淺談高應變法檢測與靜載法檢測在工程檢測中的對比應用

黃智波 健研檢測集團有限公司

1 前言

目前樁基礎工程檢測主要是檢測單樁極限承載力和樁身完整性，而單樁極限承載力能否滿足設計要求是一個很重要的檢測內容。其中，靜載檢測方法和高應變檢測方法用于檢測單樁極限承載力[1]。靜載檢測方法的特點是檢測結果直觀、準確、可靠，但是檢測成本高、檢測周期較長、對場地條件要求較高，無法對樁基進行大面積檢測。高應變檢測方法的優點是檢測成本較低、周期短、對場地條件要求較低，但是該方法屬于半經驗法，受樁周地質條件、施工質量、現場檢測數據采集質量及檢測人員的經驗影響較大，其檢測結果的可靠性還有待提高。本文結合樁基工程檢測實例，介紹高應變法在工程檢測中的應用及與靜載法檢測結果的對比，對如何提高高應變法檢測的可靠性進行探討。

2 高應變法檢測的原理及方法

2.1 高應變法檢測原理[2]

高應變法試樁是一種用重錘沖擊樁頂，沖擊脈沖在沿樁身向下傳播的過程中使樁—土產生足夠的相對位移，以激發樁周土阻力和樁端支承力的一種動力檢測方法。巖土對樁的阻力作用、樁身力學阻抗的變化將通過速度時程曲線及實測的力得到全面的反應。樁土體系的相關性狀可由波動理論獲得，具體可分為以下兩個階段。首先，采用相關儀器對現場需測樁體進行數據的采集，并且采用凱斯法（CASE法）對基樁承載力進行初步估算；其次，在室內采用實測曲線擬合法（CC?WAPC法）來確定基樁的承載力[3]。

2.1.1 凱斯法測定單樁極限承載力

在檢測樁基極限承載力時，凱斯法以一維應力波理論為基礎，將樁體假設為等截面連續的彈性桿件，并對某個截面的應變和加速度時程曲線進行簡化。在實際檢測中，對樁體實測數據進行相應分析計算，最終確定樁基的極限承載力。由于該方法將土阻力模型視為鋼塑性，通過分析計算得到的結果一般為接近承載力的估算值。因此，在使用凱斯法時，往往需要通過多次計算，得到最終結果，以確保樁基極限承載力計算的準確性。

2.1.2 實測曲線擬合法確定單樁極限承載力

在檢測樁基承載力時，對樁體的波形進行先假定、再測量和最后計算的方法稱為實測曲線擬合法，該方法是一種精確的波動方程解法。在檢測時，需要檢測人員預先假定樁周土的模型及其相關參數，并以實測樁頂的速度作為邊界條件進行相關波動方程的求解，對比求解得到的波形曲線與實測的波形曲線，若兩種波形曲線吻合度不高，則需調整樁周土的模型及其相關參數重新計算，直至兩種波形較好吻合，此時得到的承載力即為樁基的極限承載力。由于該方法對樁周土及其參數的假定要求較高，因此檢測人員需嚴格按照計算規則及相關標準進行假定。

2.2 高應變法測樁現場檢測步驟

試驗采用武漢巖海（RS-1616K）基樁動測儀進行檢測，主要儀器設備由便攜式主機、中繼器、兩個應變式傳感器與兩個加速度傳感器、重錘組成，高應變現場檢測簡圖見圖1。

圖1 高應變現場檢測簡圖

現場檢測步驟如下：資料收集→檢測時間確定→樁頭處理→傳感器安裝位置選擇→樁側打磨→打孔及膨脹螺栓安裝→導向裝置就位→布置錘墊→傳感器安裝→自由落錘就位→儀器參數設置→儀器狀態確認→提升高度控制→錘擊→貫入度測量→信號確認。

3 影響高應變檢測結果的主要因素

影響高應變檢測結果的主要因素有：選擇合適的錘重、錘墊和落距，優先選用重錘低擊使樁有足夠的貫入度以激發樁端阻力；對受檢樁樁頭進行加固處理，確保樁頭不會在試驗過程中被破壞；對安裝傳感器的樁身表面進行平整處理，保證傳感器的安裝質量；重錘自由落體時，使重錘中心與樁中心重合，避免產生偏心錘擊樁頭；實測數據曲線分析時，參數選擇不合理，也會影響高應變檢測結果。

4 工程概況及地質條件

本項目位于某工業園區內，總投資475535 萬元，采用“雙閃”銅冶煉技術，建成后年產40萬噸陰極銅。項目總用地面積882600m2（合1323.9 畝），本次實際用地面積626000m2（合939.00 畝），預留銅加工用地面積256600m2（合384.90 畝），建構筑物占地面積181600m2，總建筑面積191800m2。

設計樁基礎采用PHC 管樁，樁徑為500mm，壁厚為125mm，設計有效樁長約為50m，樁身混凝土強度為C80，設計單樁豎向抗壓極限承載力為4000kN。本次共對3根試樁進行測試，樁號分別為S1、S2、S3，施工記錄詳見表1。工程地質資料見表2。

表1 施工記錄

表2 工程地質資料

5 測試結果及分析

本工程分別采用了靜載試驗和高應變試驗檢測方法對S1、S2、S3 三根試樁進行檢測，檢測步驟嚴格按照JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》[4]執行。根據地勘報告提供的各土層承載力、施工記錄和實測的力-速度曲線，采用武漢巖海CCWAPC 高應變擬合分析系統進行分析，分析結果得到的該3 根試樁擬合曲線見圖2、圖3、圖4，單樁極限承載力見表3。

表3 CCWAPC擬合結果

圖2 S1#樁擬合曲線

圖4 S3#樁擬合曲線

通過靜載試驗得到的該3根試樁的Q-s曲線見圖5。從圖中可以得出以下結論：該3根樁在最大試驗荷載作用下均未達到極限承載狀態，按照JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》可知，該3 根樁的單樁豎向抗壓極限承載力取最大試驗荷載值4000kN。

圖5 單樁豎向抗壓靜載試驗Q-s曲線

將高應變試驗結果和靜載試驗結果進行對比，結果詳見表4。從表中可看出：S1樁高應變檢測值比靜載試驗檢測值高4.1%；S2 樁高應變檢測值比靜載試驗檢測值高3.7%；S3 樁高應變檢測值比靜載試驗檢測值高3.6%；總體而言，高應變檢測值和靜載試驗檢測值誤差在5%以內，其可靠性還是相對比較高的。

表4 單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果與高應變檢測結果對比

6 結束語

本文基于工程實例，通過對比分析高應變檢測和靜載試驗檢測方法的試驗結果，得出以下幾個結論：

（1）在減小高應變檢測測試誤差的情況下，該工程3 根樁高應變檢測值和靜載試驗檢測值誤差在5%以內，誤差較小，其結果相對可靠。

（2）不同的場地，因其地質條件、施工情況的不同，高應變檢測參數的選擇將影響其檢測結果。因此不同的場地條件，應結合靜載試驗的結果，通過對比分析，積累經驗，選擇合理的參數，以保證高應變檢測結果的可靠度。

（3）在保證高應變檢測結果可靠的前提下，因其檢測速度快、成本低的優勢，可將高應變檢測推廣到基樁量大的工程進行大面積普查。

（4）由于本工程只對3 根樁進行的分析對比，樣本數據有限；影響高應變檢測方法可靠性的其他因素還需要進一步增加樣本數據進行分析研究。