l 概述

用重錘沖擊樁頂，實測樁頂附近或樁頂部的速度和力時程曲線，通過波動理論分析，對單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性進行判定的檢測方法。

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

高應變試樁法時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力檢測基樁承載力的方法。

所謂“高”應變試樁是相對于“低”應變試樁而言的。高應變動力試樁利用幾十甚至幾百千牛的重錘打擊樁頂，使樁產(chǎn)生的動位移接近常規(guī)靜載試樁的沉降量級，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，對于嵌入堅硬基巖的端承型樁、超長的摩擦型樁，不論是靜載還是高應變試驗，欲使樁下部及樁端巖土進入塑性狀態(tài)，從概念上講似乎不大可能。

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

l 檢測目的

（1）判定單樁豎向承載力是否滿足設計要求。

（2）檢測樁身缺陷及位置，判定樁身完整性類別。

（3）分析樁側(cè)和樁端阻力。

（4）進行打樁監(jiān)控。      

l 高應變的基本假設

高應變動力試樁在原理上就被簡化為一維線性波動力學問題： 

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 應用范圍

1）本方法適用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性；

2）監(jiān)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(shù)及樁長選擇提供依據(jù)。

3）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。

4）進行灌注樁的豎向抗壓承載力檢測時，應具有現(xiàn)場實測經(jīng)驗和本地區(qū)相近條件下的可靠對比驗證資料。 

l 儀器設備及要求

高應變動力試樁測試系統(tǒng)主要由傳感器、基樁動測儀、沖擊設備三部分組成。

檢測儀器的主要技術(shù)性能指標不應低于現(xiàn)行行業(yè)標準《基樁動測儀》JG/T 3055規(guī)定的2 級標準。

 高應變法檢測儀器屬于法定計量設備：

1）生產(chǎn)廠家必須具備生產(chǎn)許可證。

2）檢測儀器能通過計量部門檢定

3）具備防塵、防潮、防震性能

4）適應惡劣條件（溫度變化、防水等）

傳感器要求：

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

1、測力傳感器——工具式應變傳感器

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

2、測振傳感器——加速度計

目前一般采用壓電式（或壓阻式）加速度傳感器來測試樁頂截面的運動狀況。

壓電式加速度計具有體積小、質(zhì)量輕、低頻特性好、頻帶寬等特點。

壓阻式加速度計是利用半導體應變片的壓阻效應工作的。壓阻式加速度計具有靈敏度高、信噪比大、輸出阻抗低、可測量很低頻率等優(yōu)點，因此常用于低頻振動測量中。

在《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》中對加速度計的量程未作具體規(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)實測經(jīng)驗合理選擇，一般原則是選擇量程大于預估最大沖擊加速度的一倍以上，因為加速度計量程愈大，其自振頻率愈高。加速度計量程用于混凝土樁測試時一般為1000~2000g，用于鋼樁測試時為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，加速度計的量程也不應小于1000g。這也包括錘體上安裝加速度計的測試，但根據(jù)重錘低擊原則，錘體上的加速度峰值不應超過150～200g。

沖擊設備：

現(xiàn)場高應變試驗用錘擊設備分為兩大類：預制樁打樁機械和自制自由落錘。

選擇錘重應考慮以下因素：

1）測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，樁徑的增大也會增大土的彈限，導致對錘重的要求增加。  

3）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(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位移越大，要求錘重越重。

5）樁墊的影響。樁墊的選擇應是保證充分激發(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，但常會打碎樁頭。高應變試樁應大力提倡“重錘低擊”。

高應變檢測專用錘擊設備應具有穩(wěn)固的導向裝置。

l 現(xiàn)場檢測：

1、錘擊裝置的安設

為了減小錘擊偏心和避免擊碎樁頭，錘擊裝置應垂直，錘擊應平穩(wěn)對中。這些措施對保證測試信號質(zhì)量很重要。對于自制的自由落錘裝置，錘架底盤與其下的地基土應有足夠的接觸面積，以確保錘架承重后不會發(fā)生傾斜以及錘體反彈對導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)生的應力集中和對錘擊偏心進行補償，應在距樁頂規(guī)定的距離下的合適部位對稱安裝傳感器。檢測時至少應對稱安裝沖擊力和沖擊響應（質(zhì)點運動速度）測量傳感器各兩個，傳感器安裝見圖。

3、樁墊或錘墊

對于自制自由落錘裝置，樁頭頂部應設置樁墊，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備時，應重錘低擊，最大錘擊落距不宜大于2.5m。根據(jù)波動理論分析，若視錘為一剛體，則樁頂?shù)淖畲箦N擊應力只與錘沖擊樁頂時的初速度有關(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，因為力脈沖作用持續(xù)時間不僅與錘墊有關(guān)，還主要與錘重有關(guān)；錘擊脈沖越窄，波傳播的不均勻性，即樁身受力和運動的不均勻性（慣性效應）越明顯，實測波形中土的動阻力影響加劇，而與位移相關(guān)的靜土阻力呈明顯的分段發(fā)揮態(tài)勢，使承載力的測試分析誤差增加。事實上，若將錘重增加到預估單樁極限承載力的5%～10%以上，則可得到與靜動法（Statnamic法）相似的長持續(xù)力脈沖作用。此時，由于樁身中的波傳播效應大大減弱，樁側(cè)、樁端巖土阻力的發(fā)揮更接近靜載作用時樁的荷載傳遞性狀。因此，“重錘低擊”是保障高應變法檢測承載力準確性的基本原則，這與低應變法充分利用波傳播效應（窄脈沖）準確檢測缺陷位置有著概念上的區(qū)別。

l 工程實例：

鉆孔灌注樁，樁徑0.8m，測點下樁長16m，樁端持力層為全風化基巖。

試驗采用60kN重錘，先做高應變檢測，后做靜載驗證檢測。實測波形如圖。

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