關于高應變法在樁基檢測中的探析

范熙濤

【摘要】在樁基檢測技術中用重錘沖擊樁頂，實測樁頂部的速度和力時程曲線，通過波動理論分析，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，這就是高應變法。高應變法的主要功能是判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求。本文對于高應變動力測樁法的現場測試技術（包括樁頭處理、錘擊能量、傳感器的安裝等對高應變測試的影響）和常用實測曲線擬合法數據分析技術中有關問題進行了探討分析。

【關鍵詞】高應變 曲線擬合法 樁基檢測

目前高應變法主要有動力打樁公式法、波動方程法、Case法、曲線擬合法、錘擊貫入法和動靜法等。樁基動測具有費用低、快速、輕便、適于普查等優點，這大大地促進了樁基動測技術的研究和應用。

一、現場測試技術

高應變動力測試數據采集質量直接關系到計算結果的準確性。正確采集信號是良好結果的前提條件。

1、樁頭處理對數據曲線的影響。樁頭質量好壞直接影響波的傳播效果，對于樁頭的處理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土預制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。樁頭頂面應水平、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。距樁頂上1倍樁徑范圍內，宜用3mm—5mm鋼板圍裹或距樁頂1.5倍樁徑范圍內設箍筋，間距不宜大于100mm。樁頂應設置鋼筋網片2—3層，間距60mm—100mm，樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1—2級，且不得低于C30。樁頭應高出樁周土2—3倍樁徑，樁周1.2m以內應平整夯實。樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1～2級，且不得低于C30。

2、錘擊能量對高應變測試的影響。高應變動力測試時，錘擊能量大，對樁頭的處理要求也更高，一定要高度重視認真對待。對于混凝土鉆孔灌注樁，要認真截除污漿或不密實部分，然后外接一段等截面樁頭，其長度一般不小于2倍樁徑，混凝土強度等級提高1—2級（不得低于C30）。外接樁頭時要將樁身主筋延伸至樁頂，樁頂還應設置二三層鋼筋網片，網片間距5cm左右，頂層網片要有適當的混凝土保護層（一般5cm）這樣既可防止樁頭開裂，保證試驗成功，又可保護傳感器不至損傷。樁頭幾何軸線要求與樁身重合，樁頭表面要水平，樁頭外壁要求光滑密實，以利于安裝傳感器并采集到良好的應力應變信號。

3、傳感器的安裝對高應變測試的影響。傳感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后才能得到力和速度信號。檢測截面選擇不當，如傳感器過分靠近樁頂或在變截面附近，實測的應變不具代表性；傳感器安裝處局部混凝土質量差，不利傳感器的固定，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。尤其對于灌注樁傳感器的安裝應符合以下幾點。①傳感器不得安裝在變截面附近，因為該截面應力集中，所測的力不準。安裝點也不該離樁頂太近，一般為1.5D—2.0D為佳，這樣就可以減少應力集中的偏心的影響。②應變傳感器與加速度傳感器的中心應位于同一水平線上；同側的應變傳感器和速度傳感器間的水平距離不宜大于80mm，傳感器的中心軸應與樁中心軸保持平行，這樣安裝可以對量測的信號進行平均，以消除錘擊偏心的影響。③傳感器的安裝面材質應均勻、密實、平穩，并與樁軸線平行，否則應用磨光機磨平。若安裝點附近有裂縫或塑性變形，易使波形峰值處速度大于力，力波尾部不歸零。④安裝螺栓的鉆孔與樁側表面垂直，安裝完畢后的傳感器應緊貼樁身表面，不能由于錘擊振動引起松動或接觸不良，以保證傳感器和樁身一起變形。

4、落錘對中。錘擊偏心對信號的影響較大，嚴重的偏心會使樁身一側受拉，由于混凝土的抗拉強度較低，受拉后產生裂縫和塑性變形，使力傳感器受損，特別是灌注樁，使樁頭開裂。力信號對偏心敏感，偏心會使應變包含塑性變形分量，力信號中也應包含虛假成份，所以落錘必須對中。

二、實測曲線擬合法數據分析技術

實測曲線擬合法是通過波動問題數值計算，反演確定樁和土的力學模型及其參數值。其過程為：假定各樁單元的樁和土力學模型及其模型參數，利用實測的速度（或力、上行波、下行波）曲線作為輸入邊界條件，數值求解波動方程，反算樁頂的力（或速度、下行波、上行波）曲線。若計算的曲線與實測曲線不吻合，說明假設的模型及參數不合理，有針對性地調整模型及參數再行計算，直至計算曲線與實測曲線（以及貫入度的計算值與實測值）的吻合程度良好且不易進一步改善為止。實際工作中的問題主要表現在以下幾個方面：

1、分析軟件

要求采用的檢測儀器（軟件）的主要技術性能指標應符合建筑基樁檢測技術規范（JGJ 106—2003）和《基樁動測儀》JG/T 3055中規定的標準。一些檢測機構對軟件（尤其是外語操作界面的軟件）操作不熟悉，少數檢測機構使用的軟件包含的巖土工程參數過于簡化、存在結果輸出及參數統計錯誤的風險。

2、檢測數據的分析與判定

高應變法曲線擬合分析首先應對信號曲線做出定性檢查和正確判斷。在實際檢測中發現，仍有些人員忽略這一重要環節，拿到信號后即倉促分析，導致結果偏差過大。

其次，擬合分析時應根據波形特征、樁型和地質條件等合理確定樁土參數范圍。擬合選用的樁土參數的數量和類型繁多，參數各自和相互間耦合的影響非常復雜，需通過綜合比較判斷進行取舍。正確判斷取舍條件的要點是參數取值應在巖土工程的合理范圍內。

還有一些檢測人員對“參數應在巖土工程的合理范圍內”的取值缺乏自信、盲目盲從；提交的一些參數明顯偏離常規，波形的解釋與分析計算不合理，主要參數（每個土單元的極限靜阻力、最大彈性位移和動粘滯阻尼）未及認真識別和統計。

3、測試人員技術要求。高應變分析計算結果的可靠性高低取決于動測儀器、分析軟件和人員素質三個要素。其中起決定作用的是具有堅實理論基礎和豐富實踐經驗的高素質檢測人員。高應變法之所以有生命力，表現在高應變信號不同于隨機信號的可解釋性——即使不采用復雜的數學計算和提煉，只要檢測波形質量有保證，就能定性地反映樁的承載性狀及其他相關的動力學問題。因此對波形的正確定性解釋的重要性超過了軟件建模分析計算本身，對人員的要求首先是解讀波形，其次才是熟練操作儀器和使用相關軟件。對此，如果不從提高人員素質入手加以解決，這種狀況的改觀顯然僅靠技術規范以及儀器和軟件功能的增強是無法做到的。因此，承載力分析計算前，應有高素質的檢測人員對信號進行定性檢查和判斷。

這就要求動測人員在實際工作中要認真積累各種實測與對比資料，對高應變法的原理、方法及誤差來源有較深入的理解，再加上認真試驗和分析才可以在很大程度上消除和減少誤差。

結束語

樁基檢測工作是一項嚴謹而細致的工作，現場測試中的任何疏忽都可能引起測試的失敗，數據處理時任何參數的誤差都可能給結果帶來超精度的誤差，甚至得到錯誤的結果。因此，它要求測試人員不但要有精湛的專業技能，嚴肅的工作態度，而且要有豐富的實踐經驗，能夠及時準確地發現并解決問題。

參考文獻：

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