關(guān)于高應(yīng)變法在樁基檢測(cè)中的探析

范熙濤

【摘要】在樁基檢測(cè)技術(shù)中用重錘沖擊樁頂，實(shí)測(cè)樁頂部的速度和力時(shí)程曲線(xiàn)，通過(guò)波動(dòng)理論分析，對(duì)單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性進(jìn)行判定的檢測(cè)方法，這就是高應(yīng)變法。高應(yīng)變法的主要功能是判定單樁豎向抗壓承載力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。本文對(duì)于高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁法的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)（包括樁頭處理、錘擊能量、傳感器的安裝等對(duì)高應(yīng)變測(cè)試的影響）和常用實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬合法數(shù)據(jù)分析技術(shù)中有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討分析。

【關(guān)鍵詞】高應(yīng)變 曲線(xiàn)擬合法 樁基檢測(cè)

目前高應(yīng)變法主要有動(dòng)力打樁公式法、波動(dòng)方程法、Case法、曲線(xiàn)擬合法、錘擊貫入法和動(dòng)靜法等。樁基動(dòng)測(cè)具有費(fèi)用低、快速、輕便、適于普查等優(yōu)點(diǎn)，這大大地促進(jìn)了樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用。

一、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)

高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試數(shù)據(jù)采集質(zhì)量直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。正確采集信號(hào)是良好結(jié)果的前提條件。

1、樁頭處理對(duì)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的影響。樁頭質(zhì)量好壞直接影響波的傳播效果，對(duì)于樁頭的處理應(yīng)先鑿掉樁頂部的破碎層和軟弱混凝土，對(duì)灌注樁、樁頭嚴(yán)重破損的混凝土預(yù)制樁和樁頭已出現(xiàn)屈服變形的鋼樁，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)樁頭進(jìn)行修復(fù)或加固處理。樁頭頂面應(yīng)水平、平整，樁頭中軸線(xiàn)與樁身中軸線(xiàn)應(yīng)重合，樁頭截面積應(yīng)與原樁身截面積相同，樁頭主筋應(yīng)全部直通至樁頂混凝土保護(hù)層之下，各主筋應(yīng)在同一高度上。距樁頂上1倍樁徑范圍內(nèi)，宜用3mm—5mm鋼板圍裹或距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)設(shè)箍筋，間距不宜大于100mm。樁頂應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片2—3層，間距60mm—100mm，樁頭混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜比樁身混凝土提高1—2級(jí)，且不得低于C30。樁頭應(yīng)高出樁周土2—3倍樁徑，樁周1.2m以?xún)?nèi)應(yīng)平整夯實(shí)。樁頭混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜比樁身混凝土提高1～2級(jí)，且不得低于C30。

2、錘擊能量對(duì)高應(yīng)變測(cè)試的影響。高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試時(shí)，錘擊能量大，對(duì)樁頭的處理要求也更高，一定要高度重視認(rèn)真對(duì)待。對(duì)于混凝土鉆孔灌注樁，要認(rèn)真截除污漿或不密實(shí)部分，然后外接一段等截面樁頭，其長(zhǎng)度一般不小于2倍樁徑，混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高1—2級(jí)（不得低于C30）。外接樁頭時(shí)要將樁身主筋延伸至樁頂，樁頂還應(yīng)設(shè)置二三層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片間距5cm左右，頂層網(wǎng)片要有適當(dāng)?shù)幕炷帘Ｗo(hù)層（一般5cm）這樣既可防止樁頭開(kāi)裂，保證試驗(yàn)成功，又可保護(hù)傳感器不至損傷。樁頭幾何軸線(xiàn)要求與樁身重合，樁頭表面要水平，樁頭外壁要求光滑密實(shí)，以利于安裝傳感器并采集到良好的應(yīng)力應(yīng)變信號(hào)。

3、傳感器的安裝對(duì)高應(yīng)變測(cè)試的影響。傳感器直接測(cè)到的信號(hào)是檢測(cè)面上的應(yīng)變和加速度的信號(hào)，要根據(jù)其他參數(shù)設(shè)定值計(jì)算后才能得到力和速度信號(hào)。檢測(cè)截面選擇不當(dāng)，如傳感器過(guò)分靠近樁頂或在變截面附近，實(shí)測(cè)的應(yīng)變不具代表性；傳感器安裝處局部混凝土質(zhì)量差，不利傳感器的固定，在錘擊力作用下還可能產(chǎn)生嚴(yán)重的非彈性變形，同時(shí)截面的阻抗也估算不準(zhǔn)等，都會(huì)影響承載力的計(jì)算結(jié)果。尤其對(duì)于灌注樁傳感器的安裝應(yīng)符合以下幾點(diǎn)。①傳感器不得安裝在變截面附近，因?yàn)樵摻孛鎽?yīng)力集中，所測(cè)的力不準(zhǔn)。安裝點(diǎn)也不該離樁頂太近，一般為1.5D—2.0D為佳，這樣就可以減少應(yīng)力集中的偏心的影響。②應(yīng)變傳感器與加速度傳感器的中心應(yīng)位于同一水平線(xiàn)上；同側(cè)的應(yīng)變傳感器和速度傳感器間的水平距離不宜大于80mm，傳感器的中心軸應(yīng)與樁中心軸保持平行，這樣安裝可以對(duì)量測(cè)的信號(hào)進(jìn)行平均，以消除錘擊偏心的影響。③傳感器的安裝面材質(zhì)應(yīng)均勻、密實(shí)、平穩(wěn)，并與樁軸線(xiàn)平行，否則應(yīng)用磨光機(jī)磨平。若安裝點(diǎn)附近有裂縫或塑性變形，易使波形峰值處速度大于力，力波尾部不歸零。④安裝螺栓的鉆孔與樁側(cè)表面垂直，安裝完畢后的傳感器應(yīng)緊貼樁身表面，不能由于錘擊振動(dòng)引起松動(dòng)或接觸不良，以保證傳感器和樁身一起變形。

4、落錘對(duì)中。錘擊偏心對(duì)信號(hào)的影響較大，嚴(yán)重的偏心會(huì)使樁身一側(cè)受拉，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，受拉后產(chǎn)生裂縫和塑性變形，使力傳感器受損，特別是灌注樁，使樁頭開(kāi)裂。力信號(hào)對(duì)偏心敏感，偏心會(huì)使應(yīng)變包含塑性變形分量，力信號(hào)中也應(yīng)包含虛假成份，所以落錘必須對(duì)中。

二、實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬合法數(shù)據(jù)分析技術(shù)

實(shí)測(cè)曲線(xiàn)擬合法是通過(guò)波動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算，反演確定樁和土的力學(xué)模型及其參數(shù)值。其過(guò)程為：假定各樁單元的樁和土力學(xué)模型及其模型參數(shù)，利用實(shí)測(cè)的速度（或力、上行波、下行波）曲線(xiàn)作為輸入邊界條件，數(shù)值求解波動(dòng)方程，反算樁頂?shù)牧Γɑ蛩俣?、下行波、上行波）曲線(xiàn)。若計(jì)算的曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)不吻合，說(shuō)明假設(shè)的模型及參數(shù)不合理，有針對(duì)性地調(diào)整模型及參數(shù)再行計(jì)算，直至計(jì)算曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（以及貫入度的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值）的吻合程度良好且不易進(jìn)一步改善為止。實(shí)際工作中的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、分析軟件

要求采用的檢測(cè)儀器（軟件）的主要技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)符合建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（JGJ 106—2003）和《基樁動(dòng)測(cè)儀》JG/T 3055中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。一些檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)軟件（尤其是外語(yǔ)操作界面的軟件）操作不熟悉，少數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用的軟件包含的巖土工程參數(shù)過(guò)于簡(jiǎn)化、存在結(jié)果輸出及參數(shù)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

2、檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析與判定

高應(yīng)變法曲線(xiàn)擬合分析首先應(yīng)對(duì)信號(hào)曲線(xiàn)做出定性檢查和正確判斷。在實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，仍有些人員忽略這一重要環(huán)節(jié)，拿到信號(hào)后即倉(cāng)促分析，導(dǎo)致結(jié)果偏差過(guò)大。

其次，擬合分析時(shí)應(yīng)根據(jù)波形特征、樁型和地質(zhì)條件等合理確定樁土參數(shù)范圍。擬合選用的樁土參數(shù)的數(shù)量和類(lèi)型繁多，參數(shù)各自和相互間耦合的影響非常復(fù)雜，需通過(guò)綜合比較判斷進(jìn)行取舍。正確判斷取舍條件的要點(diǎn)是參數(shù)取值應(yīng)在巖土工程的合理范圍內(nèi)。

還有一些檢測(cè)人員對(duì)“參數(shù)應(yīng)在巖土工程的合理范圍內(nèi)”的取值缺乏自信、盲目盲從；提交的一些參數(shù)明顯偏離常規(guī)，波形的解釋與分析計(jì)算不合理，主要參數(shù)（每個(gè)土單元的極限靜阻力、最大彈性位移和動(dòng)粘滯阻尼）未及認(rèn)真識(shí)別和統(tǒng)計(jì)。

3、測(cè)試人員技術(shù)要求。高應(yīng)變分析計(jì)算結(jié)果的可靠性高低取決于動(dòng)測(cè)儀器、分析軟件和人員素質(zhì)三個(gè)要素。其中起決定作用的是具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)檢測(cè)人員。高應(yīng)變法之所以有生命力，表現(xiàn)在高應(yīng)變信號(hào)不同于隨機(jī)信號(hào)的可解釋性——即使不采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和提煉，只要檢測(cè)波形質(zhì)量有保證，就能定性地反映樁的承載性狀及其他相關(guān)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。因此對(duì)波形的正確定性解釋的重要性超過(guò)了軟件建模分析計(jì)算本身，對(duì)人員的要求首先是解讀波形，其次才是熟練操作儀器和使用相關(guān)軟件。對(duì)此，如果不從提高人員素質(zhì)入手加以解決，這種狀況的改觀顯然僅靠技術(shù)規(guī)范以及儀器和軟件功能的增強(qiáng)是無(wú)法做到的。因此，承載力分析計(jì)算前，應(yīng)有高素質(zhì)的檢測(cè)人員對(duì)信號(hào)進(jìn)行定性檢查和判斷。

這就要求動(dòng)測(cè)人員在實(shí)際工作中要認(rèn)真積累各種實(shí)測(cè)與對(duì)比資料，對(duì)高應(yīng)變法的原理、方法及誤差來(lái)源有較深入的理解，再加上認(rèn)真試驗(yàn)和分析才可以在很大程度上消除和減少誤差。

結(jié)束語(yǔ)

樁基檢測(cè)工作是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)而細(xì)致的工作，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的任何疏忽都可能引起測(cè)試的失敗，數(shù)據(jù)處理時(shí)任何參數(shù)的誤差都可能給結(jié)果帶來(lái)超精度的誤差，甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，它要求測(cè)試人員不但要有精湛的專(zhuān)業(yè)技能，嚴(yán)肅的工作態(tài)度，而且要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

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