高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法在樁基檢測(cè)中的技術(shù)研究

謝代純

（福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 福建省 福州市 350012）

高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法在樁基檢測(cè)中的技術(shù)研究

謝代純

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高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法可以進(jìn)行大噸位樁基檢測(cè)工作，比靜載荷實(shí)驗(yàn)法具有更顯著的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于樁基檢測(cè)中。本文結(jié)合高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法的概念和原理，對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行了介紹，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供理論研究依據(jù)。

高應(yīng)變動(dòng)力；樁基檢測(cè)；研究

高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法現(xiàn)已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，為近代測(cè)樁技術(shù)做出了巨大的貢獻(xiàn)，可以準(zhǔn)確測(cè)定單樁極限承載力，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)的完整性做出精確的判斷，解決了大噸位單樁檢測(cè)的問題，高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁技術(shù)已逐漸取代傳統(tǒng)的靜載荷試驗(yàn)方法，成為現(xiàn)階段最有效的檢測(cè)方法。值得注意的是，高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁技術(shù)的準(zhǔn)確性受到樁身性質(zhì)、測(cè)試環(huán)境和測(cè)試儀器的限制，必須在實(shí)際應(yīng)用中加以控制。

1　高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法介紹

1.1高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法的基本原理

高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法結(jié)合實(shí)際施工中的樁基特征，以重錘沖擊樁頂，沖擊的目的是使樁基周圍的塑性土壤發(fā)生一定的變形，可以根據(jù)變形特征反應(yīng)出實(shí)測(cè)力和相關(guān)的速度時(shí)程曲線，根據(jù)已知的實(shí)測(cè)力和時(shí)程曲線得知樁基的阻力作用和樁身的抗阻力作用。根據(jù)相關(guān)波動(dòng)原理，分析樁基土體的有關(guān)性狀，在具體的實(shí)際操作中常將檢測(cè)工作氛圍兩個(gè)階段，第一階段利用凱斯法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后估算出樁基的基本承載力，第二階段利用實(shí)測(cè)曲線合法進(jìn)一步確定樁基承載力[1]。

1.2凱斯法對(duì)單樁極限承載力進(jìn)行測(cè)定

先假設(shè)樁截面相等，選取剛-塑性土體阻力模型，凱斯法以一維應(yīng)力波為基礎(chǔ)，通過多項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析確定單樁極限承載力。根據(jù)行波理論，把樁體視為連續(xù)的彈性桿件，簡(jiǎn)化實(shí)測(cè)樁體的的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括樁體上部截面的應(yīng)變力和相應(yīng)的加速度時(shí)程曲線，引進(jìn)其它參數(shù)后可以確定出單樁的極限承載力，公式如下：

式中：Fc-凱斯法判定的單樁極限承載力，kN；Nc-凱斯法阻尼系數(shù)；t1-速度峰時(shí)刻，ms；F（t1）-t1時(shí)刻錘擊力，kN；Z-樁身截面的力學(xué)阻抗，kNs/m；V（t1）-t1時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度；m/s；L-測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)，m；A-裝截面積，m2；c-樁身內(nèi)應(yīng)力波傳播速度，m/s；E-樁身材料的彈性模量，MPa。

1.3實(shí)測(cè)曲線擬合法對(duì)單樁極限承載力進(jìn)行確定

實(shí)測(cè)曲線擬合法以精確的波動(dòng)方程為基礎(chǔ)，將樁分成若干單元，先假定每個(gè)單元的樁土模型和相關(guān)參數(shù)，為了得知樁頂?shù)倪吔鐥l件，必須根據(jù)實(shí)際情況求出實(shí)測(cè)速度，根據(jù)波動(dòng)方程的解算，繪制出樁頂力曲線，將此理論曲線與實(shí)際樁頂力曲線對(duì)比，如果兩條曲線相差較大，為了提高擬合曲線的效果，必須對(duì)樁土模型和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后重新計(jì)算再繪制曲線。利用實(shí)測(cè)曲線擬合法的基本原理是以實(shí)測(cè)值為客觀標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樁土參數(shù)進(jìn)行反推，經(jīng)過多次擬合，得出樁身的剖面性形狀和樁土參數(shù)，利用樁土參數(shù)模擬出沉降曲線。樁土參數(shù)的求解以波動(dòng)方程為基礎(chǔ)，可以得知隨時(shí)間變化的樁身運(yùn)動(dòng)學(xué)參量[2]。

2　高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁方法

測(cè)試前先勘察現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，對(duì)被檢測(cè)樁進(jìn)行必要的處理，預(yù)制樁頭，采用1t的重錘以自由落錘方式錘擊，以最大樁頂力和貫入度確定重錘落距，本次試驗(yàn)中落距取為0.6～0.8m，在距樁身1.5個(gè)樁身直徑的位置布設(shè)2個(gè)應(yīng)力環(huán)和2個(gè)加速度計(jì)，保證每根樁的激振次數(shù)，一般控制在2～3次，提高信號(hào)觀察的精度。

表1是6根樁高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試結(jié)果，在每根樁的檢測(cè)中都對(duì)錘擊力的貫入度進(jìn)行了檢測(cè)，單次激振的貫入度大于2.5mm，說明樁周圍的土體都已發(fā)生塑性變形，發(fā)揮了樁周土的阻力（樁徑0.6m，樁材密度2400kg/m3，樁身截面0.2826m2，以實(shí)測(cè)曲線擬合法分析），6根樁的單樁垂直極限承載力都滿足設(shè)計(jì)要求。

表1　樁基高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試結(jié)果

3　數(shù)據(jù)分析

3.1測(cè)試曲線分析

數(shù)據(jù)曲線應(yīng)反映樁的完整性和裝的相應(yīng)力學(xué)特性，包括動(dòng)力特性和靜力特性，判斷數(shù)據(jù)曲線的合理性也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，主要從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）數(shù)據(jù)曲線的優(yōu)劣：檢查錘擊是否發(fā)生偏移，傳感器工作是否正常，針對(duì)具體檢測(cè)內(nèi)容判斷F（t）曲線和ZV（t）曲線的起跳點(diǎn)是否重合。

（2）錘擊能量的充分性：曲線分離程度過低，樁的貫入度較小，導(dǎo)致樁底反射不明顯，為了避免這種情況，應(yīng)提高落錘距離，重新進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。

（3）數(shù)據(jù)曲線的合理性：數(shù)據(jù)曲線不合理又重新進(jìn)行試驗(yàn)，若多次測(cè)試的結(jié)果均不合理，必須在相近的樁上進(jìn)行相同的測(cè)試[3]。

3.2波速確定

通常將傳感器安裝點(diǎn)的彈性波在樁身的傳播速度稱為廣義的波速，值得注意的是，樁的阻抗大小和極限承載力受波速的影響較大。由于技術(shù)的限制，在目前的檢測(cè)工藝中，沒有可靠的方法對(duì)波速進(jìn)行確定，在實(shí)際應(yīng)用中憑借混凝土的等級(jí)和敲擊后的反應(yīng)來估算波速。由于波速與頻率相關(guān)，頻率不同時(shí)，波速也必然不同，所以不能應(yīng)用小應(yīng)變測(cè)試的波速進(jìn)行計(jì)算，小應(yīng)變測(cè)得的波速有具體的樁長(zhǎng)得出，在高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法中不能應(yīng)用，很難得出準(zhǔn)確的波速。表2是不同波速狀態(tài)下的同一樁的單樁極限承載力，從表2中可以看出，波速引起的誤差高達(dá)10%，在測(cè)試過程中必須重點(diǎn)考慮這一問題。

表2　不同輸入波速下的單樁極限承載力

在實(shí)際應(yīng)用中，若樁長(zhǎng)已知，可以利用上下行波找出樁底反射，求出樁身中的平均波速，以提高準(zhǔn)確度，在表1中就是利用的樁身混凝土平均波速。當(dāng)樁底具有明顯的反射時(shí)，也可利用樁底反射對(duì)波速進(jìn)行計(jì)算。

3.3阻尼系數(shù)Nc的選取

樁體的極限承載力會(huì)受到阻尼系數(shù)Nc的影響，國(guó)際上有關(guān)于不同地基環(huán)境下的阻尼系數(shù)的取值范圍。對(duì)樁身進(jìn)行綜合考慮后發(fā)現(xiàn)，阻尼系數(shù)和樁形、樁徑、地基土類型和圖層的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，所以在實(shí)際計(jì)算中，不可盲目套用國(guó)際上的取值標(biāo)準(zhǔn)。例如，某工地的持力層為硬塑粉土，樁形為夯擴(kuò)樁，表3列出了不同阻尼系數(shù)下的承載力結(jié)果。

表3　不同阻尼系數(shù)下的單樁極限承載力（單位：kN）

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定樁間土的阻尼系數(shù)范圍在0.15～0.40之間，樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)定，同一地區(qū)的阻尼系數(shù)應(yīng)大致相同，相差不得超過0.1，若此工地采用國(guó)際推薦表取值，計(jì)算結(jié)果將偏小，通常為了使動(dòng)靜對(duì)比的結(jié)果更接近，常取比推薦值高0一級(jí)的值。

4.1原始資料

原始資料的完整性和準(zhǔn)確性是提高樁基檢測(cè)準(zhǔn)確度的基本前提，高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法進(jìn)行單樁測(cè)試時(shí)，主要的理論是根據(jù)原始數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出結(jié)論，由此一來這種技術(shù)的準(zhǔn)確定和合理性很大程度上取決于技術(shù)人員對(duì)原始資料的掌握程度，在實(shí)際應(yīng)用中為了減少測(cè)量誤差，必須精確細(xì)致地檢查勘察報(bào)告[4]。

4.2錘擊能量

樁基檢測(cè)中的土阻力直接受到檢測(cè)過程中錘擊能量的影響，樁基檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性也會(huì)受到一定的影響。針對(duì)錘擊能量，錘重和錘距是主要影響因素，在實(shí)際測(cè)試中，需對(duì)土阻力進(jìn)行控制，掌握好錘重和錘距。若錘擊的能量過高，樁基必定發(fā)生一定量的偏移；若錘擊能量過低，不能激發(fā)樁基周圍的土阻力，從而會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果又較大的影響，可能導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

4.3傳感器使用

傳感器是高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)過程中的重要工具，傳感器將檢測(cè)過程中的信息傳回，通過計(jì)算后得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，傳感器在檢測(cè)工作中占有重要地位，傳感器的精度越高，傳回的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)就越接近實(shí)際值，能大大提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

4.4樁頭處理

高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法實(shí)施過程中，較大的錘擊能量將對(duì)樁頭處理提出更高要求。對(duì)于混凝土鉆孔灌注樁，先將污漿或不密實(shí)部分截除，外界長(zhǎng)度大于2倍樁徑的樁頭，將混凝土等級(jí)提高1～2級(jí)，為了防止樁頭開裂，需在外界樁頭時(shí)對(duì)樁身主筋加以控制，將主筋延伸至樁頂，在樁頂設(shè)置合適的鋼筋網(wǎng)片，避免傳感器受損的同時(shí)保證試驗(yàn)成功。在傳感器安裝時(shí)，為了便于接受信號(hào)，需保持樁頭外壁光滑，樁頭的幾何軸線與樁身重合。

5　結(jié)束語

高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法具有速度快、精度高、適用范圍廣的特點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值，但樁基檢測(cè)工作是一項(xiàng)細(xì)致且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中的任何小疏忽都可能導(dǎo)致測(cè)試失敗，數(shù)據(jù)的處理不可有較大的誤差。為了提高檢測(cè)水平，除了積極研發(fā)新式科學(xué)儀器外，檢測(cè)人員必須不斷提高自身素質(zhì)，加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)力度。

4　高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法的影響因素

[1]謝娟.淺析高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].蘭州工業(yè)大學(xué)，2013，42（35）：125.

[2]于明，常志玉.試論建筑工程樁基的幾種檢測(cè)方法[J].中國(guó)科技，2010，10（2）：58.

[3]王莉偉.高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)應(yīng)用中的幾個(gè)問題[J].科技傳播，2013，22（8）：65.

[4]楊婧.基樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)研究[J].科技致富向?qū)В?013，10（5）：201.

TU473.1+6

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1673-0038（2015）34-0133-02

2015-7-12