淺談高應(yīng)變法檢測(cè)與靜載法檢測(cè)在工程檢測(cè)中的對(duì)比應(yīng)用

黃智波 健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司

1 前言

目前樁基礎(chǔ)工程檢測(cè)主要是檢測(cè)單樁極限承載力和樁身完整性，而單樁極限承載力能否滿足設(shè)計(jì)要求是一個(gè)很重要的檢測(cè)內(nèi)容。其中，靜載檢測(cè)方法和高應(yīng)變檢測(cè)方法用于檢測(cè)單樁極限承載力[1]。靜載檢測(cè)方法的特點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果直觀、準(zhǔn)確、可靠，但是檢測(cè)成本高、檢測(cè)周期較長(zhǎng)、對(duì)場(chǎng)地條件要求較高，無(wú)法對(duì)樁基進(jìn)行大面積檢測(cè)。高應(yīng)變檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)成本較低、周期短、對(duì)場(chǎng)地條件要求較低，但是該方法屬于半經(jīng)驗(yàn)法，受樁周地質(zhì)條件、施工質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量及檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)影響較大，其檢測(cè)結(jié)果的可靠性還有待提高。本文結(jié)合樁基工程檢測(cè)實(shí)例，介紹高應(yīng)變法在工程檢測(cè)中的應(yīng)用及與靜載法檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比，對(duì)如何提高高應(yīng)變法檢測(cè)的可靠性進(jìn)行探討。

2 高應(yīng)變法檢測(cè)的原理及方法

2.1 高應(yīng)變法檢測(cè)原理[2]

高應(yīng)變法試樁是一種用重錘沖擊樁頂，沖擊脈沖在沿樁身向下傳播的過(guò)程中使樁—土產(chǎn)生足夠的相對(duì)位移，以激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力的一種動(dòng)力檢測(cè)方法。巖土對(duì)樁的阻力作用、樁身力學(xué)阻抗的變化將通過(guò)速度時(shí)程曲線及實(shí)測(cè)的力得到全面的反應(yīng)。樁土體系的相關(guān)性狀可由波動(dòng)理論獲得，具體可分為以下兩個(gè)階段。首先，采用相關(guān)儀器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需測(cè)樁體進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并且采用凱斯法（CASE法）對(duì)基樁承載力進(jìn)行初步估算；其次，在室內(nèi)采用實(shí)測(cè)曲線擬合法（CC?WAPC法）來(lái)確定基樁的承載力[3]。

2.1.1 凱斯法測(cè)定單樁極限承載力

在檢測(cè)樁基極限承載力時(shí)，凱斯法以一維應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)，將樁體假設(shè)為等截面連續(xù)的彈性桿件，并對(duì)某個(gè)截面的應(yīng)變和加速度時(shí)程曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化。在實(shí)際檢測(cè)中，對(duì)樁體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析計(jì)算，最終確定樁基的極限承載力。由于該方法將土阻力模型視為鋼塑性，通過(guò)分析計(jì)算得到的結(jié)果一般為接近承載力的估算值。因此，在使用凱斯法時(shí)，往往需要通過(guò)多次計(jì)算，得到最終結(jié)果，以確保樁基極限承載力計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2.1.2 實(shí)測(cè)曲線擬合法確定單樁極限承載力

在檢測(cè)樁基承載力時(shí)，對(duì)樁體的波形進(jìn)行先假定、再測(cè)量和最后計(jì)算的方法稱(chēng)為實(shí)測(cè)曲線擬合法，該方法是一種精確的波動(dòng)方程解法。在檢測(cè)時(shí)，需要檢測(cè)人員預(yù)先假定樁周土的模型及其相關(guān)參數(shù)，并以實(shí)測(cè)樁頂?shù)乃俣茸鳛檫吔鐥l件進(jìn)行相關(guān)波動(dòng)方程的求解，對(duì)比求解得到的波形曲線與實(shí)測(cè)的波形曲線，若兩種波形曲線吻合度不高，則需調(diào)整樁周土的模型及其相關(guān)參數(shù)重新計(jì)算，直至兩種波形較好吻合，此時(shí)得到的承載力即為樁基的極限承載力。由于該方法對(duì)樁周土及其參數(shù)的假定要求較高，因此檢測(cè)人員需嚴(yán)格按照計(jì)算規(guī)則及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行假定。

2.2 高應(yīng)變法測(cè)樁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟

試驗(yàn)采用武漢巖海（RS-1616K）基樁動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，主要儀器設(shè)備由便攜式主機(jī)、中繼器、兩個(gè)應(yīng)變式傳感器與兩個(gè)加速度傳感器、重錘組成，高應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 高應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)簡(jiǎn)圖

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟如下：資料收集→檢測(cè)時(shí)間確定→樁頭處理→傳感器安裝位置選擇→樁側(cè)打磨→打孔及膨脹螺栓安裝→導(dǎo)向裝置就位→布置錘墊→傳感器安裝→自由落錘就位→儀器參數(shù)設(shè)置→儀器狀態(tài)確認(rèn)→提升高度控制→錘擊→貫入度測(cè)量→信號(hào)確認(rèn)。

3 影響高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的主要因素

影響高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的主要因素有：選擇合適的錘重、錘墊和落距，優(yōu)先選用重錘低擊使樁有足夠的貫入度以激發(fā)樁端阻力；對(duì)受檢樁樁頭進(jìn)行加固處理，確保樁頭不會(huì)在試驗(yàn)過(guò)程中被破壞；對(duì)安裝傳感器的樁身表面進(jìn)行平整處理，保證傳感器的安裝質(zhì)量；重錘自由落體時(shí)，使重錘中心與樁中心重合，避免產(chǎn)生偏心錘擊樁頭；實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線分析時(shí)，參數(shù)選擇不合理，也會(huì)影響高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果。

4 工程概況及地質(zhì)條件

本項(xiàng)目位于某工業(yè)園區(qū)內(nèi)，總投資475535 萬(wàn)元，采用“雙閃”銅冶煉技術(shù)，建成后年產(chǎn)40萬(wàn)噸陰極銅。項(xiàng)目總用地面積882600m2（合1323.9 畝），本次實(shí)際用地面積626000m2（合939.00 畝），預(yù)留銅加工用地面積256600m2（合384.90 畝），建構(gòu)筑物占地面積181600m2，總建筑面積191800m2。

設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)采用PHC 管樁，樁徑為500mm，壁厚為125mm，設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)約為50m，樁身混凝土強(qiáng)度為C80，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓極限承載力為4000kN。本次共對(duì)3根試樁進(jìn)行測(cè)試，樁號(hào)分別為S1、S2、S3，施工記錄詳見(jiàn)表1。工程地質(zhì)資料見(jiàn)表2。

表1 施工記錄

表2 工程地質(zhì)資料

5 測(cè)試結(jié)果及分析

本工程分別采用了靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)方法對(duì)S1、S2、S3 三根試樁進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)步驟嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 106—2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[4]執(zhí)行。根據(jù)地勘報(bào)告提供的各土層承載力、施工記錄和實(shí)測(cè)的力-速度曲線，采用武漢巖海CCWAPC 高應(yīng)變擬合分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析結(jié)果得到的該3 根試樁擬合曲線見(jiàn)圖2、圖3、圖4，單樁極限承載力見(jiàn)表3。

表3 CCWAPC擬合結(jié)果

圖2 S1#樁擬合曲線

圖4 S3#樁擬合曲線

通過(guò)靜載試驗(yàn)得到的該3根試樁的Q-s曲線見(jiàn)圖5。從圖中可以得出以下結(jié)論：該3根樁在最大試驗(yàn)荷載作用下均未達(dá)到極限承載狀態(tài)，按照J(rèn)GJ 106—2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》可知，該3 根樁的單樁豎向抗壓極限承載力取最大試驗(yàn)荷載值4000kN。

圖5 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s曲線

將高應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果和靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果詳見(jiàn)表4。從表中可看出：S1樁高應(yīng)變檢測(cè)值比靜載試驗(yàn)檢測(cè)值高4.1%；S2 樁高應(yīng)變檢測(cè)值比靜載試驗(yàn)檢測(cè)值高3.7%；S3 樁高應(yīng)變檢測(cè)值比靜載試驗(yàn)檢測(cè)值高3.6%；總體而言，高應(yīng)變檢測(cè)值和靜載試驗(yàn)檢測(cè)值誤差在5%以?xún)?nèi)，其可靠性還是相對(duì)比較高的。

表4 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果與高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

6 結(jié)束語(yǔ)

本文基于工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)比分析高應(yīng)變檢測(cè)和靜載試驗(yàn)檢測(cè)方法的試驗(yàn)結(jié)果，得出以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）在減小高應(yīng)變檢測(cè)測(cè)試誤差的情況下，該工程3 根樁高應(yīng)變檢測(cè)值和靜載試驗(yàn)檢測(cè)值誤差在5%以?xún)?nèi)，誤差較小，其結(jié)果相對(duì)可靠。

（2）不同的場(chǎng)地，因其地質(zhì)條件、施工情況的不同，高應(yīng)變檢測(cè)參數(shù)的選擇將影響其檢測(cè)結(jié)果。因此不同的場(chǎng)地條件，應(yīng)結(jié)合靜載試驗(yàn)的結(jié)果，通過(guò)對(duì)比分析，積累經(jīng)驗(yàn)，選擇合理的參數(shù)，以保證高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的可靠度。

（3）在保證高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果可靠的前提下，因其檢測(cè)速度快、成本低的優(yōu)勢(shì)，可將高應(yīng)變檢測(cè)推廣到基樁量大的工程進(jìn)行大面積普查。

（4）由于本工程只對(duì)3 根樁進(jìn)行的分析對(duì)比，樣本數(shù)據(jù)有限；影響高應(yīng)變檢測(cè)方法可靠性的其他因素還需要進(jìn)一步增加樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。