簡析高應變法檢測基樁承載力要點

舒躍華 謝淵潔

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.023

摘 要：現場采集的高質量曲線和室內具有扎實理論基礎及豐富實踐經驗的分析人員是高應變法檢測基樁承載力的基石。該文簡析高應變法檢測基樁承載力的適用條件及其現場檢測的準備工作、傳感器安裝、儀器設備參數設定、數據采集及擬合分析、判定的控制要點，供相關工程人員參考。

關鍵詞：高應變 基樁 承載力 擬合

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（a）-0023-03

Points of High-strain Dynamic test of pile Bearing Capacity

Shu Yuehua1，2 Xie Yuanjie1

（1.Kunshan Construction Engineering Quality Test Center；2.Kunshan Station Building Safety Appraisal，Kunshan Jiangsu，215337，China）

Abstract：Quality curve collected in the field and indoor Analysts with a solid theoretical foundation and rich practical experience are the cornerstones of high-strain dynamic test of the pile bearing capacity. This paper describes the applicable conditions of high-strain dynamic test，preparatory work on-site detection， the sensor installation， equipment parameter setting， data acquisition and analysis， judgment，to which the relevant engineering staff can reference.

Key Words：High-strain；Pile；Bearing capacity；Signal-matching

單樁承載力是樁基分項驗收的主控項目，事關工程安全，靜載荷試驗是一種通用的檢測基樁承載力檢測方法，但靜載荷試驗法耗時長、成本高，高應變法因檢測耗時短、費用低[1]，在各地基樁承載力檢測中都有運用，高應變法檢測基樁承載力是采用一維應力波理論分析計算樁-土系統響應[2]，涉及到波動理論、巖土工程等眾多學科，要求檢測分析人員具有扎實的理論知識和豐富的工程經驗[3]，在檢測市場競爭日益激烈的情況下，高應變法并沒有得到良好的運用，造成了有些地方質量監督部門對于高應變法檢測基樁承載力過于謹慎。

新手要快速地熟悉并正確掌握高應變法，首先應了解高應變法檢測基樁承載力的控制要點。高應變法根據所測力和速度曲線采用凱司法或實測曲線擬合法判定樁承載力，其過程主要包括現場檢測和檢測數據分析與判定兩個環節，為了減少基樁承載力判定的誤差，在實際檢測過程中，應注意下述事項。

1 適用條件

高應變法基于一維桿波動理論，在模型上難以簡化成一維桿或簡化后誤差大的基樁，不宜采用高應變法檢測其承載力，如，支盤樁、樁身多處擴縮頸嚴重的灌注樁。

多數情況下高應變檢測所用錘的重量有限，基于重錘低擊原則，錘擊能量有限，不能使樁側和樁端土阻力充分發揮，即檢測錘與基樁承載力不匹配時，此時無法判定基樁極限承載力，不宜采用高應變法檢測，如，大直徑擴底樁、預估Q-s曲線呈現緩變特征的大直徑樁或超長樁。

2 現場檢測

進場檢測之前應了解基樁類型及成樁時間，灌注樁樁身強度及樁-土接觸面抗剪強度的形成需要一定時間，錘擊管樁時產生土體擾動、超孔隙水壓力，隨休止時間的增長，超孔隙水壓力逐漸消散，樁-土傳力性狀改善，基樁承載力有較大幅度增長。灌注樁一般在成樁后不小于28 d檢測，預制樁結合施工工藝、地質條件綜合考慮，無成熟經驗時，可按規范取7～25 d[4]。

高應變法判定基樁承載力是建立在采集到高質量曲線的基礎上，而高質量的檢測曲線與現場檢測的準備工作、檢測裝置、儀器設備、參數設置及數據采集密切相關。

2.1 準備工作

根據落錘導向架對場地要求決定是否需要平整場地，以確保導向裝置垂直，借助導向裝置的落錘能錘擊平穩對中。

檢測時樁頂面應平整、堅實，樁頂高度應滿足錘擊裝置要求。檢測樁為預制樁，成樁時樁頭未破壞則無需處理，灌注樁一般應該破除樁頭浮漿至下部密實部位，并應打磨平整，對不能承受錘擊的樁頭可按《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）附錄B處理。

樁頭頂部應設置樁墊，現場可采用10～30 mm厚的木板或膠合板，一定程度上減輕應力集中并起物理濾波作用。

2.2 檢測裝置、儀器設備

進場檢測之前應選好落錘，錘的重量不小于單樁豎向抗壓承載力特征值的2%，當檢測樁樁徑較大或樁長較長導致樁-錘匹配能力下降時，尚應適當提高錘的重量。錘應有穩固的導向裝置，且要求其形狀對稱，高徑（寬）比不小于1。

檢測現場環境一般都較差，檢測儀器的主要技術性能指標應滿足現行行業標準《基樁動測儀》JG/T 3055要求，儀器應在校準或標定期內并能使用正常。

2.3 現場檢測

現場檢測主要包括傳感器安裝、參數設定及數據采集。

2.3.1 傳感器安裝

應變傳感器和加速度傳感器宜分別對稱安裝在距樁頂不小于2D或2B（D、B為樁徑、邊長）的樁側表面處，大直徑樁可適當減少樁頂與傳感器間的距離，太近易出現錘擊高頻波干擾且在樁頭破碎時損壞傳感器。加速度傳感器中心應與應變傳感器中心平齊，同側傳感器間的水平距離宜為8 cm左右。

安裝面材質應均勻、密實、平整，安裝面不平整時，可機械磨平。安裝傳感器的螺栓鉆孔應垂直于樁側表面，可以借助自制模板以控制好孔距及孔深，確保安裝完畢后的傳感器緊貼樁身表面且其敏感軸與樁中心軸平行，在錘擊時不產生滑動。后續檢測出現傳感器出現松動或滑動時，傳感器拾取的信號不是安裝處樁身的實際運動或變形，應及時重新安裝傳感器，確保不因傳感器安裝影響檢測數據質量。

安裝應變傳感器時，應對其初始應變值進行監視，當安裝面平整、螺栓孔距及孔深合適時，初始應變值一般都很小，不影響后續檢測結果。

2.3.2 參數設定

測點處樁截面尺寸按實測值設定，測點以下樁長及截面積可按設計值或施工記錄數據設定。樁身波速可參考附近場地同類型樁已測樁的波速或本地經驗值初步設定，若樁底反射信號明顯，檢測后波速可根據所測曲線及樁長反推得到，樁身彈性模量相應調整。

信號采樣點數不宜少于1 024點，采樣間隔宜為50～

200 μs，一般情況下，樁越長設置采樣間隔越大。

傳感器的設定值按鑒定或校準結構設定，智能傳感器自動讀取[5]，無需重設。

2.3.3 數據采集

為了提高承載力檢測的準確性，應符合重錘低擊原則，實測單擊貫入度宜為2～6 mm，太小基樁未打動，過大很可能產生塑性變形。采集信號時，應關注樁頂最大動位移、貫入度、樁身拉壓應力、缺陷程度及其發展狀況，并據其判斷信號質量及有效錘擊信號數量。發現波形紊亂，應暫停并分析原因，若樁身有明顯缺陷或缺陷程度因檢測加劇時，應停止檢測，防止樁身進一步受損。

3 數據分析與判定

高質量的信號是得出可靠分析計算結果的基礎，選取錘擊信號時，宜取有足夠的錘擊能量并使樁周土阻力充分發揮的信號，當混凝土開裂或出現嚴重塑性變形使力信號尾部曲線未歸零、力通道數據不全或兩側力信號幅值相差超過1倍時，信號不能作為分析計算的依據。雖然市面的檢測報告所附原始曲線出現上述不能作為分析計算的情況，但應該清楚報告中的結果是人為干預且不可以信的。

當測點處原設定波速在檢測完成后進行了調整，樁身材料彈性模量E亦要做相應調整。若通過應變式傳感器所測的力信號按速度單位（）存儲，樁身材料彈性模量E調整后尚應對原始實測力值校正。

樁淺部阻抗變化和土阻力影響、測點處混凝土的非線性、樁側土阻力波或樁底反射波的影響都會造成力、速度曲線比例失調，實測力、速度信號第一峰起始段不成比例時，不得對實測力或速度信號進行調整。比例失調時，應結合巖土工程勘察報告、成樁記錄及現場情況綜合分析。

分析計算前，應結合地質條件、設計參數對實測波形反映出的承載性狀、樁身缺陷程度及位置進行定性檢查，當嵌巖樁樁底反射強烈且無明顯端阻力反射、樁身缺陷明顯或對水平承載力有影響、多次錘擊存在觸變效應時，應采用靜載試驗方法進一步驗證。

鑒于凱司法判定樁承載力做了較大的前提假定，同時阻尼系數Jc又是一個無明確物理意義的綜合調整系數，檢測報告中基樁承載力多采用實測曲線擬合法判定。擬合法要求采用的樁、土及樁土界面力學模型應明確、合理，樁、土及樁土界面的力學模型能反映實際力學性狀，擬合選用參數應在工程所在地巖土工程的合理范圍內，土單元選用的最大彈性位移值應結合試驗或已有研究成果設定，若力學模型、參數選取與實際偏差較大時，報告中提出的承載力值可信度低。選取能反應基樁承載特性的高質量原始測試信號進行擬合，合理選取模型及力學參數，多次迭代擬合完成時，樁側土阻力相應區段的計算曲線與實測曲線應相吻合，其他區段應基本吻合，計算的貫入度應接近實測值，此時的擬合質量數值遠小于5。

4 結語

高應變法是一種基一維桿波動理論發展起來的動測法，對檢測人員有較高的要求，沒有堅實的理論基礎和豐富的實踐經驗，難以用好高應變法。簡單分析高應變法適用條件及現場檢測準備工作、傳感器安裝、參數設定、數據采集及分析判定時的控制要點，供相關工程人員參考。

參考文獻

[1] Hussein，M.and Goble，G.A Brief History of the Application of Stress-Wave Theory to Piles[J].ASCE Geotechnical Special Publication，2004，125：186-201.

[2] 陳凡，徐天平，陳久照，等.基樁質量檢測技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2014：578-581.

[3] Likins，G.，and Rausche，F.What constitutes a good PDA test？[C]//In Proceedings of the Eighth International Conference on the Application of Stress Wave Theory to Piles.2008：403-476.

[4] 中國建筑科學研究院.JGJ 106-2014，建筑基樁檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[5] Likins，G.，Hermansson，I.，Kightley，M.，Cannon，J.，and Klingberg，D.Advances in Dynamic Foundation Testing Technology[C]//Contemporary Topics in Deep Foundations.2009：591-598.