9.2 仪器设备

9.2.1 本条对仪器的主要技术性能指标要求是按建筑工业行业标准《基桩动测仪》JG/T 3055提出的，比较适中，大部分型号的国产和进口仪器能满足。因动测仪器的使用环境较差，故仪器的环境性能指标和可靠性也很重要。本条对安装于距桩顶附近桩身侧表面的响应测量传感器——加速度计的量程未做具体规定，原因是对不同类型的桩，各种因素影响使最大冲击加速度变化很大。建议根据实测经验来合理选择，宜使选择的量程大于预估最大冲击加速度值的一倍以上。如对钢桩，宜选择20000m/s²～30000m/s²量程的加速度计。
9.2.2 导杆式柴油锤荷载上升时间过于缓慢，容易造成速度响应信号失真。
    本条没有对锤重的选择做出规定，因为利用打桩机械测试不一定是休止后的承载力检测，软土场地对长或超长桩的初打监控，出现锤重不符合本规范第9.2.5～9.2.6条规定的情况属于正常。另外建工行业多采用筒式柴油锤，它与自由落锤相比冲击动能较大，轻锤也可能完成沉桩工作。
9.2.3 本条之所以定为强制性条文，是因为锤击设备的导向和锤体形状直接关系到信号质量与现场试验的安全。
    无导向锤的脱钩装置多基于杠杆式原理制成，操作人员需在离锤很近的范围内操作，缺乏安全保障，且脱钩时会不同程度地引起锤的摇摆，更容易造成锤击严重偏心而产生垃圾信号。另外，如果采用汽车吊直接将锤吊起并脱钩，因锤的重量突然释放造成吊车吊臂的强烈反弹，对吊臂造成损害。因此稳固的导向装置的另一个作用是：在落锤脱钩前需将锤的重量通过导向装置传递给锤击装置的底盘，使吊车吊臂不再受力。扁平状锤如分片组装式锤的单片或混凝土浇筑的强夯锤，下落时不易导向且平稳性差，容易造成严重锤击偏心，影响测试质量。因此规定锤体的高径(宽)比不得小于1。
9.2.4 自由落锤安装加速度计测量桩顶锤击力的依据是牛顿第二和第三定律。其成立条件是同一时刻锤体内各质点的运动和受力无差异，也就是说，虽然锤为弹性体，只要锤体内部不存在波传播的不均匀性，就可视锤为一刚体或具有一定质量的质点。波动理论分析结果表明：当沿正弦波传播方向的介质尺寸小于正弦波波长的1/10时，可认为在该尺寸范围内无波传播效应，即同一时刻锤的受力和运动状态均匀。除钢桩外，较重的自由落锤在桩身产生的力信号中的有效频率分量(占能量的90％以上)在200Hz以内，超过300Hz后可忽略不计。按不利条件估计，对力信号有贡献的高频分量波长一般也不小于20m。所以，在大多数采用自由落锤的场合，牛顿第二定律能较严格地成立。规定锤体高径；(宽)比不大于1.5正是为了避免波传播效应造成的锤内部运动状态不均匀。这种方式与在桩头附近的桩侧表面安装应变式传感器的测力方式相比，优缺点是：
    1. 避免了桩头损伤和安装部位混凝土质量差导致的测力失败以及应变式传感器的经常损坏。
    2. 避免了因混凝土非线性造成的力信号失真(混凝土受压时，理论上讲是对实测力值放大，是不安全的)。
    3. 直接测定锤击力，即使混凝土的波速、弹性模量改变，也无需修正；当混凝土应力-应变关系的非线性严重时，不存在通过应变环测试换算冲击力造成的力值放大。
    4. 测量响应的加速度计只能安装在距桩顶较近的桩侧表面，尤其不能安装在桩头变阻抗截面以下的桩身上。
    5. 桩顶只能放置薄层桩垫，不能放置尺寸和质量较大的桩帽(替打)。
    6. 锤高一般以2.0m～2.5m为限，则最大使用的锤重可能受到限制，除非采用重锤或厚软锤垫减少锤上的波传播效应。
    7. 锤在非受力状态时有负向(向下)的加速度，可能被误认为是冲击力变化：如撞击前锤体自由下落时的—g(g为重力加速度)加速度；撞击后锤体可能与桩顶脱离接触(反弹)并回落而产生负向加速度，锤愈轻、桩的承载力或桩身阻抗愈大，反弹表现就愈显著。
    8. 重锤撞击桩顶瞬时难免与导架产生碰撞或摩擦，导致锤体上产生高频纵、横干扰波，锤的纵、横尺寸越小，干扰波频率就越高，也就越容易被滤除。
9.2.5 我国每年高应变法检测桩的总量粗估在15万根桩以上，已超过了单桩静载验收检测的总桩数，但该法在国内发展不均衡，主要在沿海地区应用。本条强制性条文的规定连同第9.2.6条规定之涵义，在2003年版规范中曾合并于一条强条来表述。为提高强条的可操作性，本次修订保留了锤重低限值的强制性要求。锤的重量大小直接关系到桩侧、桩端岩土阻力发挥的高低，只有充分包含土阻力发挥信息的信号才能视为有效信号，也才能作为高应变承载力分析与评价的依据。锤重不变时，随着桩横截面尺寸、桩的质量或单桩承载力的增加；锤与桩的匹配能力下降，试验中直观表象是锤的强烈反弹，锤落距提高引起的桩顶动位移或贯入度增加不明显，而桩身锤击应力的增加比传递给桩的有效能量的增加效果更为显著，因此轻锤高落距锤击是错误的做法。个别检测机构，为了降低运输(搬运)、吊(安)装成本和试验难度，一味采用轻锤进行试验，由于土阻力(承载力)发挥信息严重不足，遂随意放大调整实测信号，导致承载力虚高；有时，轻锤高击还引起桩身破损。
    本条是保证信号有效性规定的最低锤重要求，也是体现高应变法“重锤低击”原则的最低要求。国际上，应尽量加大动测用锤重的观点得到了普遍推崇，如美国材料与试验协会ASTM在2000年颁布的《桩的高应变动力检测标准试验方法》D4945中提出：锤重选择以能充分调动桩侧、桩端岩土阻力为原则，并无具体低限值的要求；而在2008年修订时，针对灌注桩增加了“落锤锤重至少为极限承载力期望值的1％～2％”的要求，相当于本规范所用锤重与单桩竖向抗压承载力特征值的比值为2％～4％。
    另需注意：本规范第9.2.3条关于锤的导向和形状要求是从避免出现表观垃圾信号的角度提出，不能证明信号的有效性，即承载力发挥信息是否充分。
9.2.6 本条未规定锤重增加范围的上限值，一是体现“重锤低击”原则，二是考虑以下情况：
    1. 桩较长或桩径较大时，一般使侧阻、端阻充分发挥所需位移大；
    2. 桩是否容易被“打动”取决于桩身“广义阻抗”的大小。广义阻抗与桩身截面波阻抗和桩周土岩土阻力均有关。随着桩直径增加，波阻抗的增加通常快于土阻力，而桩身阻抗的增加实际上就是桩的惯性质量增加，仍按承载力特征值的2％选取锤重，将使锤对桩的匹配能力下降。
    因此，不仅从土阻力，也要从桩身惯性质量两方面考虑提高锤重是更科学的做法。当桩径或桩长明显超过本条低限值时，例如，1200mm直径灌注桩，桩长20m，设计要求的承载力特征值较低，仅为2000kN，即使将锤重与承载力特征值的比值提高到3％，即采用60kN的重锤仍感锤重偏轻。
9.2.7 测量贯入度的方法较多，可视现场具体条件选择：
    1. 如采用类似单桩静载试验架设基准梁的方式测量，准确度较高，但现场工作量大，特别是重锤对桩冲击使桩周土产生振动，使受检桩附近架设的基准梁受影响，导致桩的贯入度测量结果可靠度下降；
    2. 预制桩锤击沉桩时利用锤击设备导架的某一标记作基准，根据一阵锤(如10锤)的总下沉量确定平均贯入度，简便但准确度不高；
    3. 采用加速度信号二次积分得到的最终位移作为贯入度，操作最为简便，但加速度计零漂大和低频响应差(时间常数小)时将产生明显的积分漂移，且零漂小的加速度计价格很高；另外因信号采集时段短，信号采集结束时若桩的运动尚未停止(以柴油锤打桩时为甚)则不能采用；
    4. 用精密水准仪时受环境振动影响小，观测准确度相对较高。