9.1  一般规定

9.1.1  本方法适用于检测单桩竖向抗压极限承载力，通过采用实测曲线拟合法分析得到桩 侧土阻力的分布和桩端土阻力；用于检测桩身结构完整性，判定桩身缺陷的位置和缺陷程度； 用于监测混凝土预制桩和钢柱沉桩过程中桩身应力和锤击能量传递比，为选择沉桩工艺参数 和确定桩长提供依据。

条文说明

采用实测曲线拟合法分析桩侧土阻力的分布和桩端土阻力时，需结合具体情况(如：桩 身截面变化、桩身材料均匀性、桩身缺陷、锤击情况、传感器状况、实测贯入度等),并根据 实测波形曲线，采用人工方法对拟合参数进行适当调整，避免由程序自动拟合获得。

高应变法检测桩身结构完整性时，由于其激振能量大，因而可以检测出桩的深部是否存 在缺陷，以及同一根桩存在两个以上的明显缺陷，但因为高应变锤击波形从起始到峰值的上 升时间一般都在2ms 以上，所以其对传感器安装以下较浅部位的缺陷难以判断，另外，由于  高应变锤击能量大，会使得桩身微小裂缝在锤击作用下产生“封闭”现象，因而其对桩身微小 裂缝也不敏感。

通过沉桩时的同步监测，可以为锤及垫层的选择，以及确定沉桩工艺及选择桩端持力层 等提供科学依据。

9.1.2  检测单桩竖向抗压极限承载力时，应具有同一条件下的动-静试验对比资料和实测经 验，并应全部采用实测曲线拟合法。

条文说明

目前对现场实测信号进行凯斯法分析基本上都是阻尼法，该方法在推算被检桩单桩竖向 抗压极限承载力时存在三方面的问题：是该法的假设仅适用于中小截面的摩擦桩；第二 是凯斯阻尼系数取值的不确定性；第三是计算过程与贯入度和位移无关，也无法计算各 土层弹限。由于凯斯法以上三方面的问题使得凯斯法推算被检桩单桩竖向抗压极限承载力时 常可能出现较大误差，同时考虑到公路工程的特点，本次修编取消了采用凯斯法检测单桩竖 向抗压极限承载力方法，规定利用高应变法检测单桩竖向抗压极限承载力时，全部采用实测

曲线拟合法。然而，实测曲线拟合法仍然需要检测人员具有一定的实际经验和对所检测地区  岩土特性的正确把握，所以，具有同一条件下的动-静试验对比资料对实测曲线拟合法所选用 的力学模型、参数选取及具体模拟过程均具有重要的参考意义。当现场无法满足同一条件时， 需尽可能使条件相同。

9.1.3  本方法宜用于等截面非嵌岩灌注桩、预制混凝土桩和钢桩的现场检测。

条文说明

本条主要是基于高应变法检测单桩竖向抗压极限承载力时对锤击设备和桩有二个基本要 求：一是锤击设备所产生的冲击力能使桩产生一定的贯入度，并使桩侧、桩端土阻力充分发 挥；二是桩身截面阻抗变化不大。此外，某些工法已改变了桩侧或桩端土的岩土组成，而这 种改变不论在理论上，还是在工程实际上目前的研究和工程经验还不成熟，势必造成拟合分 析时岩土参数的选取缺少依据。如对多支盘灌注桩、大直径扩底桩、超长灌注桩、嵌岩桩、 静钻根植桩、中掘桩、异型截面桩、后注浆灌注桩及缓变型Q-s   曲线的大直径灌注桩等，均 不宜采用本方法检测单桩竖向抗压极限承载力。

9.1.4  高应变法检测桩应具有代表性，单位工程同一条件下检测单桩竖向抗压极限承载力 时，不宜少于5根；对工程地质条件复杂或对施工质量有疑问时，应增加检测数量；当采用高 应变法进行沉桩过程监测或为选择沉桩工艺参数时，不应少于3根。

9.2 检测仪器设备

9.2.1  检测仪器设备应包括激振设备、信号采集及分析仪、传感器和贯入度测量仪等。 

条文说明

本条给出了高应变法所必须的主要仪器和设备，除此之外，还需有其他辅助设备，如冲 击钻、膨胀螺栓、铟瓦尺、起重设备、运输重锤的车辆等。

9.2.2  激振锤宜采用由铸铁或铸钢整体制作的自由落锤，也可采用柴油锤、液压锤，严禁 使用由钢板制成的分片组装锤。锤体应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径(宽)比不得 小于1,宜采用稳固的导向装置。

条文说明

分片组装锤在锤击过程中其内部存在相互碰撞，尤其是多次使用后的分片组装锤钢板存 在变形而难以做到密贴，使得实测波形不规则，对计算分析结果产生严重影响；规定锤的高 径比及建议采用稳固的导向装置是为了提高锤击时的稳定性，减小锤击偏心，提高实测波形 质量及确保安全。

 9.2.3  检测单桩竖向抗压极限承载力时，激振锤的重量不得小于预估单桩极限承载力的 1.2%,灌注桩的桩径大于800mm 或桩长大于35m 时宜适当增加锤重。

条文说明

主要是防止桩头被打坏或桩身出现过大拉应力，同时也为了确保安全，因而重锤的落距 不能太大，但是，高应变法检测单桩竖向抗压极限承载力时应使被检桩产生一定贯入度，因

而，锤重过小难以满足要求，本条提出的最小锤重是在参考国内外已有实际工程经验的基础  上提出的；此外，对桩径大于800mm 或桩长大于35m 的灌注桩，由于其单桩极限承载力较高， 为使桩周土进入塑性状态和桩端土阻力充分发挥，根据大量试验结果，高应变锤重宜适当增  加 。

 9.2.4 信号采集器和传感器的性能应符合下列规定：

1    检测仪器的主要技术性能指标不应低于现行《基桩动测仪》(JG/T3055)     中规定的2   级标准要求，具有连续采集、快速自动存储、显示实测力与速度信号和处理分析信号的功能。

2  信号采集器的采样频率应大于10kHz, 信号采样点数不应少于1024点；采样长度应满 足计算、分析要求，记录、处理和数据显示装置，应有能力对应变、加速度和时间进行内部 标 定 。

3  加速度传感器的安装应满足谐振频率的要求，且加速度在0~10000m/s²和频率在

1~7.5kHz 范围内呈线性，当被检桩为钢桩时，宜采用加速度在50000m/s²范围内呈线性的加速 度 计 。

 9.2.5  桩的贯入度应采用精密水准仪等光学仪器测定。

9.3  现场检测技术

9.3.1 检测混凝土预制桩和钢桩的极限承载力最短休止期应满足本规程第3.4.3条规定。

9.3.2  检测混凝土灌注桩的极限承载力时，被检桩的混凝土龄期应满足本规程第3.4.2条规 定；检测混凝土灌注桩的完整性时，在桩身混凝土强度满足锤击要求的前提下，被检桩的混 凝土龄期不应少于14天。

9.3.3  检测前的桩头处理应符合下列规定：

1  柱顶面应平整，桩露出地面的高度应满足锤击装置和传感器安装的要求，锤重心应与 桩顶对中。

2  对不能承受锤击的桩头应进行加固处理，混凝土桩的桩头加固处理应按本规程附录B 执行。

9.3.4    检测时桩顶应设置垫层，垫层宜采用厚度为10~30mm 的木板、纤维板、石棉板，板 的厚度应相同、材质应均匀，也可均匀铺设黄砂。

9.3.5  传感器的安装应符合下列要求：

1  桩顶下两侧应对称安装2只加速度传感器和2只应变传感器，其与桩顶的距离不宜小于 2倍桩径或桩边长；对于大直径桩，传感器与桩顶距离可适当减小，但不得小于1倍桩径或桩 边长；严禁采用1只加速度传感器或1只应变传感器进行检测。

2  传感器安装面应平整、无明显缺损或截面突变，且所在截面的材质和尺寸应与被检桩 相同。

3  加速度传感器和应变传感器的中心应位于同一水平截面内，同侧两种传感器间的水平 距离不宜大于100mm;   固定传感器的螺栓孔应与桩轴线垂直，安装好的传感器应紧贴桩身， 且传感器的中心轴应与桩的中心轴平行。

4  在安装应变传感器时，应对初始应变进行监测，其值不得超过规定的限值。

9.3.6  被检桩基本参数的设定应符合下列规定：

1  测点桩身截面积及测点以下桩长应按实际设定。

2  桩身材料质量密度宜按表9.3.6取值。

                                      表9.3.6桩身材料质量密度p(kg/m³)

3  桩身波速可结合本地经验或按同场地同类型已检桩的平均波速初步设定，现场检测完 成后应按本规程第9.4.2条第2款予以调整。

4  桩身材料的弹性模量应按式(9.3.6)计算：

E=p×c²                                               (9.3.6)

式中：E—— 桩身材料弹性模量 (kPa);

 p—— 桩身材料质量密度 (kg/m³);

 c—    —桩身速度 (m/s)。

条文说明

由于计算测点以下桩身运动速度、受力大小和桩身阻抗变化以及判定力和速度信号起始 段是否重合均以测点处为参考，所以测点处的参数(如桩身弹性模量、材料密度、应力波传 播速度)需能代表测点以下桩身情况。测点以下桩长为传感器安装位置至桩底的距离，不包 括桩尖，灌注桩需以实测孔深推算。

9.3.7    激振应符合下列要求：

1  采用自由落锤为激振设备时，宜重锤低击，锤的落距不宜大于2.5m。

2  用于检测单桩竖向抗压极限承载力时，应实测每次锤击下桩的有效贯入度，单击贯入 度宜控制在2~6mm内，且锤击次数宜为2~3击。

条文说明

当其他条件(如锤重、垫层、桩、土及桩在地层中与土的相对位置等)一定时，锤的落 距过大会造成两个方面的不利影响：其一是增加了偏心锤击的可能，同时也增加了桩身的锤 击拉应力，从而使得桩头和桩身容易被损坏；其二会使得实测曲线中土的动阻力影响加剧， 从而造成分析难度增大，误差增加。

需实测每次锤击下桩的有效贯入度主要有两个原因：一是实测曲线拟合法分析时要求拟 合所得的贯入度必须与实测贯入度接近；其二是实测每击下有效贯入度是判断高应变法检测 单桩竖向抗压极限承载力时现场试验成功与否的重要标志。单击贯入度宜控制在2~6mm内是 在总结国内外工程实践基础上提出的，一般对桩径小的摩擦桩取低值，其他如大直径桩、长 桩、端承或端承摩擦桩等取高值。限定锤击次数主要是因为多次连续锤击会使桩的承载力降 低，但如果是利用高应变法检测桩身质量，尤其是深部桩身质量，多次锤击在降低土体强度 的同时，会使桩身缺陷和桩底反射更加清晰，有利于对缺陷的判定。

9.3.8 检测桩身完整性和承载力时，应及时检查采集数据的质量、桩顶锤击力和动位 移、贯入度以及桩身拉(压)应力、桩身缺陷程度及其发展情况等，并由此综合判定本 次采集信号的有效性。每根被检桩的有效信号数不应少于2组。

条文说明

现场检测所采集到的实测信号质量是高应变试验成功与否的关键。所以检测人员需在确  保检测系统处于正常工作状态及现场检测环境满足检测要求的前提下，对每次实测信号以及  动位移、贯入度和桩顶所受锤击力及土阻力大致发挥情况进行初步分析和判断，并确定  所采集的信号是否能满足桩身完整性和承载力检测的要求。此外，也需对混凝土桩的锤击拉、 压应力和桩身缺陷程度及其发展情况进行判断，以决定是否进行下一次锤去，为使所采集信  号具有可比性，规定每根被检桩的有效信号数不应少于2组；沉桩监测按每次采集一阵(10   击)的实测信号进行判别。

9.3.9 现场检测信号出现下列情况之一时，应停止检测，且严禁将其用于分析：

1  力和速度信号峰起始比例失调。

2  测试波形紊乱。

3  桩身缺陷程度加剧。

条文说明

理论上高应变检测在没有土阻力影响的部分，锤击力F 应与Z●V  重合，当力和速度信号 峰起始比例失调时，尤其是峰值相差较大的情况，说明桩浅部阻抗变化、土阻力、 测点处混凝土非线性或其他如反射波中至少有一个因素对其产生了影响，因而应停锤检查， 并分析原因。此外，也不得随意进行比例调整或利用具有自动调整功能的仪器进行调整，否 则只能得到虚假数据。

测试波形紊乱可能与仪器是否处于正常工作状态、传感器状态及安装是否符合要求、锤 击是否规范以及现场环境是否符合要求等众多因素都可能有关，当出现测试波形紊乱时，检 测人员应停锤检查，并分析原因，且严禁利用紊乱波形进行分析或计算。

当发现桩身缺陷程度加剧时，如继续进行检测只会加剧桩身缺陷。

9.3.10 对混凝土预制桩和钢桩进行试沉桩检测时，应符合下列规定：

1  试沉桩用于评判其承载力时，应按桩端进入的土层逐一进行测试，当持力层较厚时， 应在同一土层不同深度进行多次测试。

2  桩端持力层应根据试沉桩的承载力检测结果，并综合考虑最终5~10击的贯入度和场地 地基土的岩土特性进行评判。

3  采用试沉桩评判桩的承载力时，应在沉桩终锤前进行连续检测，并以最终5~10击采样 结果为依据，时间效应应通过同一根桩的初、复打值对比确定。

条文说明

单桩竖向抗压极限承载力取决于沉桩施工结束后满足休止期的情况，为了提高检测精度， 规定时间效应应通过同一根桩的初、复打值对比确定，旦复沉桩的休止期需满足本规程3.4.3 条之规定。

9.3.11 试沉桩时如现场需要判定单桩竖向抗压承载力，可采用凯斯法对单桩竖向抗压承载 力进行初步计算，且应符合下列规定：

1于中、小直径桩，且应有较可靠的地区经验；

2桩身材质应基本均匀、截面应基本相等；

9.4 检测数据分析与评判

9.4.1 实测波形应符合下列要求：

1  力曲线和速度曲线在起始阶段应重合，两者峰值一般情况下出现在同一时刻t, 且幅 值基本相等；在t 至t₁+2L/c 时间内，力曲线和速度曲线应逐渐分离。

2 力曲线和速度曲线应基本光滑、无振荡或低频噪音信号叠加，且曲线尾部应归零。

3  同一根被检桩相邻两次有效采样信号应有较好的重复性。

9.4.2 锤击信号选取与调整应符合下列规定：

1  桩身波速可由桩长和下行波上升沿的起点到上行波下降沿的起点之间的时差确定，如 图9.4.2所示；也可由桩长和力与速度信号上的桩端反射波时间确定：桩端反射不明显时，应 根据桩长及相邻桩的桩身波速等综合确定。

2  当测点处原设定的平均波速与实测波速相比需要调整时，应按式(9.3.6)对桩身材料的 弹性模量重新进行计算，并应对原实测力值进行校正。

条文说明

当桩底反射峰变宽或桩身存在水平裂缝时，避免采用“峰-峰”时差来计算平均波速；对较 短桩且锤击力波上升缓慢情况，当有同一场地高、低应变波速对比资料时，通常采用低应变 法确定平均波速。

当桩身材料的弹性模量改变后，有些仪器不能自动修正以速度大小储存力值，则应对原 实测力值进行校正。

9.4.3  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依据：

1  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  锤击严重偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍。

3  触变效应的影响，桩在多次锤击下承载力下降。

4  桩身有明显缺陷时。

5  四通道测试数据不全。

条文说明

条规定了不得利用高应变法推算单桩竖向抗压极限承载力的现场实测信号几种情况， 合理可靠的实测信号是分析、判断及模拟计算的首要条件。一般来说，力信号曲线通常最终 归零。严重偏心相当于两侧力信号之一与两侧力信号均值之差的值超过平均值的30%。

9.4.4  推算被检桩的竖向极限承载力前，应依据地质条件和设计参数，通过实测波形对桩 承载性状、桩身缺陷程度和位置及连续锤击时缺陷的逐渐扩大或闭合情况行定性判别。

条文说明

高应变法的最终分析结果取决于现场实测信号的可靠性、分析软件和检测人员的素质，  其中最关键的是检测人员的素质。目前，高应变分析软件已基本完善，在检测信号质量有保  证的前提下，即使不采用较为复杂的分析计算，也能定性对桩的承载性状及相关的动力学特  性有一个初步的认识，为进一步的力学模型及参数选择和最终拟合计算提供重要参考，当然， 做到这一点的前提是检测人员除了掌握必要的基础理论和专业知识外，还应有丰富的检测实  践经验。

9.4.5 采用实测曲线拟合法评判单桩竖向抗压承载力，应符合下列规定：

1  采用的力学模型应与被检桩的工程实际情况相符。

2  拟合使用的土参数应在岩土工程的合理范围内，所用土的弹性变形值应合理，且 不得超过相应桩单元的计算位移。

3   曲线拟合长度在t₁+2L/c    时刻后的延续时间不应少于20ms,   对于柴油锤沉桩信号，

     在t+2L/c  时刻后的延续时间不应少于30ms。

4  拟合结束时，土阻力响应区的计算曲线与实测曲线应吻合，其他拟合区段应基本吻合。

5  贯入度的计算值应与实测值基本一致。

条文说明

实测曲线拟合法的基本原理是将现场高应变法采集的力和速度时程曲线和波动方程结合 起来，将桩划分为若干个单元，假定各桩单元的计算模型和土的计算模型，具体拟合时预先 假定各个单元体的计算参数，用实测速度(或力、上行波、下行波)波曲线为边界条件求解 波动方程，反算桩顶力(或速度、下行波、上行波)曲线，使计算波形曲线与实测波形曲线 吻合程度良好，若二者吻合程度不满足要求，则重新调整原假定参数，反复迭代计算，直至 二者吻合程度达到要求为止，由此得出的桩的承载力和阻尼系数等被认为是正确的。虽然从

原理上讲，这种方法是客观的，但由于参数较多，用不同的参数及模型组合可能会计算  出同一结果，所以，本条第1、2款针对该方法具体应用时需注意的关键技术问题进行了规定。

规定延续时间主要有两个原因： 一是与位移相关的总静阻力一般会不同程度地滞后2LIc  发挥，增加延续时间的原则是使曲线拟合段能包含土阻力响应区段的全部信息， 一般不应少 于3LIc 和30ms中的较大者；二是自由落锤产生的力脉冲持续时间通常不超过20ms, 但柴油 锤锤击信号在主峰后的尾部仍能产生较长的低幅值延续。

规定拟合结束时的曲线要求，是为了避免在根据实测曲线进行具体模拟时只重头尾，不 重视中间土阻力响应区拟合质量的错误做法。

9.4.6 桩身完整性评判可采用下列方法：

1  桩身缺陷位置宜用实测力波与速度波相比较的方法或分离上、下行波的方法，也可通 过实测曲线拟合法确定。

表9.4.6桩身完整性判定

3  对等截面单节预制桩，桩身完整性系数β=1时，应评判为I类桩；对多节预制桩及灌注  桩，应结合预制桩接桩工艺、灌注桩成孔质量检测结果和施工因素，并参考表9.4.6综合评判。

条文说明

本条给出了利用高应变法判别桩身缺陷位置的几种常用方法。其中的方法是实测 力波与速度波相比较的方法，该法不仅直观，而且可在试验现场分析或在沉桩监控中实时判 别；分离上、下行波的方法由于要对实测曲线进行处理之后才能判断，因而一般只在后续数 据处理分析时使用，但该法对缺陷位置的把握更清楚。

式(9.4.6-1)是通过桩身完整性系数β值判断桩身缺陷程度的计算公式，适用于桩身截面 相对比较均匀的桩。利用式(9.4.6-1)不能判断缺陷的具体性质，实际判别时需结合桩型、  桩身材质、土层情况、施工工艺及施工记录、接头形式和位置等综合考虑。表9.4.6中的桩身 完整性系数β值是依据式(9.4.6-1)根据实测波形计算得到的，而实测波形会受到各种各样因 数的影响，如灌注桩截面不均匀、预制桩接桩位置、实测波形中的高频信号(钢管桩尤为明 显)、土层引起的波反射等，因而，应用表9.4.6时需根据具体情况综合判断。

9.4.7 当出现下列情况之一时，应按工程地质条件、施工工艺和施工记录，采用实测曲线 拟合法或其他检测方法综合评判桩身完整性：

1  混凝土灌注桩桩身有扩径、截面渐变或多变。

2  桩身存在多处缺陷。

3  桩身浅部存在缺陷。

4  力曲线在上升沿上升缓慢，力和速度曲线在上升沿出现异常。

条文说明

实测曲线拟合法由于对桩进行了离散化，拟合时可以根据被检桩的成桩工艺，采用桩身 阻抗拟合或桩身裂隙(包括混凝土预制桩的接桩缝隙)拟合，因而适用于桩身情况复杂、有 多个缺陷位置的桩。

因为高应变锤击波形从起始到峰值的上升时间一般都在2ms 以上，所以其对传感器安装以 下较浅部位的缺陷难以判断， 一般只能依据实测力曲线和速度曲线比例失调的程度来估计浅

部缺陷程度，难以给出缺陷的具体位置；当力曲线在上升沿上升缓慢时，会与土阻力存在较 多耦合，使其在上升沿出现异常。

9.4.8    锤击能量监测应符合下列规定：

1  桩锤动能宜通过实测重锤运动速度确定。

2  锤击额定能量应为锤重乘以锤底与桩顶距离。

3  锤击能量传递比应为桩所获得的实际锤击能量除以锤击额定能量。

4  锤击效率应为桩锤动能除以锤击额定能量。

条文说明

式(9.4.8)是根据功率计算实际锤击能量的计算公式，从理论上讲，通过实测力和速度 信号就可以计算了，实际操作时，如果传感器安装在桩侧，当桩侧土在浅部产生较强的侧阻 反射波或桩长较短使得桩端反射与锤击力信号产生叠加效应，则由该式计算桩所获得的实际 锤击能量将存在偏差。为了减少由此造成计算桩锤锤击效率的偏差，在条件许可时， 一般采 用在桩锤上直接安装加速度传感器实测锤击时桩锤的速度值，通过该速度值和桩锤 质量计算桩锤的动能，并由此与锤击额定能量相比来计算桩锤的锤击效率。

9.4.9    检测报告除应符合本规程第3.6节规定外，还应包括下列内容：

1  被检桩与对应地质柱状图的相对位置。

2  被检桩的施工概况：对于灌注桩应提供成桩方法、充盈系数，宜提供成孔质量检测结 果；对于预制桩应提供锤的型号或压机型号、最后10击贯入度或最后的压桩力。

3  计算中实际采用的桩身波速。

4  选用的各单元桩土模型参数、土阻力沿桩身的分布图。

5  实测贯入度。

6  试沉桩和沉桩监控所采用的桩锤型号、垫层类型，监测所得锤击数、桩侧阻力、桩端 静阻力、锤击拉应力和压应力、桩身完整性及能量传递比随入土深度的变化。