高應變檢測是一種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，實驗時用重錘衝擊樁頂，實測樁頂部的速度和力時程曲線，通過波動理論分析。
主要檢測方法有波形擬合法，CAPWAPC方法，凱斯法（Case法），波動方程法等。
基本介紹
- 中文名：高應變檢測
- 檢測：樁身完整性
- 方法：凱斯法
- 類型：物理
技術原理,檢測方法,操作流程,檢測設備,
技術原理
高應變檢測的基本原理
高應變檢測的基本原理就是往樁頂滯軸向施加一個衝擊力，使樁產生足夠的貫入度，實測由此產生的樁身質點應力和加速度的回響，通過波動理論分析，判定單樁豎向抗壓承載力及樁身完整性的檢測方法。用重錘衝擊樁頂，使樁~土之間產生足夠的相對位移，以充分激發樁周土阻力和樁端支承力．從樁身運動方向來說，有產生向下運動和向上運動之分。習慣把樁身受壓(無論是內力、應力還是應變)看作正的， 把樁身受拉看作是負的；把向下運動(不論是位移、速度還是加速度)看作正的，而把向上的運動看作負的。由於應力波在其沿著樁身的傳播過程中將產生十分複雜的透射和反射，因此，有必要把樁身內運動的各種應力波劃分為 上行波和下行波。由於下行波的行進方向和規定的正向運動方向一致，在下行波的作用下正的作用力(即壓力)將產生正向的運動，而負的作用力(拉力)則產生負向的運動。上行波則正好相反，上行的壓力波(其力的符號為正)將使樁產生負向的運動，而上行波的拉力(力的符號為負)則產生正向的運動。由於錘擊所產生的壓力波向下傳播，在有樁側摩阻力或樁截面突然增大處會產生一個壓力同波，這一壓力回到樁頂時，將使樁頂處的力增加，速度減少。同時，下行的壓力波在樁截面突然減小處或有負摩阻力處，將產生一個拉力回波。拉力波返回樁頂時，將使樁頂處的力值減小，速度增加。掌握這一基本概念就可以在實測的力波曲線和速度曲線中根據兩者變化關係來判斷樁身的各種情況。
檢測方法
凱斯法（Case法）
樁身受一向下的錘擊力後，樁身向下運動，樁身產生壓應力波P（T），在樁身的每一載面Xi處作用有土的摩阻力R（I,t），應力波到達該處後產生生一新的壓力波向上和向下傳播。上行波為幅值等於1/2R（I,t）的壓應力波，在樁頂附近安裝一組感測器，可接收到錘擊力產生的應力波P（T）和每一載面Xi處傳來的上行波。同樣，下行波是幅值為1/2R（I，t）的拉力波，到達樁尖後反射成壓力波向樁頂傳播，到達感測器位置後被感測器接收，這些波在樁身中反覆傳播，每到感測器位置時均被感測器接收，在公式的推導過程中不考慮應力波的傳播過程中能量的耗散，可得樁的靜極限承載力。
CAPWAPC方法
Case 法的計算承載力結果取決於一個假定的阻尼係數JC，它需要經過一系列的動靜對比試驗來確定阻尼係數的取值，為此，Smith於1960年建議採用通過測量樁頭力與速度的變化，結合反映樁土模的波動方程，給出一組Smith類型的土參數的質彈模型（capwap）。Capwapc是在capwap的基礎上發展起來的。
波動方程法
波動方程法是由史密斯於1960年創設的方法，他對“錘、樁、土體系”提出了藉助質量塊、彈簧和阻尼器組成的離散化計算模型，計算過程以錘心初速度作為臨界條件，然後藉助差分程式編程計算，得到精確的數值解。波動方程法最大的優點是便於計算機編程處理，因此，該方法是大多數現有的基樁高應變動測技術的基礎。
波形擬合法
波形擬合法採用了數值試算的方法，能有效地克服Case法的缺陷。其基本思路是：在錘擊過程中，採集兩組實測曲線：力隨時間變化 曲線和速度隨時間變化曲線。藉助分析其中一組曲線，對土阻力、樁身阻抗及其他所有樁土提出假設，進而推求另一組曲線值，再把 推求值與另一組實測曲線值比對。比對不滿足，需要調整假設值繼續試算，一直到計算值與實測值相吻合，此時對應的樁土參數就是 實際的樁土參數值。該檢測方法充分利用了動測過程中所測得的實測值，再輔以計算機試算可以準確的測出基樁承載力。通過大量的 測試實踐表明，波形擬合法是一種較為成熟的承載力確定方法，準確性和可信度均很高，必將成為高應變動測法的主流。
操作流程
1 高應變檢測的適用範圍
(1)打入式預製樁，打試樁時的打樁過程監測。
(2)施1 前已進行單樁靜載試驗的一級建築樁基的工程樁豎向抗壓承載力和樁身完整性的檢測。
(3)不複雜的二級建築樁基、一級建築樁基的工程樁豎向抗壓承載力和樁身完整性的檢測。
(4)一、二級建築樁基靜載試驗檢測的輔助檢測。另外，高成變檢測豐委用於耐工程沒計‘進行校驗和為工程驗收而進行的現場試聆，對多支盤灌注樁、大直徑擴底樁、以及具有緩變形Q—S曲線的大直徑灌注樁均不宜採用高應變法檢測單樁豎向抗壓承載力；對灌注樁及超長鋼樁進行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對比驗證資料。
2 檢測樁數
由於工程樁是不允許不合格樁存在的，因此在進行檢測時，不應簡單地採用隨機抽樣的方式，而應根據打樁記錄，經過綜合分析，抽檢那些估計質量可能較差的樁。以提高檢測結果的可靠度，減少工程隱患。
基樁的高應變動力檢測有兩種情況：一種是根據《建築樁基技術規範》中的有關規定進行的例行檢測，其檢測樁數不宜少於總樁數的5%，並不得少於5根；另一種是發現樁基工程有質量問題，必須對樁基施工質量、承載能力作出總體評價時，應由有關方面協商，適當增加抽檢樁數，一般不應少於總樁數的10%。並不應少於10根，必要時還應進行低應變動力檢測普查基樁樁身結構的完整性。
3 檢測截面的選擇
感測器直接測到的信號是檢測面上的應變和加速度的信號，要根據其他參數設定值計算後才能得到力和速度信號。檢測截面選擇不當，如感測器過分靠近樁頂或在變截面附近，實測的應變不具代表性；感測器安裝處局部砼質量差，不利於感測器的固定，在錘擊力作用下還可能產生嚴重的非彈性變形，同時截面的阻抗也估算不準等，都會影響承載力的計算結果。
4 錘擊設備的選取
高應變動力檢測基樁時，為了使樁土間產生一定的相對位移，需要在樁上作用有較大的能量，因此必須用重錘錘擊樁頂。對於預製樁(包括管樁)，可以利用打樁機作為錘擊裝置進行試驗；對於灌注樁，則需要選擇專門的自由落錘錘擊設備，包括錘體、導向架脫鉤器等，調整錘重和錘的落距是關係到能否採集到合格有用信號(也就是試驗成敗)的關鍵。錘重選取可按“規程”要求，即錘重應大於預估樁極限承載力的l%-1．5%。落距大小是影響力峰值和樁頂速度的重要因素，落距過小，則能量不足；而落距過大，力峰值過大，易擊碎樁頂。一般的落距控制在1．0～2．Om之間，最大落距≤2．5m，最好是重錘低擊，錘重和錘落距的選取要使樁的錘擊貫入度≥2．5mm，但不能超過10mm。貫入度過小，土的強度發揮不充分，太大則不滿足波動理論，實測波形失真。
5 檢測的工作面要求
(1)為確保試驗時錘擊力的正常傳遞和提高工作效率，應先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱混凝土，對灌注樁、樁頭嚴重破損的混凝士．預製樁和樁頭已出現屈服變形的鋼樁，試驗前應對樁頭進行修復或加固處理。
(2)樁頭頂面應保持水平、平整，樁頭中軸線與樁身中軸線應重合．樁頭截面積應與原樁身截面積相同，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。
(3)距樁頂上1倍樁徑範圍內，宜用3～5mm鋼板圍裹或距樁頂1．5倍樁徑範圍內設箍筋，間距不宜大於150ram。樁頂應設定鋼筋網片2～3層，間距60—100mm，樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1～2級，且不得低於C30。
(4)樁頭應高出樁周土2～3倍樁徑，樁周1．2m以內應平整夯實。
(5)從成樁到開始試驗的休止時間：在樁身強度達到設計要求的前提下，一般對於砂類土不應少於7d；粉土不應少於lOd；非飽和黏性土不應少於15d；飽和黏性土不應少於25d，預製樁承載力的時間效應可通過復打試驗確定。對於泥漿護壁灌注樁，宜適當延長休止時間。
6 樁上體系的破壞模式
高應變動力檢測所判定的單樁豎向極限承載力是指岩土對樁的靜土阻力，是在樁身材料強度滿足要求的前提下得到的。大多數情況是岩土對樁的阻力被克服而使承載力達到極限；但也有其他情況，如樁身的壓屈，樁徑小或樁身砼質量差而導致樁身強度先期破壞， 由於高應變檢測中動力荷載的持續時間短，在靜載荷試驗中可能先期出現的破壞模式在高應變檢測中可能不出現，因此在檢測時要注意樁身阻抗的變化，不能單純以某一次動荷載作用下獲得的阻力推斷承載力，而要觀察樁身缺陷在多次動力衝擊下的變化和發展。若樁身存在先期破壞的可能，就不能以高應變獲得的極限阻力作為單樁極限承載力。
7 檢測數據分析
分析方法一般採用Case法和實測曲線擬合法。採用實測曲線擬合法分析樁身擴徑、樁身截面漸變或多變的情況，應注意合理選擇土參數。高應變法錘擊的荷載上升時間一般不小於2m/s，因此對樁身淺部缺陷位置的判定存在盲區，也無法根據裂縫寬度8 W來判定缺陷程度。只能根據力和速度曲線的比例失調程度來估計淺部缺陷程度；不能定量給出缺陷的具體部位，尤其是錘擊力波上升非常緩慢時，還受土阻力的影響。對淺部缺陷樁，宜用低應變法檢測並進行缺陷定位。
檢測設備
一套完整的測樁儀，應能夠足現場測試及數據分析的要求，而且儀器的配套性及維修方便性亦要滿足使用要求，一種高品位的測樁儀至少應在以下幾個方面達到很高 的水準。
1、 儀器的硬體要求，包括A/D轉換器、前置放大和濾波器、穩定性和適用性
2、儀器的配件性和維修方便性亦應滿足現場測試、記憶、再現功能，合理正確的實時分析功能，美觀的圖形列印與顯示功能等。
3、儀器的配套性和維修方便性亦應滿足現場測試要求。
