高应变检测方法

高应变检测是一种对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。实验时用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论对其进行分析。

技术原理

高应变检测的基本原理是往桩顶滞轴向施加一个冲击力，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。

用重锤冲击桩顶，使桩与土之间产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力。从桩身运动方向来说，有产生向下运动和向上运动之分。习惯把桩身受压（无论是内力、应力还是应变）看作正的，把桩身受拉看作是负的；把向下运动（不论是位移、速度还是加速度）看作正的，而把向上的运动看作负的。由于应力波在其沿着桩身的传播过程中将产生十分复杂的透射和反射，因此有必要把桩身内运动的各种应力波划分为上行波和下行波。由于下行波的行进方向和规定的正向运动方向一致，在下行波的作用下正的作用力（即压力）将产生正向的运动，而负的作用力（拉力）则产生负向的运动。上行波则正好相反，上行的压力波（其力的符号为正）将使桩产生负向的运动，而上行波的拉力（力的符号为负）则产生正向的运动。由于锤击所产生的压力波向下传播，在有桩侧摩阻力或桩截面突然增大处会产生一个压力同波，这一压力回到桩顶时，将使桩顶处的力增加，速度减少。同时，下行的压力波在桩截面突然减小处或有负摩阻力处，将产生一个拉力回波。拉力波返回桩顶时，将使桩顶处的力值减小，速度增加。掌握这一基本概念就可以在实测的力波曲线和速度曲线中根据两者变化关系来判断桩身的各种情况。

检测方法

（一）凯斯法（Case法）

桩身受到向下的锤击力后，桩身向下运动，桩身产生压应力波P（T），在桩身的每一载面Xi处作用有土的摩阻力R（I，t），应力波到达该处后产生生一新的压力波向上和向下传播。上行波为幅值等于1/2R（I，t）的压应力波，在桩顶附近安装一组传感器，可接收到锤击力产生的应力波P（T）和每一载面Xi处传来的上行波。同样，下行波是幅值为1/2R（I，t）的拉力波，到达桩尖后反射成压力波向桩顶传播，到达传感器位置后被传感器接收，这些波在桩身中反复传播，每到传感器位置时均被传感器接收，在公式的推导过程中不考虑应力波的传播过程中能量的耗散，可得桩的静极限承载力。

（二）CAPWAPC法

Case 法的计算承载力结果取决于一个假定的阻尼系数JC，它需要经过一系列的动静对比试验来确定阻尼系数的取值。为此，史密斯于1960年建议采用通过测量桩头力与速度的变化，结合反映桩土模的波动方程，给出一组Smith类型的土参数的质弹模型（CAPWAP）。CAPWAPC则是在其的基础上发展起来的。

（三）波动方程法

波动方程法是由史密斯于1960年创设的方法，他对“锤、桩、土体系”提出了借助质量块、弹簧和阻尼器组成的离散化计算模型，计算过程以锤心初速度作为临界条件，然后借助差分程序编程计算，得到详细的数值解。波动方程法较大的优点是便于计算机编程处理，因此该方法是大多数现有的基桩高应变动测技术的基础。

（四）波形拟合法

波形拟合法采用了数值试算的方法，能有效地克服Case法的缺陷。其基本思路是在锤击过程中采集两组实测曲线，力随时间变化，曲线和速度则随时间变化曲线。借助分析其中一组曲线，对土阻力、桩身阻抗及其他所有桩土提出假设，进而推求另一组曲线值，再把推求值与另一组实测曲线值比对。若比对不满足，需要调整假设值继续试算，一直到计算值与实测值相吻合，此时对应的桩土参数就是实际的桩土参数值。该检测方法充分利用了动测过程中所测得的实测值，再辅以计算机试算可以准确的测出基桩承载力。通过大量的测试实践表明，波形拟合法是一种较为成熟的承载力确定方法，准确性和可信度均很高，已逐渐发展为高应变动测法的主流。