面的轴向应变和桩身运动加速度的时程曲线，即F（t）和V（t）；
（3）根据一维波动方程对桩身阻抗和土阻力实现分段分析和计算，从而获取桩身完整性、承载能力方面的数据，并且可以模拟静力计算，推算出相应的静载荷试验下的P-S曲线。
5.仪器设备
（1）高应变动力测试中所使用的设备为高低应变一体基桩动测仪，主要包括主机、加速度传感器、应变传感器以及RCAPWAP拟合分析软件等。
该设备的主要技术指标满足现行行业标准《基桩动测仪》JG/T3055规定的2级标准。
测试系统要求至少每年校准一次。
（2）锤击设备可采用筒式柴油锤、液压锤、蒸汽锤等具有导向装置的打桩机械，但不得采用导杆式柴油锤、振动锤。
当没有导向架时，应采取可靠措施消除或减小偏心，如用铅锤对准桩锤重心与桩顶中心的方法等。
（3）高应变检测专用锤击设备应具有稳固的导向装置。
重锤应形状对称，整体铸造，且高径（宽）比不得小于1。
（4）进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩极限承载力的1.0%~1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。
（5）桩的贯入度可采用精密水准仪等仪器测定。
6.检测前的准备工作
6.1收集和了解检测工程概况
（1）工程项目名称，建设、设计、施工、监理单位名称；
（2）场地工程地质勘察报告；
（3）桩基本参数：
桩型、桩径、桩长、桩身砼强度等级、持力层及极限承载力；
（4）桩位图及桩基施工记录。
6.2内业准备工作
（1）由委托方填写好委托书的内容，双方签字。
（2）领取高应变设备时填写仪器设备使用记录。
（3）对仪器设备进行检查，主要检查电缆是否完好；仪器电量是否充足等，且应准备好相关的配套设备，如电钻、膨胀螺栓等。
6.3试桩抽检数量要求及检测开始时间
（1）检测数量及抽样要求
高应变抽检比例为：
检测数量不宜少于总桩数的5%，且不得少于5根。
工程地质条件复杂，或对工程桩施工质量有疑问时，应增加试桩数量。
抽样方式：
随机、均匀抽检，并应具有代表性。
（2）检测开始时间
高应变检测时，受检桩应满足混凝土龄期达到28d或预留同条件养护试块强度达到设计强度的要求，且检测前的休止时间尚不应少于表1所规定的时间。
表1检测前的休止时间
土的类别
休止时间（d）
砂土
7
粉土
10
黏性土
非饱和
15
饱和
25
注：
对于泥浆护壁灌注桩，宜适当延长休止时间。
6.4桩头加固处理
对不能承受锤击的桩头应加固处理，混凝土桩的桩头处理按以下步骤进行：
（1）混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土,制作新桩头。
（2）新桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。
（3）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。
（4）试桩距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为3~5mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不大于100mm。
桩顶应配置钢筋网片1层~2层，间距60mm~100mm。
（5）桩头混凝土强度等级比桩身混凝土提高1~2级，且不低于C30。
（6）高应变法检测的桩头测点处截面尺寸应与原桩身截面尺寸相同。
（7）桩顶应采用水平尺找平。
7.现场检测流程
7.1资料填写
检测前应在原始数据记录表内填写好各检测桩的施工资料，包括桩号、桩长、桩径、混凝土设计等级等，这些基础资料应确保准确无误。
7.2传感器安装
（1）检测时在桩顶的桩侧表面至少应对称安装加速度传感器和应变传感器各2只。
（2）传感器安装截面在距桩顶不少于2D的位置（D为试桩的直径或边宽）；对于大直径桩，传感器与桩顶之间的距离可适当减小，但不得小于D。
安装面处的材质和截面尺寸应与原桩身等同，传感器不得安装在截面突变处附近。
（3）安装传感器的桩身表面应均匀、密实、平整，且其周围不得有缺损或断面突变，并与桩轴平行，否则，安装前可先用砂轮或磨光机将安装部位磨平，然后将传感器贴紧磨平桩身处，用膨胀螺栓牢牢固定，不得有任何松动。
（4）应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上，同侧的应变传感器和加速度传感器间的水平距离不宜大于80mm。
安装完毕后，传感器的中心轴应与桩中心轴保持平行。
如图1所示为传感器安装示意图。
（5）安装螺栓的钻孔应与桩侧表面垂直；安装完毕后的传感器应紧贴桩身表面，锤击时传感器不得产生滑动。
安装应变式传感器时应对其初始应变值进行监视，安装后的传感器初始应变值应能保证锤击时的可测轴向变形余量为；
a、混凝土桩应大于±1000με；
b、钢桩应大于±1500με。
（6）当基桩桩顶基本接近地面或露出地面高度不满足传感器安装要求时，需开挖坑槽，坑槽长度约1m，从桩顶至坑槽底面的深度不应少于传感器的安装深度+20cm，宽度约为50cm。
一般该步骤安排在现场检测前进行以提高检测效率。
图1传感器安装示意图
7.3桩垫设置
对于自制自由落锤装置，桩头顶板应设置桩垫，桩垫可采用10~30mm厚的木板或者胶合板等材料。
如果桩头不平整，应先铺设一层薄细砂进行找平，再放置桩垫。
7.4测试参数设定
测试参数主要包括工程参数、桩参数以及传感器参数。
（1）工程参数
工程参数包括：
工程名称、桩号、备注、步长以及入土深度等。
入土深度为试验桩进入土层的实际深度，一般为试验桩的有效桩长扣去桩头露出土层的部分长度。
（2）桩参数
桩参数包括：
桩身截面有效面积、传感器下桩长、材料重度、材料波速、平均波速、凯斯阻尼系数和弹性模量。
①面积
面积是指桩身截面有效面积。
实心桩的面积指的是其横断截面全面积。
管桩指的是其横断面截的环型面积。
②传感器下桩长
该桩长指的是传感器安装位置到桩底的实际长度。
③材料重度
材料重度指的是试验桩材料的重度。
不同桩型典型桩身材料重度如表2所示。
表2典型桩身材料重度/密度
桩型
钻孔灌注桩
预制钢筋混凝土桩
离心管桩
钢柱
重度（kN/m3）
24.0
24.5-25.0
25.5-26.0
8.5
密度（kg/m3）
2400
2450~2500
2550~2600
7850
④材料波速
材料波速指的是传感器安装处材料的波速。
如果为均质桩，则可取该桩的平均波速为其材料波速。
若为非均质桩，则应根据传感器安装处材料的性质综合确定。
⑤平均波速
平均波速是指应力波在桩身中来回传播的波速。
典型的波速值如表3所示。
表3典型的波速值
桩型
钻孔灌注桩
预制混凝土桩
预应力管桩
钢管桩
波速（m/s）
3000~3600
3400~3800
3800~4100
5100
⑥凯斯阻尼系数
一般认为：
凯斯阻尼系数Jc主要与桩尖土的性质有关。
其取值如表4所示。
土的颗粒越细，凯斯阻尼系数取值越大。
表4凯斯阻尼系数参考值
土的类型
中砂、细砂
粉砂
粉土
粘性土
阻尼系数
0.10~0.20
0.20~0.40
0.30~0.50
0.40~1.0
⑦弹性模量
桩身材料弹性模量应按下式计算，仪器本身会根据输入的有关参数直接计算。
E=ρ・c2
式中E-----桩身材料弹性模量（kPa）
c-----桩身应力波传播速度（m/s）
ρ----桩身材料质量密度（t/m3）
（3）传感器
①传感器参数
仪器中共接入四个传感器，包括两个加速度传感器（A1、A2）和两个应变传感器（F1、F2）。
将一分四电缆上的四根连线与各自的传感器相连。
在仪器上分别输入A1、A2和F1、F2的传感器的编号和各自的灵敏度参数，并全部激活。
②采样点/采样频率选择
采样时间间隔宜为50-200μs，信号采样点数不宜少于1024点。
③传感器状态的检测
通过仪器可以对四个传感器的状态进行检测，如果传感器和连接线均正常，则仪器上会显示OK，如果传感器或者连线断，则会显示NO，此时需要对传感器或连线进行调整修复。
如果传感器连接正常，但是初始值较大，则此时需要对传感器安装松紧程度进行调整以降低初始值。
7.5锤击设备的就位
一般情况下锤击设备宜采用导向装置。
当没有导向架时，应采用可靠的措施消除或减小偏心，如用铅锤对准桩锤重心与桩顶中心的方法等。
采用合适吨位的吊机进行桩锤的吊装就位。
在桩锤顶上应连接一个脱钩器。
桩锤的重心与桩顶的中心应确保对中。
锤击设备吊装就位时，需要注意的是桩周围不得站人，安装作业人员应及时撤离。
7.6锤击采样
（1）采用自由落锤为锤击设备时，应重锤低击，最大锤击落距不宜大于2.5m，落距一般取80～150cm，以求获得最佳信号为宜。
一切准备就绪之后，即可将桩锤提起至设定的高度，接着在仪器上点击开始试验，然后打开脱钩器即可进行锤击采样。
（2）采样完成之后，在仪器上点击停止采集，设备会自动保存数据。
此时需要对采集数据的质量进行检查。
每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大位移、贯入度以及桩身最大压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。
（3）发现测试波形紊乱，应查找分析原因，处理后重新测试。
为确保采集数据的可靠性，单桩的有效锤击不得小于2击。
（4）在承载力检测时宜进行试验桩贯入度的检测。
单击贯入度宜在2-6mm之间。
（5）做好原始数据记录表的填写工作。
7.7仪器清理
检测完成后，需要将仪器及线缆擦拭干净，并归还至设备管理人员处进行保管。
8.资料的整理分析
（1）数据传输和筛选
检测承载力时选取锤击信号，宜取锤击能量较大的击次。
（2）当出现下列情况之一时，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。
②严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍。
③触变效应的影响，预制桩在多次锤击下承载力下降。
④四通道测试数据不全。
（3）桩身波速可根据下行波波形起升沿的起点到上行波下降沿的起点之间的时差与已知桩长值确定，如下图所示；桩底反射信号不明显时，可根据桩长、混凝土波速的合理取值范围以及临近桩的桩身波速值综合确定。
图2桩长确定
（4）当测点处原设定波速随调整后的桩身波速改变时，桩身材料弹性模量和锤击力信号幅值地调整应符合下列规定；
①桩身材料弹性模量应按规范重新计算
②当采用应变时传感器测力时，应同时对原实测力值校正。
（5）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。
（6）承载力分析计算前，应结合地质条件、设计参数、对实测波形特征进行定性检查：
①实测曲线特征反映出的桩承载性状。
②观察桩身缺陷成度和位置，连续锤击时缺陷的扩大或逐步闭合情况。
（7）以下四种情况应采用静载法进一步验证
①桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。
②桩身缺陷对水平承载力有影响。
③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
④嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/c后无明显端阻力反射；也可采用钻芯法核验。
（8）采用凯司法判定桩承载力，应符合下列规定：
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实验结果校核，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，拟合计算的桩数不应少于检测总桩数的30%，且不应少于3根。
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值的极差不宜大于平均值的30%。
（9）凯司法判定单桩承载力可按下列公式计算：
式中Rc------由凯司法判定的单桩竖向抗压承载力（kN）；
Jc--------凯司法阻尼系数；
t1--------速度第一峰对应的时刻（ms）
F（t1）----t1时刻的锤击力（kN）
V（t1）----t1时刻的质点运动速度（m/s）；
Z---------桩身截面力学阻抗（kN.s/m）
A---------桩身截面面积（m2）；
L---------测点下桩长（m）。
注：
适用于t1+2L/c时刻桩侧和桩端土阻力均已充分发挥的摩擦型桩。
对于土阻力滞后于t1+2L/c时刻明显发挥或先于t1+2L/c时刻发挥并造成桩中上部强烈反弹这两种情况，宜分别采用以下两种方法对Rc值进行提高修正：
①适当将t1延时，确定Rc的最大值。
②考虑卸载回弹部分土阻力对Rc值进行修正。
（10）采用实测曲线拟合法判定桩承载力，应符合下列规定：
①所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反应桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定，
②拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。
③曲线拟合时间段长度在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于20ms；对于柴油锤打桩信号，在t1+2L/c时刻后延续时间不应小于30ms。
④各单元所选用的土的最大弹性位移不应超过相应桩单元的最大计算位移值。
⑤拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基本吻合。
⑥贯入度的计算值应与实测值接近。
（11）本方法对单桩承载力的统计和单桩竖向抗压承载力特征值的确定应符合下列规定：
①参加统计的试桩结果，当满足其级差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩承载力的统计值。
②当极差超过30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定。
必要时可增加试桩数量。
③单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按本方法得到的单桩承载力统计值的一半取值。
（12）桩身完整性判定可采用以下方法进行：
①采用实测曲线拟合法判定时，拟合所选用的桩土参数应符合规范规定：
根据桩的成桩工艺，拟合时可采用桩身阻抗拟合或桩身裂隙（包括混凝预制桩的接桩缝隙）拟合。
②对于等截面桩，可接和经验判定：
桩身完整性系数β和桩身缺陷位置x应分别按公式计算：
式中β-----桩身完整性系数；
tx-----缺陷反射峰对应的时刻（ms）
x------桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）；
Rx----缺陷以上部位土阻力的估计值，等于缺陷反射波起始点的力与速度乘以桩身截面力学阻抗之差值，取值方法见图3所示。
根据计算所得的β按表5确定桩身完整性类别。
表5桩身完整性判定
类别
β值
类别
β值
I
β=1.0
Ⅲ
0.6≤β＜0.8
II
0.8≤β＜1.0
Ⅳ
β＜0.6
图3桩身完整性系数计算
（13）出现下列情况之一时，桩身完整性判定宜按工程地质条件和施工工艺，结合实测曲线拟合法或其他检测法按表6综合确定：
①桩身有扩径的桩。
②桩身截面渐变或多变的混凝土灌注桩。
③力和速度曲线在峰值附近比例失调，桩身浅部有缺陷的桩。
④锤击力波上声缓慢，力与速度曲线比例失调的桩。
表6桩身完整性分类表
桩身完整性类别
分类原则
Ⅰ类桩
桩身完整。
Ⅱ类桩
桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥。
Ⅲ类桩
桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。
Ⅳ类桩
桩身存在严重缺陷。
9.报告编写
依据统一格式编写检测报告，报告包括：
工程概况、检测目的、内容及依据、检测设备及原理、记录的整理和分析、检测成果及结论。
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