簡(jiǎn)析高應(yīng)變法檢測(cè)基樁承載力要點(diǎn)

舒躍華 謝淵潔

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.023

摘 要：現(xiàn)場(chǎng)采集的高質(zhì)量曲線和室內(nèi)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)及豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的分析人員是高應(yīng)變法檢測(cè)基樁承載力的基石。該文簡(jiǎn)析高應(yīng)變法檢測(cè)基樁承載力的適用條件及其現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的準(zhǔn)備工作、傳感器安裝、儀器設(shè)備參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集及擬合分析、判定的控制要點(diǎn)，供相關(guān)工程人員參考。

關(guān)鍵詞：高應(yīng)變 基樁 承載力 擬合

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（a）-0023-03

Points of High-strain Dynamic test of pile Bearing Capacity

Shu Yuehua1，2 Xie Yuanjie1

（1.Kunshan Construction Engineering Quality Test Center；2.Kunshan Station Building Safety Appraisal，Kunshan Jiangsu，215337，China）

Abstract：Quality curve collected in the field and indoor Analysts with a solid theoretical foundation and rich practical experience are the cornerstones of high-strain dynamic test of the pile bearing capacity. This paper describes the applicable conditions of high-strain dynamic test，preparatory work on-site detection， the sensor installation， equipment parameter setting， data acquisition and analysis， judgment，to which the relevant engineering staff can reference.

Key Words：High-strain；Pile；Bearing capacity；Signal-matching

單樁承載力是樁基分項(xiàng)驗(yàn)收的主控項(xiàng)目，事關(guān)工程安全，靜載荷試驗(yàn)是一種通用的檢測(cè)基樁承載力檢測(cè)方法，但靜載荷試驗(yàn)法耗時(shí)長(zhǎng)、成本高，高應(yīng)變法因檢測(cè)耗時(shí)短、費(fèi)用低[1]，在各地基樁承載力檢測(cè)中都有運(yùn)用，高應(yīng)變法檢測(cè)基樁承載力是采用一維應(yīng)力波理論分析計(jì)算樁-土系統(tǒng)響應(yīng)[2]，涉及到波動(dòng)理論、巖土工程等眾多學(xué)科，要求檢測(cè)分析人員具有扎實(shí)的理論知識(shí)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)[3]，在檢測(cè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下，高應(yīng)變法并沒(méi)有得到良好的運(yùn)用，造成了有些地方質(zhì)量監(jiān)督部門對(duì)于高應(yīng)變法檢測(cè)基樁承載力過(guò)于謹(jǐn)慎。

新手要快速地熟悉并正確掌握高應(yīng)變法，首先應(yīng)了解高應(yīng)變法檢測(cè)基樁承載力的控制要點(diǎn)。高應(yīng)變法根據(jù)所測(cè)力和速度曲線采用凱司法或?qū)崪y(cè)曲線擬合法判定樁承載力，其過(guò)程主要包括現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與判定兩個(gè)環(huán)節(jié)，為了減少基樁承載力判定的誤差，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)注意下述事項(xiàng)。

1 適用條件

高應(yīng)變法基于一維桿波動(dòng)理論，在模型上難以簡(jiǎn)化成一維桿或簡(jiǎn)化后誤差大的基樁，不宜采用高應(yīng)變法檢測(cè)其承載力，如，支盤樁、樁身多處擴(kuò)縮頸嚴(yán)重的灌注樁。

多數(shù)情況下高應(yīng)變檢測(cè)所用錘的重量有限，基于重錘低擊原則，錘擊能量有限，不能使樁側(cè)和樁端土阻力充分發(fā)揮，即檢測(cè)錘與基樁承載力不匹配時(shí)，此時(shí)無(wú)法判定基樁極限承載力，不宜采用高應(yīng)變法檢測(cè)，如，大直徑擴(kuò)底樁、預(yù)估Q-s曲線呈現(xiàn)緩變特征的大直徑樁或超長(zhǎng)樁。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)之前應(yīng)了解基樁類型及成樁時(shí)間，灌注樁樁身強(qiáng)度及樁-土接觸面抗剪強(qiáng)度的形成需要一定時(shí)間，錘擊管樁時(shí)產(chǎn)生土體擾動(dòng)、超孔隙水壓力，隨休止時(shí)間的增長(zhǎng)，超孔隙水壓力逐漸消散，樁-土傳力性狀改善，基樁承載力有較大幅度增長(zhǎng)。灌注樁一般在成樁后不小于28 d檢測(cè)，預(yù)制樁結(jié)合施工工藝、地質(zhì)條件綜合考慮，無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按規(guī)范取7～25 d[4]。

高應(yīng)變法判定基樁承載力是建立在采集到高質(zhì)量曲線的基礎(chǔ)上，而高質(zhì)量的檢測(cè)曲線與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的準(zhǔn)備工作、檢測(cè)裝置、儀器設(shè)備、參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)采集密切相關(guān)。

2.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)落錘導(dǎo)向架對(duì)場(chǎng)地要求決定是否需要平整場(chǎng)地，以確保導(dǎo)向裝置垂直，借助導(dǎo)向裝置的落錘能錘擊平穩(wěn)對(duì)中。

檢測(cè)時(shí)樁頂面應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)，樁頂高度應(yīng)滿足錘擊裝置要求。檢測(cè)樁為預(yù)制樁，成樁時(shí)樁頭未破壞則無(wú)需處理，灌注樁一般應(yīng)該破除樁頭浮漿至下部密實(shí)部位，并應(yīng)打磨平整，對(duì)不能承受錘擊的樁頭可按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）附錄B處理。

樁頭頂部應(yīng)設(shè)置樁墊，現(xiàn)場(chǎng)可采用10～30 mm厚的木板或膠合板，一定程度上減輕應(yīng)力集中并起物理濾波作用。

2.2 檢測(cè)裝置、儀器設(shè)備

進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)之前應(yīng)選好落錘，錘的重量不小于單樁豎向抗壓承載力特征值的2%，當(dāng)檢測(cè)樁樁徑較大或樁長(zhǎng)較長(zhǎng)導(dǎo)致樁-錘匹配能力下降時(shí)，尚應(yīng)適當(dāng)提高錘的重量。錘應(yīng)有穩(wěn)固的導(dǎo)向裝置，且要求其形狀對(duì)稱，高徑（寬）比不小于1。

檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境一般都較差，檢測(cè)儀器的主要技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁動(dòng)測(cè)儀》JG/T 3055要求，儀器應(yīng)在校準(zhǔn)或標(biāo)定期內(nèi)并能使用正常。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要包括傳感器安裝、參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)采集。

2.3.1 傳感器安裝

應(yīng)變傳感器和加速度傳感器宜分別對(duì)稱安裝在距樁頂不小于2D或2B（D、B為樁徑、邊長(zhǎng)）的樁側(cè)表面處，大直徑樁可適當(dāng)減少樁頂與傳感器間的距離，太近易出現(xiàn)錘擊高頻波干擾且在樁頭破碎時(shí)損壞傳感器。加速度傳感器中心應(yīng)與應(yīng)變傳感器中心平齊，同側(cè)傳感器間的水平距離宜為8 cm左右。

安裝面材質(zhì)應(yīng)均勻、密實(shí)、平整，安裝面不平整時(shí)，可機(jī)械磨平。安裝傳感器的螺栓鉆孔應(yīng)垂直于樁側(cè)表面，可以借助自制模板以控制好孔距及孔深，確保安裝完畢后的傳感器緊貼樁身表面且其敏感軸與樁中心軸平行，在錘擊時(shí)不產(chǎn)生滑動(dòng)。后續(xù)檢測(cè)出現(xiàn)傳感器出現(xiàn)松動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，傳感器拾取的信號(hào)不是安裝處樁身的實(shí)際運(yùn)動(dòng)或變形，應(yīng)及時(shí)重新安裝傳感器，確保不因傳感器安裝影響檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

安裝應(yīng)變傳感器時(shí)，應(yīng)對(duì)其初始應(yīng)變值進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)安裝面平整、螺栓孔距及孔深合適時(shí)，初始應(yīng)變值一般都很小，不影響后續(xù)檢測(cè)結(jié)果。

2.3.2 參數(shù)設(shè)定

測(cè)點(diǎn)處樁截面尺寸按實(shí)測(cè)值設(shè)定，測(cè)點(diǎn)以下樁長(zhǎng)及截面積可按設(shè)計(jì)值或施工記錄數(shù)據(jù)設(shè)定。樁身波速可參考附近場(chǎng)地同類型樁已測(cè)樁的波速或本地經(jīng)驗(yàn)值初步設(shè)定，若樁底反射信號(hào)明顯，檢測(cè)后波速可根據(jù)所測(cè)曲線及樁長(zhǎng)反推得到，樁身彈性模量相應(yīng)調(diào)整。

信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)不宜少于1 024點(diǎn)，采樣間隔宜為50～

200 μs，一般情況下，樁越長(zhǎng)設(shè)置采樣間隔越大。

傳感器的設(shè)定值按鑒定或校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)定，智能傳感器自動(dòng)讀取[5]，無(wú)需重設(shè)。

2.3.3 數(shù)據(jù)采集

為了提高承載力檢測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)符合重錘低擊原則，實(shí)測(cè)單擊貫入度宜為2～6 mm，太小基樁未打動(dòng)，過(guò)大很可能產(chǎn)生塑性變形。采集信號(hào)時(shí)，應(yīng)關(guān)注樁頂最大動(dòng)位移、貫入度、樁身拉壓應(yīng)力、缺陷程度及其發(fā)展?fàn)顩r，并據(jù)其判斷信號(hào)質(zhì)量及有效錘擊信號(hào)數(shù)量。發(fā)現(xiàn)波形紊亂，應(yīng)暫停并分析原因，若樁身有明顯缺陷或缺陷程度因檢測(cè)加劇時(shí)，應(yīng)停止檢測(cè)，防止樁身進(jìn)一步受損。

3 數(shù)據(jù)分析與判定

高質(zhì)量的信號(hào)是得出可靠分析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)，選取錘擊信號(hào)時(shí)，宜取有足夠的錘擊能量并使樁周土阻力充分發(fā)揮的信號(hào)，當(dāng)混凝土開(kāi)裂或出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形使力信號(hào)尾部曲線未歸零、力通道數(shù)據(jù)不全或兩側(cè)力信號(hào)幅值相差超過(guò)1倍時(shí)，信號(hào)不能作為分析計(jì)算的依據(jù)。雖然市面的檢測(cè)報(bào)告所附原始曲線出現(xiàn)上述不能作為分析計(jì)算的情況，但應(yīng)該清楚報(bào)告中的結(jié)果是人為干預(yù)且不可以信的。

當(dāng)測(cè)點(diǎn)處原設(shè)定波速在檢測(cè)完成后進(jìn)行了調(diào)整，樁身材料彈性模量E亦要做相應(yīng)調(diào)整。若通過(guò)應(yīng)變式傳感器所測(cè)的力信號(hào)按速度單位（）存儲(chǔ)，樁身材料彈性模量E調(diào)整后尚應(yīng)對(duì)原始實(shí)測(cè)力值校正。

樁淺部阻抗變化和土阻力影響、測(cè)點(diǎn)處混凝土的非線性、樁側(cè)土阻力波或樁底反射波的影響都會(huì)造成力、速度曲線比例失調(diào)，實(shí)測(cè)力、速度信號(hào)第一峰起始段不成比例時(shí)，不得對(duì)實(shí)測(cè)力或速度信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。比例失調(diào)時(shí)，應(yīng)結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告、成樁記錄及現(xiàn)場(chǎng)情況綜合分析。

分析計(jì)算前，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)實(shí)測(cè)波形反映出的承載性狀、樁身缺陷程度及位置進(jìn)行定性檢查，當(dāng)嵌巖樁樁底反射強(qiáng)烈且無(wú)明顯端阻力反射、樁身缺陷明顯或?qū)λ匠休d力有影響、多次錘擊存在觸變效應(yīng)時(shí)，應(yīng)采用靜載試驗(yàn)方法進(jìn)一步驗(yàn)證。

鑒于凱司法判定樁承載力做了較大的前提假定，同時(shí)阻尼系數(shù)Jc又是一個(gè)無(wú)明確物理意義的綜合調(diào)整系數(shù)，檢測(cè)報(bào)告中基樁承載力多采用實(shí)測(cè)曲線擬合法判定。擬合法要求采用的樁、土及樁土界面力學(xué)模型應(yīng)明確、合理，樁、土及樁土界面的力學(xué)模型能反映實(shí)際力學(xué)性狀，擬合選用參數(shù)應(yīng)在工程所在地巖土工程的合理范圍內(nèi)，土單元選用的最大彈性位移值應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)或已有研究成果設(shè)定，若力學(xué)模型、參數(shù)選取與實(shí)際偏差較大時(shí)，報(bào)告中提出的承載力值可信度低。選取能反應(yīng)基樁承載特性的高質(zhì)量原始測(cè)試信號(hào)進(jìn)行擬合，合理選取模型及力學(xué)參數(shù)，多次迭代擬合完成時(shí)，樁側(cè)土阻力相應(yīng)區(qū)段的計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線應(yīng)相吻合，其他區(qū)段應(yīng)基本吻合，計(jì)算的貫入度應(yīng)接近實(shí)測(cè)值，此時(shí)的擬合質(zhì)量數(shù)值遠(yuǎn)小于5。

4 結(jié)語(yǔ)

高應(yīng)變法是一種基一維桿波動(dòng)理論發(fā)展起來(lái)的動(dòng)測(cè)法，對(duì)檢測(cè)人員有較高的要求，沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，難以用好高應(yīng)變法。簡(jiǎn)單分析高應(yīng)變法適用條件及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)準(zhǔn)備工作、傳感器安裝、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集及分析判定時(shí)的控制要點(diǎn)，供相關(guān)工程人員參考。

參考文獻(xiàn)

[1] Hussein，M.and Goble，G.A Brief History of the Application of Stress-Wave Theory to Piles[J].ASCE Geotechnical Special Publication，2004，125：186-201.

[2] 陳凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014：578-581.

[3] Likins，G.，and Rausche，F(xiàn).What constitutes a good PDA test？[C]//In Proceedings of the Eighth International Conference on the Application of Stress Wave Theory to Piles.2008：403-476.

[4] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 106-2014，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[5] Likins，G.，Hermansson，I.，Kightley，M.，Cannon，J.，and Klingberg，D.Advances in Dynamic Foundation Testing Technology[C]//Contemporary Topics in Deep Foundations.2009：591-598.