高应变动力测桩法在桩基检测中的应用

　　【摘要】：桩基检测是保证桩基质量的重要技术措施，本文以下内容根据笔者多年的工作实践经验，对高应变动力测桩法在桩基检测中的应用进行了简要的介绍，仅供参考。

 

　　【关键词】：高层建筑；混凝土；施工技术

 

　　Abstract: Pile testing is an important technical measure to ensure pile quality, the content of this article the author many years of practical experience, a brief introduction to the high strain dynamic testing of piles in pile testing, only reference.

 

　　Key words: high-rise buildings; concrete; construction technology

 

　　中图分类号：TU473.1+6  文献标识码：A 文章编号：

 

　　1、前言

 

　　改革开放以来，随着经济和科技的不断发展，桩基的检测方法和技术不断更新，极大的保证了桩基质量。高应变动力测桩法作为桩基的检测方法中的一种，其是通过分析桩在冲击力作用下产生的力和加速度，确定桩的轴向承载力，评价桩身的完整性，并分析土的阻力分布、桩锤的性能指标、打桩时桩身应力及瞬时沉降特性，其在桩基检测中已经得到了广泛的应用。本文以下内容根据笔者多年的工作实践经验，对高应变动力测桩法在桩基检测中的应用进行了简要的介绍，仅供参考。

 

　　2、高应变动力测桩法概述

 

　　动力试桩法是在打桩动力学研究的基础上发展起来的，是以重锤锤击桩顶，产生应力波以一定速度沿桩身轴向传播，引起桩身各截面运动，产生速度和位移，激发桩周的土阻力；土阻力对桩周的反作用，在桩内形成向上传播的压缩波和向下传播的拉伸波。PDA打桩分析仪通过装在离桩顶至少二倍直径的桩身上的一对力传感器和一对加速度传感器，测量桩身顶部的力和速度，用波动方程计算出与桩运动相关的土的静阻力、动阻力及桩身的缺陷程度，从而预测桩的极限承载力，并对桩身的完整性进行评价。

 

　　目前在工程运用的高应变动力测桩法主要有两种方法，其一是波形拟合法，目前被认为是确定单桩承载力最准确的方法。它是通过现场把实测力波和速度波输入计算机进行迭代计算, 把桩土系统变为离散的质弹模型, 假定各单元桩和土参数, 以实测的桩顶速度波( 或力波) 作为边界条件, 用特征线法求解波动方程, 反算桩顶力波( 或速度波) , 使计算的波形和实测波形拟合。若两者不吻合, 调整桩土参数, 再次计算, 直至吻合。此时各参数是最佳估算值。最终求得承载力、侧阻分布和计算的p-s 曲线。二是CASE方法，其是一种通过一维波动方程计算而获得岩土对桩的支撑阻力的新方法。它有3 条基本假定:桩身是等阻抗的；桩周与桩尖土对桩的运动阻力分为动阻力和静阻力两部分, 动阻力全部集中在桩尖, 忽略桩侧土阻力；静阻力模型为理想刚塑性体, 忽略应力波在传播过程中的能量损耗,包括桩身中内阻尼损耗和向桩周土的逸散。

 

　　3、高应变动力测桩法在桩基检测应用中应注意的问题

 

　　根据笔者多年的工作实践经验，认为应用高应变动力测桩法在桩基检测中应注意如下几个方面的问题：第一，加大对原始资料的掌握程度，能否达到或超过桩基设计承载力是检测的最终目的, 详细掌握原始工程地质条件则是检测成功的重要保证。高应变动力试桩的分析过程是一种判断的过程, 可靠的原始资料是技术人员进行思考和判断的重要依据。地质勘察报告中土层静力触探曲线描述的贯入阻力分布、砂土的密实度、黏性土的稠度、土层埋深以及其他一些性质指标是作为计算土参数选取的重要依据。分析过程中需要不断地拿原始资料同实测分析结果相互验证, 从而准确地确定各个参数的取值。第二，注意传感器安装的影响，高应变动力检测是通过在桩顶附近采集得到的桩身力信号和运动速度信号, 计算得出桩周土对桩产生的阻力, 实际检测中传感器直接获得的是其安装截面的应变和加速度, 要获得力信号和速度信号还要人为地输入一些计算参数, 如弹性波速、弹性模量和传感器安装截面积等。这些数据越接近传感器安装截面的实际情况, 力和速度信号的定量精度就越高。第三，注意桩土时间效应的影响，高应变动力检测不能只考虑到桩身强度, 还应充分注意到桩土的时间效应对检测结果有很大影响。成桩后, 岩土对桩的阻力是随时间的延长而不断发生变化的, 一般情况下, 岩土阻力随歇后时间的延长而增大, 其原因是受成桩过程中土体强度的恢复、孔隙水消散和桩土界面上的一系列物理化学过程的影响。除了设计、施工的因素外, 某些特殊的桩端持力层由于施工的扰动或地下水的浸入等其他因素也会使强度下降。因此, 桩的时间效应问题是影响高应变动测结果又一不可忽视的因素。第四，注意锤击能量的影响，高应变动力检测所测桩的承载力实际上是实测结果中计算求得的试验当时实际激发的土阻力。锤击能量的选择实际上就是选择合适的锤重和落距, 使土阻力能充分激发出来。如果锤击能量低, 则桩周土的阻力不能完全被激发出来, 导致结果偏低；如果锤击能量过高, 则导致桩身位移过大, 易造成薄弱截面的破损。因此, 锤击能量的选择是影响桩基检测精度的一个重要因素。在高应变动测过程中, 应遵守重锤低击的原则。理想的冲击力应是能够充分发挥出土的阻力, 并且冲击力持续时间应尽可能长。锤重增加可以延长冲击力的作用时间, 这对提高高应变动力试桩的准确性有益；而落距增大后, 冲击力的持续时间将不变, 因此, 盲目地提高重锤的落距, 在桩中引起拉应力, 容易使桩顶的打击力发生偏心, 致使桩顶局部锤击应力过大而可能使桩头打坏。第五，高应变动力测试时, 锤击能量大, 对桩头的处理要求也更高, 一定要高度重视认真对待。对于混凝土钻孔灌注桩,要认真截除污浆或不密实部分, 然后外接一段等截面桩头, 其长度一般不小于2 倍桩径, 混凝土强度等级提高1~ 2 级( 不得低于C30) , 外接桩头时要将桩身主筋延伸至桩顶, 桩顶还应设置二三层钢筋网片, 网片间距50mm 左右, 顶层网片要有适当的混凝土保护层( 一般50mm) 这样既可防止桩头开裂, 保证试验成功, 又可保护传感器不至损伤。桩头几何轴线要求与桩身重合, 桩头表面要水平, 桩头外壁要求光滑密实, 以利于安装传感器并采集到良好的应力应变信号。第六，选择高性能的锤击设备是获得高质量采集信号的关键。锤重和落距应能够自由调节, 锤击时能保持对中, 并且有易操作性和安全性等特点, 选择锤重不应低于单桩极限承载力的1%。选择稍重的锤头和合适的落距, 合适的锤垫有利于得到理想的宽力脉冲, 由轻锤、大落距锤击桩顶易使桩头桩身受损。第七，在高应变动力测桩过程中要特别重视不同场地、不同桩型的动静对比试验, 对一个工程或一个地区, 把高应变检测同静载试验结合起来, 积累经验, 在高应变动力测桩的同时, 做好静载试验, 特别是试桩的破坏性试验, 这样对于更好解决工程问题, 提高高应变动力测桩技术的可靠性有很大的好处。

 

　　另外，需要注意的是高应变动力测桩法具有一定的局限性，本文也从高应变动力测桩法中两个比较常用的方法进行介绍，第一，CASE法适用于打入桩的施工过程检测和监控,或者在具有一定的经验基础上,用于评定工程桩的验收合格性。但由于该法的假定条件与基桩施工的实际条件差别较大,首先,假设桩身等阻抗,这对钢桩、预制桩和预应力管桩在桩身无缺陷的情况下基本适用,而对灌注桩是难以达到；其次,假设动阻力完全集中于桩尖,而实际情况是随着桩的相对位移,桩侧必然产生动阻力,只是相对较小而已；再次,假设静阻力模型为刚塑性体,即桩一旦被打动,则静阻力马上达到极限值,这也与实际不符。所以,CASE法测桩,必须在桩被打动的前提下,充分发挥土的全部静阻力,并从波形上正确判断桩尖的反射位置,选用恰当的阻尼系数才可比较准确地确定单桩极限承载力。而阻尼系数值的选取,不但与桩尖土的类别有关,而且与桩的阻抗有关,由此可见,对桩身有缺陷的桩,CASE法确定单桩极限承载力很不可靠。这也就决定了CASE仅仅适用于钢桩、预制桩和预应力管桩的测试。第二，波形拟合法虽然和CASE法一样,也是在柴油锤冲击材质均匀、强度较高、侧面光滑的钢管桩、预制桩等基础上建立起来的,它不象CASE法那样严格要求贯入度和侧面光滑与截面的一致性,但当桩间土变形不够充分时,承载力同样偏于保守。而且它假定桩周土体内无变形存在,也极不合理。桩土间的理想弹塑性模型和牛顿粘性体模型与灌注桩、预制桩等桩型存在较大出入。

 

　　4、结尾

 

　　高应变动力测桩法在桩基检测中的应用十分广泛，对于提高桩基检测的精度、提高效率等具有非常重要的作用。作为一名技术人员，应该在实践中不断学习，并注重借鉴国内外先进的经验，不断提高自身的专业素养和综合素质，为提高基桩检测的质量做出应有的贡献。

 

　　【参考文献】

 

　　[1]《基桩动测技术》王雪峰等，北京科学出版社

 

　　[2] 《桩的动测新技术》刘兴满等，中国建筑工业出版社

 

　　[3] 《基桩检测技术》周东泉等，中国建筑工业出版社