淺談工程基樁檢測中的高應變檢測技術

夏明玉 李軍

摘要：隨著我國日益城市化的發展，建筑事業也在逐漸壯大。其地基基礎工程是公路建設工程的重要組成部分，而基樁是地基基礎中最常用的基礎形式。樁基工程施工質量好壞直接關系著整個建筑結構的安全性和實用性，而樁基檢測方法可以實現對建筑工程的質量控制。高應變動測法是樁基工程驗收、樁身質量控制的常規手段，也是樁基豎向承載力的重要補充。因此，本文針對高應變檢測技術的原理、方法以及在工程基樁檢測中進行探討。

關鍵詞：高應變檢測;原理方法;技術探討

我國基樁高應變動力檢測理論研究與實踐始于20世紀70年代.自80年代以來，以波動方程為基礎的高應變法進入了快速發展期.由于采用高應變進行承載力檢測具有工期短、成本低、效率高等特點，促進了其適用性、可靠性的研究，同時加快了高應變法的推廣。樁基工程施工質量直接關系著建筑結構的安全，然而在實際施工過程中，樁基工程各項指標不可避免會受到地下水等不良因素、施工工藝缺陷的影響，加上樁基工程屬于隱蔽工程，大大加大了施工質量審查難度。所以，樁基的檢測工作可以有效實現對建筑工程的質量控制，而高應變檢測技術更成為當前樁基工程中樁基承載力確定、樁身質量控制的重要方法。

一、高應變檢測原理和方法

1.高應變動測原理

高應變所用理論基礎，計算方法與低變相同，，但低變由于樁與土體系變形極小，不考慮阻尼的非線性影響。高變錘擊能量大，樁土變形明顯出現非線性關系，還要考慮土彈簧，甚至是土阻尼的非線性，建立了各種力模型。高應變檢測承載力的準確度與合理擬合土參數直接相關，要求利用靜載試驗進行輔助擬和。相較低應變檢測方法，高應變檢測最主要的特征是利用高能量錘的沖擊使土體產生永久變形，以此來激發樁側土的摩阻力和樁端阻力，在檢測大直徑樁和樁長較長的樁的樁身完整情況方面具有極大優勢。在實際檢測中，錘擊方法，錘擊能量的充分擊發與否，傳感器安裝正確與否都在很大程度影響了檢測結果。

2.高應變確定基樁承載力的方法

（1）凱斯法

凱斯法種簡化分析方法，先列出一定的假設條件求出一維波動方程的一個封閉解，建立起土阻力與應力波之間的一個簡單關系，進而求得基樁極限承載力與樁身所測得的壓力和質點速度值的關系。在實際工程基樁檢測中，應用凱斯法要事先選定土的阻尼參數，加之計算公式是在人為假定的基礎上推導出的，存在一定局限性。凱斯法判定單樁極限承載力只限于中、小直徑樁，所以影響了凱斯法檢測的準確度。

（2）波形擬合法

波形擬合法是凱斯法和史密斯法的結合，有效克服了凱斯法的缺陷。其基本思路是，在錘擊過程中，采集兩組實測曲線，即力隨時間變化曲線和速度隨時間變化曲線。借助分析其中一組曲線，利用高精度的計算機程序將計算值與實測值反復進行比較和迭代，若不滿足則不斷調整假定參數值試算，直到計算值與實測值相符合，最終得到符合實際的參數值，即得到較準確的單樁承載力、樁身完整性、樁側摩阻情況，這種方法大大降低了分析過程中人為因素帶來的誤差。大量試驗和動靜對比表明，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

二、高應變檢測的方法

1.原始材料的收集

正確收集原材料是測試準確的前提，高應變動力測試現場數據收集的質量直接關系到計算結果的準確性。由于在高應變檢測中基樁檢測準確度受到地質條件、樁長資料等影響，若使用凱斯法進行檢測，地質資料不完整或不完全準確會使檢測結果產生較大誤差;使用使得曲線擬合法進行檢測，也需要首先假設樁土參數進行試算，對地質資料進行詳細分析能在一定程度上避免試算的盲目性。此外，若沒有完整的樁長資料，則無法確定樁體波速，檢測很可能會失效。當然，實際分析計算中，參考資料不能與實測數據相提并論，當資料缺乏或不準確時，應從實測數據中進行分析，得出結果。

2.樁頭處理

在高應變檢測中波的傳播效果直接受到樁頭質量好壞的影響，由于樁頭直接承受和傳遞沖擊荷載，在錘擊能量過大的情況下，為緩沖錘擊能量，延長荷載作用時間，保證樁頭均勻受力，應配置樁墊。也可先將樁頭薄弱段除去，另澆制一接長段，用以承受沖擊荷載，為避免連接處出現反射而影響檢測準確性，接長段阻抗應與原樁阻抗基本相同。再對樁頭進行加固處理，加固后的樁頭應有足夠的強度且樁頂面平整，樁頭中軸線與樁身上部中軸線應重合。

3.安裝傳感器

高應變檢測中用到的傳感器包括應變式力傳感器和加速度傳感器。傳感器在錘擊過程中出現滑移會影響到數據采集質量，因此，傳感器必須牢固安裝，不能因錘擊振動而引起松動或接觸不良，尤其力傳感器位置要有良好的平整平面，用膨脹螺絲緊固于樁身完好的新鮮混凝土面上，以保證傳感器和樁身一起變形。

4.錘擊

基樁檢測中高應變檢測的主要目的是確定基樁承載力，而基樁承載力即土對樁的靜阻力與樁土位移有關，土對樁的動阻力與樁土速度有關。受到錘擊作用影響，樁身不可避免會出現動阻力，但利用樁身速度近似值計算動阻力值存在較大誤差，且誤差隨樁身速度的增加而增加。為此，必須掌握好錘擊能量，使其既能使樁土產生足夠大的位移，又能避免過大樁土速度的產生，通常，當樁身阻抗較大時，應增加錘擊能量，而當阻力較小時，采用樁極限承載力1%的錘重即可，每根樁可錘擊1-3錘。

5.檢測時間的選擇

樁頂被錘擊后，樁周圍土體會被擾動，強度降低，這就使整個樁土體系的承載力降低，然而，隨著時間的推移，樁周土體強度會逐漸恢復并增加，基樁承載力、混凝土樁強度都會隨之增強。所以，高應變檢測時，應合理選擇測試時間，不應過早，以免低估基樁承載力，導致檢測結果出現誤差。

三、加強砼強度對檢測數據的影響

1、要取得樁基高應變試樁的真實數據，就需要確保檢測的采集數據真實可靠程度較高，進而才能確保采集數據的速度曲線理想。因此，這就要求在這一過程能夠嚴格按照規程要求及相應標準掌握好砼灌注樁的強度等級，以此才能使高應變檢測數據真實完整。

2、承載力數據和靜載加以對比。通過大量的實踐檢測可知，高應變動力試樁一般對預制樁型非常配套。也就是說，在實踐檢測試樁中，其檢測的承載力數據和靜載數據加以對比后的誤差程度較小，但是在實際中的砼灌注樁的承載力數據和靜載之間的數據誤差卻相對較大。所以，由此可見在實踐檢測試樁過程中，高應變力動力檢測具備的要求相對較高，應當滿足一定的作業檢測要求，并能夠將實際情況按照規程加以周全考慮才能逐步消除一些限制因素。

四、結束語

總而言之，高應變檢測技術已廣泛應用于基樁承載力檢測中，它能夠有效地補充和部分取代傳統的靜載荷試驗，使檢測數量大大地提高，檢測費用大幅度下降。與此同時，使樁基工程的質量得到了更好的保障。其不僅能夠檢測出樁基豎向承載力，還能檢測樁身完整性，具有很高推廣和應用價值。當然，我們也應在具體工程實踐中不斷積累總結經驗，在對樁基做出正確評價時，對高應變檢測技術做出進一步完善，最大限度發揮其在工程質量控制、進度控制方面的價值。因此，要重視動靜對比試驗，積累樁基工程中的實踐經驗。求得較為適合當地工程的計算參數。進一步提高高應變動力檢測的可靠性。

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