淺談如何提高高應變法測試的實測曲線質量

劉 軍, 徐 磊, 原力智

(湖北省地質實驗測試中心，湖北 武漢 430034)

數據曲線采集是高應變法檢測試驗成敗的重要環節。國家建設部于1997年頒布的《基樁高應變動力檢測規程》(JGJ106-97)中就提倡采用實測曲線擬合法,對實測曲線質量的要求比過去采用凱司法更加嚴格,至今施行的新檢測規范更是如此。有了好的、可靠的實測曲線,才能保證分析結果的準確性和可靠性,本文列舉一些常見的實測曲線波形并對錘擊質量及其原因進行分析,以供同行業者參考。

1 高應變法動力測樁的基本原理

高應變法動力測試是用重錘沖擊樁頂,使樁—土產生足夠的相對位移，以揭示樁—土體系在接近極限階段時的實際狀態，從而對單樁的承載力作出準確的評價。它一般是通過對稱安裝在樁頂附近的兩對力和加速度傳感器,采集樁頂附近有代表性的樁身軸向應變和樁身運動速度的時程曲線,再用一維波動方程進行分析,推算樁周土和樁身的完整程度[1]。

2 運用高應變法中的實測曲線擬合法確定單樁極限承載力的原理

假定樁為一維彈性桿,樁周土為粘—彈塑性材料,用有限元法將樁分為若干個單元,假定每個單元的樁—土模型及其參數,如土阻力Rd、阻尼JC及Quake值等,利用實測的速度作為樁頂邊界條件輸入,通過特征線法求解波動方程,并反算出樁頂力,與實測力比較,使整個過程成為一種“實測—設定—計算—比較”的循環,完成一次擬合,然后根據對比中所顯示的差別,修改參數設定值,再進行下一次擬合，直到獲得滿意的擬合,最終確定符合實際的樁—土參數值[2]。

3 高應變法測試實測曲線質量分析實例

圖1 測點處砼軟Fig.1 Concrete soft at measuring point

圖1中的實測曲線表明,測點處砼質量不好,造成持續壓應力。錘擊過程的應變超出該段砼的彈性范圍,因此,錘擊結束后該段砼的變形未全部恢復,從而使得力信號的尾部出現持續“壓應力”而不歸零。解決方法是更換測點。

圖2 錘擊偏心Fig.2 Hammering eccentricity

圖2中的實測曲線表明,錘擊嚴重偏心,造成F與V關系失配。錘擊偏心曲線對速度影響要比力信號小一些。另外嚴重偏心可能造成錘擊應力集中于樁頂某個部分,易錘壞樁頭。解決的方法是錘擊時對準樁中心豎向軸線。

圖3 錘重輕Fig.3 Hammer weight and light weight

圖3中的實測曲線表明,錘重過小或錘落距過低造成土阻力無法充分發揮,從而給后期承載力的擬合計算帶來隨意性。從圖中22.4 m后土阻力都沒能發揮出來。解決的方法是采用合適的錘重或遵循“重錘低擊”的原則。

圖4 傳感器未上緊Fig.4 Not tightened sensors

圖4中的實測曲線表明,傳感器未上緊造成信號失真,該曲線實際上是傳感器的自振信號。解決的方法是傳感器一定要上緊。

圖5 傳感器安裝不當Fig.5 Improper installation of sensors

圖5中的實測曲線表明,膨脹螺栓安裝不當造成力曲線尾部出現持續的“拉應力”,另外測點處有微小裂縫也會產生這種現象。解決的方法是更換膨脹螺栓或更換測點。

圖6 嵌巖樁標準實測曲線Fig.6 Standard measured curve of rock socketed pile

圖6中的實測曲線為嵌巖樁的標準實測曲線,嵌巖樁樁尾和樁端的土阻力已充分激發,它的上行分量是上行的“壓縮波”,造成力和速度發生偏離。

圖7 摩擦樁標準實測曲線Fig.7 Standard measured curve of friction pile

圖7中的實測曲線為摩擦樁的標準實測曲線,當下行的“壓縮波”到達樁底時,由于樁端土軟,即力波阻抗小,因此產生上行的“拉力波”,對速度曲線來說,反射波與入射波同向。樁端阻力在稍后的時刻發揮出來。

圖8 樁側阻力小Fig.8 Small resistance of pile side

圖8中的實測曲線表明,樁側阻力小,如果是嵌巖樁,一般來說樁端阻力容易發揮。

圖9 樁側阻力大Fig.9 Large resistance of pile side

圖9中的實測曲線表明,樁側阻力大。對嵌巖樁來說,如果其樁側阻力大或樁身中上部存在大的擴徑,則樁的端阻力極難發揮,看上去與錘重輕或落距過低的實測曲線類似,該類曲線樁的承載力往往容易被低估。

圖10 淺部缺陷Fig.10 Shallow defect

圖10中的實測曲線表明,該樁存在淺部缺陷。當測試樁存在淺部缺陷時,往往速度峰高于力峰。如果缺陷比較嚴重時,則對承載力無法做出較準確的評估。

4 高應變法測試曲線的選取

質量良好的數據是擬合分析獲得成功的首要條件。質量良好的檢測曲線,應滿足以下幾類要求:

(1) 曲線中真正攜帶了所需的土阻力信息和樁身阻抗信息;

(2) 曲線中具有良好的信噪比和精度;

(3) 試驗不能對試樁造成明顯的損傷。

根據上述要求,在同一試樁的多個檢測曲線中選擇質量良好的數據進行擬合分析。需要說明的是任何實測數據都有一定的誤差。因此,在擬合分析前,對實測曲線的一些測試誤差應進行修正,包括曲線同步、峰值重合及上升沿重合等情況*方志香、趙麗華、劉玉杰等,淺談基樁高應變動力檢測過程中應注意的幾個問題,全國基樁、無損檢測及巖土工程新技術研討會，2006。。

5 結束語

一個真實、理想的高應變法信號曲線對試驗來說是至關重要的,它關系到整個高應變法試驗的成敗。而在現實中高應變法試驗由于受種種客觀條件的限制,要得到一個好的測試曲線要比低應變試驗困難得多。例如:試驗場地的限制使得錘重、錘形不能調整、更換;不能反復更換測點;考慮到樁頭易被敲壞,也不能反復敲擊樁頭等。因此作為一名檢測人員,應該在高應變法前對試驗場地地質情況、試驗樁型、樁徑等施工參數以及施工工藝作較深入的了解,對正常的、標準的測試曲線要有一定的概念。當采集首錘測試信號后,檢測人員應能及時發現曲線的異常之處,并分析找到其原因,盡快采取措施予以糾正,以期在接下來的試驗中得到理想的測試曲線,為后期分析計算創造良好的條件,使得最終測試結果可信、可靠[3]。

本文提供的高應變法測試曲線均為筆者多年工程實踐中取得的實測曲線,某些分析也許不太深入,僅供同行參考,以期共同提高測試水平。

參考文獻：

[1] 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，2003:183-217.

[2] 徐攸在.樁的動測新技術[M].第二版.北京：中國建筑工業出版社，2002:184-221.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基樁檢測技術規范：JGJ106-2014[S].北京：中國建筑工業出版社,2014.