淺談如何提高高應(yīng)變法測(cè)試的實(shí)測(cè)曲線質(zhì)量

劉 軍, 徐 磊, 原力智

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖北 武漢 430034)

數(shù)據(jù)曲線采集是高應(yīng)變法檢測(cè)試驗(yàn)成敗的重要環(huán)節(jié)。國(guó)家建設(shè)部于1997年頒布的《基樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》(JGJ106-97)中就提倡采用實(shí)測(cè)曲線擬合法,對(duì)實(shí)測(cè)曲線質(zhì)量的要求比過(guò)去采用凱司法更加嚴(yán)格,至今施行的新檢測(cè)規(guī)范更是如此。有了好的、可靠的實(shí)測(cè)曲線,才能保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,本文列舉一些常見(jiàn)的實(shí)測(cè)曲線波形并對(duì)錘擊質(zhì)量及其原因進(jìn)行分析,以供同行業(yè)者參考。

1 高應(yīng)變法動(dòng)力測(cè)樁的基本原理

高應(yīng)變法動(dòng)力測(cè)試是用重錘沖擊樁頂,使樁—土產(chǎn)生足夠的相對(duì)位移，以揭示樁—土體系在接近極限階段時(shí)的實(shí)際狀態(tài)，從而對(duì)單樁的承載力作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。它一般是通過(guò)對(duì)稱(chēng)安裝在樁頂附近的兩對(duì)力和加速度傳感器,采集樁頂附近有代表性的樁身軸向應(yīng)變和樁身運(yùn)動(dòng)速度的時(shí)程曲線,再用一維波動(dòng)方程進(jìn)行分析,推算樁周土和樁身的完整程度[1]。

2 運(yùn)用高應(yīng)變法中的實(shí)測(cè)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(gè)單元,假定每個(gè)單元的樁—土模型及其參數(shù),如土阻力Rd、阻尼JC及Quake值等,利用實(shí)測(cè)的速度作為樁頂邊界條件輸入,通過(guò)特征線法求解波動(dòng)方程,并反算出樁頂力,與實(shí)測(cè)力比較,使整個(gè)過(guò)程成為一種“實(shí)測(cè)—設(shè)定—計(jì)算—比較”的循環(huán),完成一次擬合,然后根據(jù)對(duì)比中所顯示的差別,修改參數(shù)設(shè)定值,再進(jìn)行下一次擬合，直到獲得滿(mǎn)意的擬合,最終確定符合實(shí)際的樁—土參數(shù)值[2]。

3 高應(yīng)變法測(cè)試實(shí)測(cè)曲線質(zhì)量分析實(shí)例

圖1 測(cè)點(diǎn)處砼軟Fig.1 Concrete soft at measuring point

圖1中的實(shí)測(cè)曲線表明,測(cè)點(diǎn)處砼質(zhì)量不好,造成持續(xù)壓應(yīng)力。錘擊過(guò)程的應(yīng)變超出該段砼的彈性范圍,因此,錘擊結(jié)束后該段砼的變形未全部恢復(fù),從而使得力信號(hào)的尾部出現(xiàn)持續(xù)“壓應(yīng)力”而不歸零。解決方法是更換測(cè)點(diǎn)。

圖2 錘擊偏心Fig.2 Hammering eccentricity

圖2中的實(shí)測(cè)曲線表明,錘擊嚴(yán)重偏心,造成F與V關(guān)系失配。錘擊偏心曲線對(duì)速度影響要比力信號(hào)小一些。另外嚴(yán)重偏心可能造成錘擊應(yīng)力集中于樁頂某個(gè)部分,易錘壞樁頭。解決的方法是錘擊時(shí)對(duì)準(zhǔn)樁中心豎向軸線。

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

圖3中的實(shí)測(cè)曲線表明,錘重過(guò)小或錘落距過(guò)低造成土阻力無(wú)法充分發(fā)揮,從而給后期承載力的擬合計(jì)算帶來(lái)隨意性。從圖中22.4 m后土阻力都沒(méi)能發(fā)揮出來(lái)。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(shí)測(cè)曲線表明,傳感器未上緊造成信號(hào)失真,該曲線實(shí)際上是傳感器的自振信號(hào)。解決的方法是傳感器一定要上緊。

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

圖5中的實(shí)測(cè)曲線表明,膨脹螺栓安裝不當(dāng)造成力曲線尾部出現(xiàn)持續(xù)的“拉應(yīng)力”,另外測(cè)點(diǎn)處有微小裂縫也會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象。解決的方法是更換膨脹螺栓或更換測(cè)點(diǎn)。

圖6 嵌巖樁標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)曲線Fig.6 Standard measured curve of rock socketed pile

圖6中的實(shí)測(cè)曲線為嵌巖樁的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)曲線,嵌巖樁樁尾和樁端的土阻力已充分激發(fā),它的上行分量是上行的“壓縮波”,造成力和速度發(fā)生偏離。

圖7 摩擦樁標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)曲線Fig.7 Standard measured curve of friction pile

圖7中的實(shí)測(cè)曲線為摩擦樁的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)曲線,當(dāng)下行的“壓縮波”到達(dá)樁底時(shí),由于樁端土軟,即力波阻抗小,因此產(chǎn)生上行的“拉力波”,對(duì)速度曲線來(lái)說(shuō),反射波與入射波同向。樁端阻力在稍后的時(shí)刻發(fā)揮出來(lái)。

圖8 樁側(cè)阻力小Fig.8 Small resistance of pile side

圖8中的實(shí)測(cè)曲線表明,樁側(cè)阻力小,如果是嵌巖樁,一般來(lái)說(shuō)樁端阻力容易發(fā)揮。

圖9 樁側(cè)阻力大Fig.9 Large resistance of pile side

圖9中的實(shí)測(cè)曲線表明,樁側(cè)阻力大。對(duì)嵌巖樁來(lái)說(shuō),如果其樁側(cè)阻力大或樁身中上部存在大的擴(kuò)徑,則樁的端阻力極難發(fā)揮,看上去與錘重輕或落距過(guò)低的實(shí)測(cè)曲線類(lèi)似,該類(lèi)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(shí)測(cè)曲線表明,該樁存在淺部缺陷。當(dāng)測(cè)試樁存在淺部缺陷時(shí),往往速度峰高于力峰。如果缺陷比較嚴(yán)重時(shí),則對(duì)承載力無(wú)法做出較準(zhǔn)確的評(píng)估。

4 高應(yīng)變法測(cè)試曲線的選取

質(zhì)量良好的數(shù)據(jù)是擬合分析獲得成功的首要條件。質(zhì)量良好的檢測(cè)曲線,應(yīng)滿(mǎn)足以下幾類(lèi)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(yàn)不能對(duì)試樁造成明顯的損傷。

根據(jù)上述要求,在同一試樁的多個(gè)檢測(cè)曲線中選擇質(zhì)量良好的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。需要說(shuō)明的是任何實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都有一定的誤差。因此,在擬合分析前,對(duì)實(shí)測(cè)曲線的一些測(cè)試誤差應(yīng)進(jìn)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(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題,全國(guó)基樁、無(wú)損檢測(cè)及巖土工程新技術(shù)研討會(huì)，2006。。

5 結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)真實(shí)、理想的高應(yīng)變法信號(hào)曲線對(duì)試驗(yàn)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的,它關(guān)系到整個(gè)高應(yīng)變法試驗(yàn)的成敗。而在現(xiàn)實(shí)中高應(yīng)變法試驗(yàn)由于受種種客觀條件的限制,要得到一個(gè)好的測(cè)試曲線要比低應(yīng)變?cè)囼?yàn)困難得多。例如:試驗(yàn)場(chǎng)地的限制使得錘重、錘形不能調(diào)整、更換;不能反復(fù)更換測(cè)點(diǎn);考慮到樁頭易被敲壞,也不能反復(fù)敲擊樁頭等。因此作為一名檢測(cè)人員,應(yīng)該在高應(yīng)變法前對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)情況、試驗(yàn)樁型、樁徑等施工參數(shù)以及施工工藝作較深入的了解,對(duì)正常的、標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試曲線要有一定的概念。當(dāng)采集首錘測(cè)試信號(hào)后,檢測(cè)人員應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(lái)的試驗(yàn)中得到理想的測(cè)試曲線,為后期分析計(jì)算創(chuàng)造良好的條件,使得最終測(cè)試結(jié)果可信、可靠[3]。

本文提供的高應(yīng)變法測(cè)試曲線均為筆者多年工程實(shí)踐中取得的實(shí)測(cè)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(cè)試水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 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，2003:183-217.

[2] 徐攸在.樁的動(dòng)測(cè)新技術(shù)[M].第二版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002:184-221.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ106-2014[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014.