高應(yīng)變法在樁基工程檢測中的可靠性研究

張 文 廣

(太原市建筑工程質(zhì)量檢測站，山西 太原 030002)

高應(yīng)變法在樁基工程檢測中的可靠性研究

張 文 廣

(太原市建筑工程質(zhì)量檢測站，山西 太原 030002)

采用高應(yīng)變法對太原市某工程混凝土灌注樁進(jìn)行了單樁豎向承載力檢測，并與該工程靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，檢測結(jié)果基本一致，表明高應(yīng)變法對基樁承載力的檢測具有一定的可靠性。

樁基，高應(yīng)變，單樁豎向承載力，檢測

樁基礎(chǔ)是我國工程建設(shè)中常用的基礎(chǔ)形式，是建筑物質(zhì)量保障的重要分項(xiàng)工程。由于樁基工程的施工存在隱蔽性，施工質(zhì)量難以直觀控制，容易存在安全質(zhì)量隱患，因此樁基工程的質(zhì)量檢測至關(guān)重要。樁基工程的質(zhì)量檢測主要分為單樁豎向承載力檢測和樁身完整性檢測，其中單樁豎向承載力是樁基工程施工質(zhì)量優(yōu)劣的重要參考指標(biāo)。目前單樁豎向抗壓承載力的檢測方法主要有靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變法，基樁靜載試驗(yàn)是目前最可靠、直觀的方法，但其耗時(shí)長、成本高、效率低，對樁基的抽檢率不高，且隨著灌注樁直徑和承載力的增大，靜載試驗(yàn)難以滿足其檢測條件，檢測效果較差，而高應(yīng)變法則具有高效、成本低、輕便等特點(diǎn)，在樁基工程抽檢時(shí)，被廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)踐，分別采用高應(yīng)變法與靜載試驗(yàn)進(jìn)行單樁豎向承載力檢測，并對結(jié)果進(jìn)行對比分析，探討高應(yīng)變法在單樁豎向承載力檢測應(yīng)用中的可靠性。

1 高應(yīng)變法檢測原理與分析方法

1.1 高應(yīng)變法檢測基本原理

高應(yīng)變動(dòng)力檢測技術(shù)是基于一維波動(dòng)力學(xué)原理，對樁—土力學(xué)模型及土彈簧、土阻尼的非線性關(guān)系進(jìn)行研究。檢測時(shí)對所測樁樁頭施加瞬時(shí)沖擊荷載，樁—土體系在沖擊荷載作用下產(chǎn)生相對位移，發(fā)揮樁側(cè)、樁端土阻力，通過安裝在樁兩側(cè)對稱的力和加速度傳感器來收集力和樁—土系統(tǒng)激振后產(chǎn)生的響應(yīng)信號，并通過分析、擬合信號來計(jì)算判定樁身結(jié)構(gòu)完整性和單樁豎向承載力。

1.2 檢測結(jié)果的分析與判斷

FEIPWAPC波動(dòng)擬合程序是通過分析實(shí)測曲線，對計(jì)算中需要的樁—土模型參數(shù)進(jìn)行分析設(shè)定，依據(jù)波動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行擬合計(jì)算，在擬合計(jì)算中，不斷將實(shí)測曲線和計(jì)算值進(jìn)行對比，然后通過不斷修正參數(shù)值來擬定合理曲線，從而確定合理的參數(shù)值，最后依據(jù)所確定的參數(shù)值進(jìn)行單樁豎向極限承載力計(jì)算。

2 高應(yīng)變動(dòng)力檢測實(shí)例分析

2.1 工程概況

太原市某工程，設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土灌注樁進(jìn)行地基處理，灌注樁直徑為0.8 m，樁長7.0 m，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值4 100 kN。本次試驗(yàn)選取地質(zhì)條件相似的4根試樁進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)力檢測，從曲線上分析判定基樁單樁豎向承載力。

2.2 高應(yīng)變承載力現(xiàn)場檢測

1)試驗(yàn)儀器。試驗(yàn)儀器采用中國建筑科學(xué)研究院國檢中心生產(chǎn)的BETC-C6型樁基動(dòng)測分析系統(tǒng)，該分析系統(tǒng)由主機(jī)、加速度傳感器及信號傳輸線等組成。高應(yīng)變錘擊裝置為80 kN自由落錘及扶正架(帶自動(dòng)脫鉤)；試驗(yàn)曲線則采用FEIPWAPC波動(dòng)擬合程序進(jìn)行分析計(jì)算。2)現(xiàn)場試驗(yàn)前準(zhǔn)備。a.樁頭加固處理。當(dāng)樁頭強(qiáng)度不高時(shí)，應(yīng)對樁頭進(jìn)行加固處理?；炷翗兜臉额^加固處理方法如下：先除掉樁頭的軟弱、破碎層。確保樁頭平面的平整度，樁頭與樁身中軸線應(yīng)重合。樁頭主筋應(yīng)控制在同一高度，且在樁頂保護(hù)層之下。在樁頂應(yīng)用厚度不小于3 mm的鋼板做護(hù)筒，且樁頂應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，樁頭混凝土強(qiáng)度不低于C30。b.儀器設(shè)備安裝。錘擊設(shè)備：重錘應(yīng)保證質(zhì)量均勻、錘底面保持平整，外形對稱，錘重不小于預(yù)估單樁承載力的1%，高徑比不小于1，錘墊根據(jù)實(shí)際情況可采取膠合板、木板等材料。錘擊支架應(yīng)與樁頭表面垂直，錘擊點(diǎn)應(yīng)與樁頭中心重合。傳感器：將物理變化值轉(zhuǎn)化為電量變化值，將傳感器對稱安置在距樁頭1 m處的樁側(cè)表面。c.現(xiàn)場試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí)，將重錘提高到1.5 m左右自由下落，錘擊樁頂，產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊荷載，同時(shí)采用BETC-C6樁基動(dòng)測分析系統(tǒng)收集加速度和力學(xué)信號，并顯示實(shí)測波形，現(xiàn)場檢測示意見圖1。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)高應(yīng)變檢測擬合分析結(jié)果，試樁極限側(cè)阻力、極限端阻力以及擬合的單樁豎向抗壓極限承載力見表1。由表1可知，本次檢測的4根樁，單樁極限承載力在8 260.0 kN～8 360.0 kN之間，平均8 297.5 kN，極差100.0 kN。其中D1樁實(shí)測、擬合、模擬Q—s曲線、樁身剖面及土阻力分布圖見圖2～圖6。

表1 高應(yīng)變綜合成果表

2.4 靜載試驗(yàn)

為了對高應(yīng)變檢測結(jié)果進(jìn)行可靠性判斷，選取與上述試樁地質(zhì)條件相同的3根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)。單樁靜載試驗(yàn)采用壓重平臺反力裝置，由混凝土配重、承壓鋼梁、液壓千斤頂、靜載承臺組成，加荷系統(tǒng)采用無線靜荷載試驗(yàn)儀控制，位移沉降通過安裝在試樁兩個(gè)正交直徑方向上的4塊位移傳感器測讀。依據(jù)設(shè)計(jì)說明，本次試驗(yàn)最大加載值為8 200 kN，采用慢速維持荷載法，逐級加載。根據(jù)單樁靜載試驗(yàn)曲線，試樁單樁豎向抗壓極限承載力檢測結(jié)果如表2所示。本次試驗(yàn)檢測樁并未壓至破壞，由試驗(yàn)結(jié)果可知，試樁單樁豎向抗壓極限承載力不小于8 200 kN。

表2 靜載試驗(yàn)單樁豎向極限承載力表

2.5 結(jié)果分析

通過靜載試驗(yàn)與高應(yīng)變動(dòng)力檢測結(jié)果對比可知，盡管高應(yīng)變動(dòng)力檢測結(jié)果略高于靜載試驗(yàn)結(jié)果，但是靜載驗(yàn)證試驗(yàn)尚未壓至破壞，試驗(yàn)中單樁豎向承載力尚未達(dá)到極限值，且兩種方法的檢測結(jié)果相差非常小，表明采用高應(yīng)變動(dòng)力檢測技術(shù)對單樁豎向承載力檢測具有一定可靠性。

3 試驗(yàn)應(yīng)用注意事項(xiàng)

從以上對比分析中可知高應(yīng)變動(dòng)力檢測技術(shù)對單樁豎向承載力檢測具有一定可靠性，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在很多問題，試驗(yàn)結(jié)果可能出現(xiàn)誤差，需要通過靜載試驗(yàn)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。為確保高應(yīng)變動(dòng)力檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠，在檢測過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)的防范措施，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)，有效。高應(yīng)變動(dòng)力檢測應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)當(dāng)樁身結(jié)構(gòu)存在缺陷，采用高應(yīng)變法難以判定其豎向承載力。2)重錘質(zhì)量、錘高的選取不當(dāng)。對于大直徑灌注樁，由于錘擊能量低，造成測阻力波及端阻力波均反射較弱，土阻力不能完全發(fā)揮作用，在高應(yīng)變擬合計(jì)算分析時(shí)，土的極限阻力總和低于真實(shí)極限承載力。3)試樁與假定模型情況不符合。如樁身阻抗變化大、樁側(cè)和樁端阻力發(fā)揮作用偏慢或樁身質(zhì)量較差等原因造成應(yīng)力波嚴(yán)重衰減，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差，類似情況需要靜載試驗(yàn)進(jìn)行對比，獲取相應(yīng)的對比參數(shù)。4)傳感器安置不合理，收集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。如檢測截面靠近樁頂，檢測截面內(nèi)外材質(zhì)不均，傳感器安置處混凝土材質(zhì)低劣，都會造成阻抗估計(jì)不準(zhǔn)確，對后續(xù)計(jì)算產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

4 結(jié)論與展望

采用高應(yīng)變法進(jìn)行基樁豎向承載力檢測時(shí)，其結(jié)果與靜載荷試驗(yàn)結(jié)果基本一致，能達(dá)到預(yù)期檢測效果，但檢測結(jié)果受各種因素影響，需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

高應(yīng)變法不能直接檢測基樁承載力。采用高應(yīng)變法進(jìn)行基樁豎向承載力檢測時(shí)，只能通過錘擊樁頭產(chǎn)生激振，收集應(yīng)力波測得樁側(cè)、樁端的土阻力，并將土阻力與樁的位移沉降建立關(guān)系，假定合理樁—土力學(xué)模型，選取合理的力學(xué)參數(shù)，進(jìn)一步擬合計(jì)算基樁承載力。因此高應(yīng)變法在同一地區(qū)開展高應(yīng)變動(dòng)力檢測，需結(jié)合該地區(qū)靜載試驗(yàn)進(jìn)行大量、可靠、全面的對比試驗(yàn)，然后進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，得出合理的參數(shù)值。

當(dāng)前高應(yīng)變法的應(yīng)用，只是對樁側(cè)土阻力與樁端土阻力進(jìn)行獨(dú)立研究，兩者并未建立合理的力學(xué)關(guān)系，僅僅是將樁的承載力簡化為樁側(cè)阻力與樁端阻力的簡單疊加，而實(shí)際樁側(cè)阻力的強(qiáng)弱與樁端土阻力的發(fā)揮程度有直接關(guān)系。因此高應(yīng)變法在樁基檢測中的應(yīng)用需要進(jìn)一步理論研究。

[1] JGJ 106—2014，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 陳 凡.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

Research on the reliability of high strain method in pile foundation engineering detection

Zhang Wenguang

(TaiyuanBuildingEngineeringQualityDetectionStation,Taiyuan030002，China)

The paper is to make a vertical bearing capacity of detection to a project’s concrete pile of Taiyuan by high strain way, and make a comparison study combined with static load test results of the project. The test results are basically the same, indicating that the high strain method has a certain reliability for the detection of the pile bearing capacity.

pile, high strain, vertical bearing capacity, detection

2015-08-26

張文廣(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0078-02

TU473.16

A