高應變動力測樁法在樁基檢測中的技術研究

謝代純

（福建省永正工程質量檢測有限公司 福建省 福州市 350012）

高應變動力測樁法在樁基檢測中的技術研究

謝代純

（福建省永正工程質量檢測有限公司 福建省 福州市 350012）

高應變動力測樁法可以進行大噸位樁基檢測工作，比靜載荷實驗法具有更顯著的優點，現已廣泛應用于樁基檢測中。本文結合高應變動力測樁法的概念和原理，對測試方法進行了介紹，以期為相關從業人員提供理論研究依據。

高應變動力；樁基檢測；研究

高應變動力測樁法現已被國內外廣泛應用，為近代測樁技術做出了巨大的貢獻，可以準確測定單樁極限承載力，對樁身結構的完整性做出精確的判斷，解決了大噸位單樁檢測的問題，高應變動力測樁技術已逐漸取代傳統的靜載荷試驗方法，成為現階段最有效的檢測方法。值得注意的是，高應變動力測樁技術的準確性受到樁身性質、測試環境和測試儀器的限制，必須在實際應用中加以控制。

1　高應變動力測樁法介紹

1.1高應變動力測樁法的基本原理

高應變動力測樁法結合實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生一定的變形，可以根據變形特征反應出實測力和相關的速度時程曲線，根據已知的實測力和時程曲線得知樁基的阻力作用和樁身的抗阻力作用。根據相關波動原理，分析樁基土體的有關性狀，在具體的實際操作中常將檢測工作氛圍兩個階段，第一階段利用凱斯法對現場的實際數據進行分析后估算出樁基的基本承載力，第二階段利用實測曲線合法進一步確定樁基承載力[1]。

1.2凱斯法對單樁極限承載力進行測定

先假設樁截面相等，選取剛-塑性土體阻力模型，凱斯法以一維應力波為基礎，通過多項數據的計算分析確定單樁極限承載力。根據行波理論，把樁體視為連續的彈性桿件，簡化實測樁體的的相關數據，包括樁體上部截面的應變力和相應的加速度時程曲線，引進其它參數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；t1-速度峰時刻，ms；F（t1）-t1時刻錘擊力，kN；Z-樁身截面的力學阻抗，kNs/m；V（t1）-t1時刻質點的運動速度；m/s；L-測點下樁長，m；A-裝截面積，m2；c-樁身內應力波傳播速度，m/s；E-樁身材料的彈性模量，MPa。

1.3實測曲線擬合法對單樁極限承載力進行確定

實測曲線擬合法以精確的波動方程為基礎，將樁分成若干單元，先假定每個單元的樁土模型和相關參數，為了得知樁頂的邊界條件，必須根據實際情況求出實測速度，根據波動方程的解算，繪制出樁頂力曲線，將此理論曲線與實際樁頂力曲線對比，如果兩條曲線相差較大，為了提高擬合曲線的效果，必須對樁土模型和參數進行調整后重新計算再繪制曲線。利用實測曲線擬合法的基本原理是以實測值為客觀標準，對樁土參數進行反推，經過多次擬合，得出樁身的剖面性形狀和樁土參數，利用樁土參數模擬出沉降曲線。樁土參數的求解以波動方程為基礎，可以得知隨時間變化的樁身運動學參量[2]。

2　高應變動力測樁方法

測試前先勘察現場的環境，對被檢測樁進行必要的處理，預制樁頭，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，本次試驗中落距取為0.6～0.8m，在距樁身1.5個樁身直徑的位置布設2個應力環和2個加速度計，保證每根樁的激振次數，一般控制在2～3次，提高信號觀察的精度。

表1是6根樁高應變動力測試結果，在每根樁的檢測中都對錘擊力的貫入度進行了檢測，單次激振的貫入度大于2.5mm，說明樁周圍的土體都已發生塑性變形，發揮了樁周土的阻力（樁徑0.6m，樁材密度2400kg/m3，樁身截面0.2826m2，以實測曲線擬合法分析），6根樁的單樁垂直極限承載力都滿足設計要求。

表1　樁基高應變動力測試結果

3　數據分析

3.1測試曲線分析

數據曲線應反映樁的完整性和裝的相應力學特性，包括動力特性和靜力特性，判斷數據曲線的合理性也有相應的標準，主要從以下幾個方面考慮：

（1）數據曲線的優劣：檢查錘擊是否發生偏移，傳感器工作是否正常，針對具體檢測內容判斷F（t）曲線和ZV（t）曲線的起跳點是否重合。

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

（3）數據曲線的合理性：數據曲線不合理又重新進行試驗，若多次測試的結果均不合理，必須在相近的樁上進行相同的測試[3]。

3.2波速確定

通常將傳感器安裝點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。由于技術的限制，在目前的檢測工藝中，沒有可靠的方法對波速進行確定，在實際應用中憑借混凝土的等級和敲擊后的反應來估算波速。由于波速與頻率相關，頻率不同時，波速也必然不同，所以不能應用小應變測試的波速進行計算，小應變測得的波速有具體的樁長得出，在高應變動力測樁法中不能應用，很難得出準確的波速。表2是不同波速狀態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10%，在測試過程中必須重點考慮這一問題。

表2　不同輸入波速下的單樁極限承載力

在實際應用中，若樁長已知，可以利用上下行波找出樁底反射，求出樁身中的平均波速，以提高準確度，在表1中就是利用的樁身混凝土平均波速。當樁底具有明顯的反射時，也可利用樁底反射對波速進行計算。

3.3阻尼系數Nc的選取

樁體的極限承載力會受到阻尼系數Nc的影響，國際上有關于不同地基環境下的阻尼系數的取值范圍。對樁身進行綜合考慮后發現，阻尼系數和樁形、樁徑、地基土類型和圖層的力學性質有關，所以在實際計算中，不可盲目套用國際上的取值標準。例如，某工地的持力層為硬塑粉土，樁形為夯擴樁，表3列出了不同阻尼系數下的承載力結果。

表3　不同阻尼系數下的單樁極限承載力（單位：kN）

國際標準規定樁間土的阻尼系數范圍在0.15～0.40之間，樁基檢測技術規定，同一地區的阻尼系數應大致相同，相差不得超過0.1，若此工地采用國際推薦表取值，計算結果將偏小，通常為了使動靜對比的結果更接近，常取比推薦值高0一級的值。

4.1原始資料

原始資料的完整性和準確性是提高樁基檢測準確度的基本前提，高應變動力測樁法進行單樁測試時，主要的理論是根據原始數據對實際數據進行分析后得出結論，由此一來這種技術的準確定和合理性很大程度上取決于技術人員對原始資料的掌握程度，在實際應用中為了減少測量誤差，必須精確細致地檢查勘察報告[4]。

4.2錘擊能量

樁基檢測中的土阻力直接受到檢測過程中錘擊能量的影響，樁基檢測結果的準確性也會受到一定的影響。針對錘擊能量，錘重和錘距是主要影響因素，在實際測試中，需對土阻力進行控制，掌握好錘重和錘距。若錘擊的能量過高，樁基必定發生一定量的偏移；若錘擊能量過低，不能激發樁基周圍的土阻力，從而會對檢測結果又較大的影響，可能導致試驗失敗。

4.3傳感器使用

傳感器是高應變動力檢測過程中的重要工具，傳感器將檢測過程中的信息傳回，通過計算后得出相應的數據，傳感器在檢測工作中占有重要地位，傳感器的精度越高，傳回的數據越準確，計算得出的數據就越接近實際值，能大大提高檢測的準確度。

4.4樁頭處理

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

5　結束語

高應變動力測樁法具有速度快、精度高、適用范圍廣的特點，具有很高的實用價值，但樁基檢測工作是一項細致且嚴謹的工作，現場測試過程中的任何小疏忽都可能導致測試失敗，數據的處理不可有較大的誤差。為了提高檢測水平，除了積極研發新式科學儀器外，檢測人員必須不斷提高自身素質，加強專業知識學習力度。

4　高應變動力測樁法的影響因素

[1]謝娟.淺析高應變動力檢測技術在樁基檢測中的應用[J].蘭州工業大學，2013，42（35）：125.

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

[3]王莉偉.高應變動力檢測應用中的幾個問題[J].科技傳播，2013，22（8）：65.

[4]楊婧.基樁高應變動力檢測技術研究[J].科技致富向導，2013，10（5）：201.

TU473.1+6

A

1673-0038（2015）34-0133-02

2015-7-12