淺談工程基樁檢測(cè)中的高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)

夏明玉 李軍

摘要：隨著我國(guó)日益城市化的發(fā)展，建筑事業(yè)也在逐漸壯大。其地基基礎(chǔ)工程是公路建設(shè)工程的重要組成部分，而基樁是地基基礎(chǔ)中最常用的基礎(chǔ)形式。樁基工程施工質(zhì)量好壞直接關(guān)系著整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和實(shí)用性，而樁基檢測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的質(zhì)量控制。高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法是樁基工程驗(yàn)收、樁身質(zhì)量控制的常規(guī)手段，也是樁基豎向承載力的重要補(bǔ)充。因此，本文針對(duì)高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)的原理、方法以及在工程基樁檢測(cè)中進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高應(yīng)變檢測(cè);原理方法;技術(shù)探討

我國(guó)基樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)理論研究與實(shí)踐始于20世紀(jì)70年代.自80年代以來，以波動(dòng)方程為基礎(chǔ)的高應(yīng)變法進(jìn)入了快速發(fā)展期.由于采用高應(yīng)變進(jìn)行承載力檢測(cè)具有工期短、成本低、效率高等特點(diǎn)，促進(jìn)了其適用性、可靠性的研究，同時(shí)加快了高應(yīng)變法的推廣。樁基工程施工質(zhì)量直接關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)的安全，然而在實(shí)際施工過程中，樁基工程各項(xiàng)指標(biāo)不可避免會(huì)受到地下水等不良因素、施工工藝缺陷的影響，加上樁基工程屬于隱蔽工程，大大加大了施工質(zhì)量審查難度。所以，樁基的檢測(cè)工作可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的質(zhì)量控制，而高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)更成為當(dāng)前樁基工程中樁基承載力確定、樁身質(zhì)量控制的重要方法。

一、高應(yīng)變檢測(cè)原理和方法

1.高應(yīng)變動(dòng)測(cè)原理

高應(yīng)變所用理論基礎(chǔ)，計(jì)算方法與低變相同，，但低變由于樁與土體系變形極小，不考慮阻尼的非線性影響。高變錘擊能量大，樁土變形明顯出現(xiàn)非線性關(guān)系，還要考慮土彈簧，甚至是土阻尼的非線性，建立了各種力模型。高應(yīng)變檢測(cè)承載力的準(zhǔn)確度與合理擬合土參數(shù)直接相關(guān)，要求利用靜載試驗(yàn)進(jìn)行輔助擬和。相較低應(yīng)變檢測(cè)方法，高應(yīng)變檢測(cè)最主要的特征是利用高能量錘的沖擊使土體產(chǎn)生永久變形，以此來激發(fā)樁側(cè)土的摩阻力和樁端阻力，在檢測(cè)大直徑樁和樁長(zhǎng)較長(zhǎng)的樁的樁身完整情況方面具有極大優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際檢測(cè)中，錘擊方法，錘擊能量的充分擊發(fā)與否，傳感器安裝正確與否都在很大程度影響了檢測(cè)結(jié)果。

2.高應(yīng)變確定基樁承載力的方法

（1）凱斯法

凱斯法種簡(jiǎn)化分析方法，先列出一定的假設(shè)條件求出一維波動(dòng)方程的一個(gè)封閉解，建立起土阻力與應(yīng)力波之間的一個(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系，進(jìn)而求得基樁極限承載力與樁身所測(cè)得的壓力和質(zhì)點(diǎn)速度值的關(guān)系。在實(shí)際工程基樁檢測(cè)中，應(yīng)用凱斯法要事先選定土的阻尼參數(shù)，加之計(jì)算公式是在人為假定的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的，存在一定局限性。凱斯法判定單樁極限承載力只限于中、小直徑樁，所以影響了凱斯法檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

（2）波形擬合法

波形擬合法是凱斯法和史密斯法的結(jié)合，有效克服了凱斯法的缺陷。其基本思路是，在錘擊過程中，采集兩組實(shí)測(cè)曲線，即力隨時(shí)間變化曲線和速度隨時(shí)間變化曲線。借助分析其中一組曲線，利用高精度的計(jì)算機(jī)程序?qū)⒂?jì)算值與實(shí)測(cè)值反復(fù)進(jìn)行比較和迭代，若不滿足則不斷調(diào)整假定參數(shù)值試算，直到計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相符合，最終得到符合實(shí)際的參數(shù)值，即得到較準(zhǔn)確的單樁承載力、樁身完整性、樁側(cè)摩阻情況，這種方法大大降低了分析過程中人為因素帶來的誤差。大量試驗(yàn)和動(dòng)靜對(duì)比表明，波形擬合法是一種較為成熟的承載力確定方法，準(zhǔn)確性和可信度均很高，必將成為高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法的主流

二、高應(yīng)變檢測(cè)的方法

1.原始材料的收集

正確收集原材料是測(cè)試準(zhǔn)確的前提，高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集的質(zhì)量直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于在高應(yīng)變檢測(cè)中基樁檢測(cè)準(zhǔn)確度受到地質(zhì)條件、樁長(zhǎng)資料等影響，若使用凱斯法進(jìn)行檢測(cè)，地質(zhì)資料不完整或不完全準(zhǔn)確會(huì)使檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大誤差;使用使得曲線擬合法進(jìn)行檢測(cè)，也需要首先假設(shè)樁土參數(shù)進(jìn)行試算，對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析能在一定程度上避免試算的盲目性。此外，若沒有完整的樁長(zhǎng)資料，則無法確定樁體波速，檢測(cè)很可能會(huì)失效。當(dāng)然，實(shí)際分析計(jì)算中，參考資料不能與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相提并論，當(dāng)資料缺乏或不準(zhǔn)確時(shí)，應(yīng)從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中進(jìn)行分析，得出結(jié)果。

2.樁頭處理

在高應(yīng)變檢測(cè)中波的傳播效果直接受到樁頭質(zhì)量好壞的影響，由于樁頭直接承受和傳遞沖擊荷載，在錘擊能量過大的情況下，為緩沖錘擊能量，延長(zhǎng)荷載作用時(shí)間，保證樁頭均勻受力，應(yīng)配置樁墊。也可先將樁頭薄弱段除去，另澆制一接長(zhǎng)段，用以承受沖擊荷載，為避免連接處出現(xiàn)反射而影響檢測(cè)準(zhǔn)確性，接長(zhǎng)段阻抗應(yīng)與原樁阻抗基本相同。再對(duì)樁頭進(jìn)行加固處理，加固后的樁頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度且樁頂面平整，樁頭中軸線與樁身上部中軸線應(yīng)重合。

3.安裝傳感器

高應(yīng)變檢測(cè)中用到的傳感器包括應(yīng)變式力傳感器和加速度傳感器。傳感器在錘擊過程中出現(xiàn)滑移會(huì)影響到數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，因此，傳感器必須牢固安裝，不能因錘擊振動(dòng)而引起松動(dòng)或接觸不良，尤其力傳感器位置要有良好的平整平面，用膨脹螺絲緊固于樁身完好的新鮮混凝土面上，以保證傳感器和樁身一起變形。

4.錘擊

基樁檢測(cè)中高應(yīng)變檢測(cè)的主要目的是確定基樁承載力，而基樁承載力即土對(duì)樁的靜阻力與樁土位移有關(guān)，土對(duì)樁的動(dòng)阻力與樁土速度有關(guān)。受到錘擊作用影響，樁身不可避免會(huì)出現(xiàn)動(dòng)阻力，但利用樁身速度近似值計(jì)算動(dòng)阻力值存在較大誤差，且誤差隨樁身速度的增加而增加。為此，必須掌握好錘擊能量，使其既能使樁土產(chǎn)生足夠大的位移，又能避免過大樁土速度的產(chǎn)生，通常，當(dāng)樁身阻抗較大時(shí)，應(yīng)增加錘擊能量，而當(dāng)阻力較小時(shí)，采用樁極限承載力1%的錘重即可，每根樁可錘擊1-3錘。

5.檢測(cè)時(shí)間的選擇

樁頂被錘擊后，樁周圍土體會(huì)被擾動(dòng)，強(qiáng)度降低，這就使整個(gè)樁土體系的承載力降低，然而，隨著時(shí)間的推移，樁周土體強(qiáng)度會(huì)逐漸恢復(fù)并增加，基樁承載力、混凝土樁強(qiáng)度都會(huì)隨之增強(qiáng)。所以，高應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，應(yīng)合理選擇測(cè)試時(shí)間，不應(yīng)過早，以免低估基樁承載力，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差。

三、加強(qiáng)砼強(qiáng)度對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響

1、要取得樁基高應(yīng)變?cè)嚇兜恼鎸?shí)數(shù)據(jù)，就需要確保檢測(cè)的采集數(shù)據(jù)真實(shí)可靠程度較高，進(jìn)而才能確保采集數(shù)據(jù)的速度曲線理想。因此，這就要求在這一過程能夠嚴(yán)格按照規(guī)程要求及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)掌握好砼灌注樁的強(qiáng)度等級(jí)，以此才能使高應(yīng)變檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)完整。

2、承載力數(shù)據(jù)和靜載加以對(duì)比。通過大量的實(shí)踐檢測(cè)可知，高應(yīng)變動(dòng)力試樁一般對(duì)預(yù)制樁型非常配套。也就是說，在實(shí)踐檢測(cè)試樁中，其檢測(cè)的承載力數(shù)據(jù)和靜載數(shù)據(jù)加以對(duì)比后的誤差程度較小，但是在實(shí)際中的砼灌注樁的承載力數(shù)據(jù)和靜載之間的數(shù)據(jù)誤差卻相對(duì)較大。所以，由此可見在實(shí)踐檢測(cè)試樁過程中，高應(yīng)變力動(dòng)力檢測(cè)具備的要求相對(duì)較高，應(yīng)當(dāng)滿足一定的作業(yè)檢測(cè)要求，并能夠?qū)?shí)際情況按照規(guī)程加以周全考慮才能逐步消除一些限制因素。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于基樁承載力檢測(cè)中，它能夠有效地補(bǔ)充和部分取代傳統(tǒng)的靜載荷試驗(yàn)，使檢測(cè)數(shù)量大大地提高，檢測(cè)費(fèi)用大幅度下降。與此同時(shí)，使樁基工程的質(zhì)量得到了更好的保障。其不僅能夠檢測(cè)出樁基豎向承載力，還能檢測(cè)樁身完整性，具有很高推廣和應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然，我們也應(yīng)在具體工程實(shí)踐中不斷積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)樁基做出正確評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)做出進(jìn)一步完善，最大限度發(fā)揮其在工程質(zhì)量控制、進(jìn)度控制方面的價(jià)值。因此，要重視動(dòng)靜對(duì)比試驗(yàn)，積累樁基工程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。求得較為適合當(dāng)?shù)毓こ痰挠?jì)算參數(shù)。進(jìn)一步提高高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁化強(qiáng)，周玲玲.高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法在工程樁性狀分析中的應(yīng)用[J].山西建筑，2005，（09）：60-61.

[2]譚海英.高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試技術(shù)在基樁檢測(cè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，5.[3]梁如福.淺談高應(yīng)變檢測(cè)在工程基樁檢測(cè)上應(yīng)用以及注意的事項(xiàng)[J].科學(xué)之友.2010，（6）：52-53.

[4]王秉宇.高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法在基樁承載力確定中的應(yīng)用研究[D].河北農(nóng)業(yè)大學(xué).2013.