高應變法在基樁樁身完整性和承載力檢測及計算中的應用

張艷偉

（福建永信德工程檢測有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

基樁是工程建設的重要部分，其主要由樁身和連接樁頂承臺組成，基樁主要分為高、低兩種承臺基樁，如果樁身完全位于土層中、承臺底面直接接觸土層面，屬于地承臺基樁[1]；如果樁身上部分露出地面，承臺底面和土層表面之間具有一定距離，屬于高承臺基樁。工程施工過程中，應結合工程需求選擇合理的基樁類型[2]。在基樁樁身施工過程中，對于施工技術需求較高，如果施工工藝或者施工步驟存在問題[3]，則會影響基樁樁身施工質量，導致基樁樁身的承載力和完整性不滿足要求[4]。常見的檢測方式為靜荷載試驗檢測方法，該方法雖然能夠直接確定基樁樁身的承載力情況，但是檢測效率相對較低，并且無法高效完成大范圍工程基樁樁身抽檢[5]。

高應變法屬于一種應力波反射波法，其主要是在樁頂施加沖擊力，實現樁身灌入后，測量樁身在沖擊力下形成的質點應力和加速度，同時結合波動理論分析方法進行相關分析，因此，其在樁身豎向抗壓承載力檢測以及樁身完整性判斷中具有較好的應用效果。為實現基樁樁身完整性和承載力檢測，本文以實際工程為例，提出高應變法的基樁樁身完整性和承載力檢測，并分析該方法的應用效果。

1 工程概況

為研究高應變法在基樁樁身完整性和承載力檢測中的應用效果，本文以廣東某地區的公路橋梁工程的高承臺基樁為例，展開基樁樁身檢測研究，對樁身完整性和豎向承載力進行客觀評價，為項目交竣工驗收工作提供依據。該地區的地質勘測結果如表1所示。本文在進行檢測時，僅選擇工程中的10個灌注樁樁基作為測試樁基，樁基的相關參數如表2所示。

表1 地質勘測結果

表2 樁基的相關參數

2 基樁樁身完整性和承載力檢測與計算

2.1 高應變法的基樁樁身檢測

2.1.1 高應變檢測裝置結構

結合工程情況，文中選擇RSM-PDT（A）型號的高應變檢測裝置進行該工程基樁樁身完整性和承載力的檢測。該裝置主要包含加速傳感器、應變測量傳感器以及附屬設備等硬件部分，同時設有專業分析軟件，用于完成相關計算，高應變檢測裝置結構如圖1所示。

圖1 高應變檢測裝置結構

在進行檢測時，裝置重錘的最大擊落距離設為1m，并且樁頂下距離1m處安裝傳感器。使用重錘錘擊樁頂，形成的沖擊力會向樁身傳播，樁身以及土層在應力波作用下會發生相應的變形和位移。通過安裝的傳感器以及應變計等獲取樁身在該沖擊過程中樁身的受力以及運動速度時域波形數據；最后依據專業軟件進行該數據的分析，計算得出樁身的完整性和承載力結果。

2.1.2 基樁樁身檢測步驟

采用圖1所示的高應變檢測裝置進行基樁樁身完整性和承載力檢測時，需嚴格按照相關標準完成，檢測工作包括樁身處理、傳感器安裝、貫入度確定、錘擊偏心校正、重錘選擇和突發情況處理等。

（1）樁身處理。

采用高應變檢測裝置進行基樁樁身完整性和承載力檢測時，需對樁端的浮漿、松散以及破損部分進行處理，使其露出內部的混凝土表面。清理完成后，將長度為3m的長樁帽安裝在樁頂，該樁帽主要采用C45 等級混凝土制備。

（2）傳感器安裝。

在標準位置安裝加速傳感器、應變測量傳感器，以此用于實現樁身沖擊時的數據采集。傳感器的安裝位置以及應力波傳播示意圖如圖2所示。

圖2 傳感器的安裝位置以及應力波傳播示意圖

（3）貫入度確定。

高應變檢測裝置進行基樁樁身完整性和承載力檢測時，需確定樁身的貫入度，相關標準規定，在保證承載力計算分析精準性滿足標準需求的前提下，貫入度的參考標準范圍為2～6mm。在檢測現場，文中使用高精度水準儀進行樁身貫入度檢測；采用打樁機作為錘擊設備時，結合連續多次錘擊作用下樁身的總沉降量確定貫入度結果。

（4）錘擊偏心校正。

在安裝高應變檢測裝置時，落錘安裝后的垂直度會存在一定偏差，形成錘擊偏心；該情況會影響錘擊可靠性，因此需通過導向架的調整解決錘擊偏心情況，如果偏心程度較為嚴重，則調整錘墊的擺放位置完成錘擊偏心校正。

（5）重錘選擇。

進行灌注樁樁身檢測時，該樁身設計的容許值在5000～10000kN范圍內，則使用20T錘激振，并采用該重錘進行樁身沖擊，此時重錘的錘擊作用示意圖如圖3所示。

圖3 重錘的錘擊作用示意圖

如果重錘處于自由落錘狀態，可依據已知重錘落距和重錘重量M完成錘擊的瞬時動能結果，其計算公式為：

克服樁端阻力消耗的能量用Edm(t)表示，其計算公式為：

式中：

Jc——阻尼系數；

Fm——作用力；

Vm——質點運動速度。

在上述公式的基礎上，計算重錘錘擊能量傳遞效率eq，其計算公式為：

（6）突發情況處理。

使用高應變檢測裝置進行基樁樁身完整性和承載力檢測時，如果樁頂發生破損，則需更換檢測樁。如果傳感器的A/D初偏值超過標準范圍，則將安裝的傳感器取下來并重新進行安裝；如果重新安裝后仍舊超過標準范圍，則更換新的傳感器。除此之外，如果該檢測裝置檢測到異常信號，先對重錘是否存在偏心進行檢查，并且對傳感器的安裝情況進行檢查。

2.1.3 基樁樁身完整性和承載力的計算

依據傳感器采集的樁身在沖擊力作用下的相關數據，計算樁身的承載力和完整性，承載力的計算公式為：

式中：

Rc——單樁的極限承載力；

F(t1)，F(t2)——實際測量的錘擊力，前者形成在速度波第一峰時刻t1，后者形成在速度波第二峰時刻t2；

v(t1)，v(t2)——分別表示兩個峰值小時可得測點實際測量速度；

Z——樁身截面積力學阻抗，其計算公式為：

式中：E——樁身混凝土材料的彈性模量；

c——樁身在錘擊沖擊時的應力波波速；

A——樁身的截面積。

計算樁身完整性時，需結合地質勘測結果完成，完整性系數ξ和樁身缺陷位置x的計算公式為：

式中：ΔR——樁身缺陷以上部分的土體阻力估計結果。

依據公式（7）的計算結果，可進行基樁樁身完整性判斷，判斷標準如表3所示。

表3 基樁樁身完整性判斷標準

3 檢測結果分析

依據上述檢測方法完成工程中的10個灌注樁樁身的完整性和承載力檢測結果，按照《建筑基樁檢測技術規范》進行判斷，單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均需大于3540kN，測試結果如圖4所示。

圖4 10個灌注樁樁身承載力檢測結果

由圖4可知：高應變法具有較好的樁身檢測效果，可獲取其完整性和承載力結果，為項目竣工驗收工作提供依據。

4 結束語

本文以實際工程為例，研究高應變法在基樁樁身完整性和承載力檢測中的應用，并通過測試確定該方法的應用效果，可為工程項目竣工提供可靠依據。總之，工程施工時地質環境、工程類型、工程項目特點等均會存在一定差異，采用基樁提升基坑的穩定性以及工程的承載力是實踐驗證了的技術。對于施工工藝或者施工流程以及施工環境的土層情況導致基樁樁身發生變形的問題，必須引起我們的重視，一定要科學選擇方法精準測量基樁樁身施工后的完整性和承載力，本文分析的高應變法則可以滿足工程需要。