高應(yīng)變法在水閘基樁抗壓承載力檢測的應(yīng)用

劉 潔

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 概述

高應(yīng)變法的基本原理，是往樁頂施加沖擊力，使樁貫入后，測量產(chǎn)生的樁身質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力和加速度，結(jié)合波動理論分析，開展應(yīng)力分析[1-3]。近年來的研究和實(shí)踐表明，高應(yīng)變法可用來判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，檢測樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別[4-7]。本文以某水系連通工程水閘基樁為例，論述高應(yīng)變法在水閘基樁抗壓承載力檢測的應(yīng)用。

水閘基樁類型為混凝土灌注樁，樁徑900mm，水閘閘室段26.98～28.90m、擋土墻段26.40～27.60m。場地埋深約60.00m深度范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為以下7層：人工填土層、全新統(tǒng)中組海相沉積層、全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層、全新統(tǒng)下組陸相沖積層、上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層、上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶沉積層、上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層。均為第四系淺層新地層，較為松軟稀疏，因此基樁抗壓承載力檢測對于該水閘建設(shè)至關(guān)重要。

2 方法原理與設(shè)備

本工程采用武漢中巖科技有限公司研制的RSMPDT(A)基樁檢測分析儀，2個加速度傳感器，2個應(yīng)變測量傳感器及附屬設(shè)備。分析軟件為配套專業(yè)應(yīng)用軟件。本次高應(yīng)變檢測使用錘重為50kN，最大錘擊落距為1.0m；傳感器安裝位置距樁頂為1.0m。

在重錘的沖擊下，產(chǎn)生的應(yīng)力波將沿樁身向下傳播。在應(yīng)力波的作用下，使樁、土產(chǎn)生相對位移。利用安裝在樁身上的應(yīng)變計(jì)和加速度傳感器，拾取錘擊時樁身受力和運(yùn)動速度的時域波形。利用樁基分析儀采集、并對兩信號進(jìn)行分析，CASE法按下式判定單樁豎向極限承載力。

現(xiàn)場檢測裝置見圖1。實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)表明，重錘落距越高，錘擊應(yīng)力和偏心越大，越容易擊碎樁頭，作者的經(jīng)驗(yàn)是最大錘擊落距不宜大于2.5m。

圖1 基樁高應(yīng)變現(xiàn)場檢測裝置圖

式中：Rc——CASE法確定的單樁極限承載力，kN；

Jc——CASE法阻尼系數(shù)；

F——某時刻測點(diǎn)處實(shí)測的錘擊力，kN；

t1、t2——速度波第一峰和第二峰對應(yīng)的時刻，ms；

F(t1)、F(t2)——t1、t2時刻測點(diǎn)處實(shí)測的錘擊力，kN；

v(t1)、v(t2)——t1、t2時刻測點(diǎn)處實(shí)測的速度，m/s；

Z——樁身截面力學(xué)阻抗，kN·s/m；

A——樁身截面積，m2；

E——樁身材料彈性模量，MPa；

L——測點(diǎn)以下樁長，m；

c——樁身應(yīng)力波波速，m/s。

3 結(jié)果分析

從表1高應(yīng)變檢測成果，結(jié)合地質(zhì)資料分析，本文樣品地質(zhì)背景均為第四系地層，CASE法阻尼系數(shù)Jc取值0.35。閘室段被檢樁單樁豎向極限承載力3810～4030kN，平均值為3900kN；擋土墻段被檢樁單樁豎向極限承載力3580～3900kN，平均值為3680kN。

表1 高應(yīng)變檢測成果表

為開展抗壓承載力綜合分析，本文應(yīng)用高應(yīng)變檢測成果開展了樁身完整性分析。對于等截面樁，可按下表并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判定，完整性系數(shù)β和樁身缺陷位置按下列式計(jì)算：

式中：β——樁身完整性系數(shù)；

t1——速度波第一峰對應(yīng)的時刻，ms；

tx——速度波第二峰對應(yīng)的時刻，ms；

F(t1)、F(tx)——t1、tx時刻測點(diǎn)處實(shí)測的錘擊力，kN；

v(t1)、v(tx)——t1、tx時刻測點(diǎn)處實(shí)測的速度，m/s；

Z——樁身截面力學(xué)阻抗，kN·s/m；

ΔR——缺陷以上部位土阻力估計(jì)值，kN，等于缺陷反射起始點(diǎn)的錘擊力減去速度與樁身截面力學(xué)阻抗的乘積；

c——樁身應(yīng)力波波速，m/s；

x——缺陷斷面位置與測點(diǎn)間的距離，m。

完整性判定見表2，本文基樁樣品β均大于1，為完整樁。高應(yīng)變檢測成果見表3。

表2 完整性判定表

表3 高應(yīng)變檢測成果表

分析表明，水閘閘室段樣品高應(yīng)變單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均不小于3780kN，豎向抗壓承載力特征值可取1890kN；擋土墻段樣品高應(yīng)變單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均不小于3540kN，豎向抗壓承載力特征值可取1770kN。按照《水運(yùn)工程地基基礎(chǔ)試驗(yàn)檢測技術(shù)規(guī)程》和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》，單樁豎向抗壓承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求[8-9]。

4 結(jié)論

綜合上述抗壓承載力檢測分析，研究取得了以下結(jié)果。

（1）水閘閘室段豎向抗壓承載力特征值可取1890kN；擋土墻段豎向抗壓承載力特征值可取1770kN。

（2）按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水閘閘室段單樁豎向抗壓承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求，且完整性分析表明單樁樣品為完整樁。綜合分析表明，高應(yīng)變法可用來測試單樁豎向抗壓承載力，判定是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）現(xiàn)場實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)表明，高應(yīng)變法實(shí)驗(yàn)過程中，重錘最大錘擊落距不宜大于2.5m。