浅析高应变动力检测技术在桩基检测中的应用

摘要：本文简要介绍了常用的几种桩基检测技术，针对具体工程，利用成孔质量检测、低应变动力检测和高应变动力检测等技术对该工程的基桩进行了检测，进而对桩基质量做出评价，以确保建设工程的质量。

关键词：桩基工程；检测技术；高应变动力检测；低应变动力检测

中图分类号：U231文献标识码： A

引言

众所周知，桩基是隐蔽工程，支撑着地面上的构筑物，它是建筑物的基础，其质量优劣直接影响到这些建筑物的安全。目前检测单桩垂直承载力是否满足设计要求所采用的主要方法有静载荷试验法和高应变动力检测法。高应变动力检测法确定单桩垂直极限承载力具有独特的优点，即无需静载试验中的锚桩或堆载物，时间短、费用低、效率高，因此应用越来越广泛。

一、高低应变动力检测技术的原理及方法

高应变动力法测试技术于上世纪80 年代随美国PDA ( Pile Dynamics, Inc. ) 公司的PDA ( Pile Driv2ing Analyzer) 仪器引入我国， 90 年代初国内类似的仪器和计算软件也相继面世。近几年随着国内高层建筑数量的增多，该技术得到了广泛的应用和发展。它是通过在桩顶量测被激发的阻力产生的应力波和速度波, 来确定承载力的。目前工程界应用最广泛的高应变动力试桩法是阻尼系数法(CASE法) 和曲线拟合法(CAPWAP法) [ 1 ] 、 [ 2 ]。CASE法简单快捷，可作现场实时分析，但其准确性受阻尼系数JC值的影响较大。 因此与动静对比的数量和测试人员的经验素质有密切关系。CAPWAP法则通过理论计算曲线与实测曲线相互拟合对桩土关系进行分析，在各参数合理的条件下，两曲线吻合程度越高，说明结果越接近于实际情况，也就越能反映基桩承载力的准确值。高低应变动力检测技术主要包括如下几种方法：

1.1、阻力系数法。阻力系数法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。它有三条基本假定：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。

1.2、波形拟合法。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Q—S 曲线。

二、房屋建筑工程施工的地基处理的技术要点

2.1、施工准备。工程开工动土之前必需要具备现场的地质的调研资料，，根据现场环境检查“三通一平”及临时设施的准备情况，掌握现场周边区域内的地下管线和构筑物等分布情况。据施工现场的便利情况和工程量计划配置施工机械设备的型号和数量，施工材料的选购及进场需严格控制质量，从源头上把关。

2.2、施工阶段。近年来，我国在房屋建筑地基处理技术上已初步摸索出一套新理论和新方法。但在实际施工中的体现仍有待于提高，缺乏统一的相关规范和标准。土方开挖前，先放好基础边线和土方开挖线，并将其引到基坑以外不会被破坏的地方。土方开挖时，施工测量人员严格控制标高，严禁超挖。浇捣 C10 砼垫层时，需留置标养及同条件试块各一组，做试块时请监理公司人员旁边监督，送试验室养护。按施工图计算准确下料单，根据钢材定尺长度统筹下料。绑扎前要清扫模板内杂物和砌墙的落地砂浆灰，模板上弹好水平标高线。绑扎结束后应保持钢筋清洁。模板的接缝不应漏浆。木模与支撑系统应选不易变形、质轻、韧性好的材料不得使用腐朽、脆性和受潮湿易变形的木材。浇筑时应以最少的转载次数和最短的时间从搅拌地点运至浇筑地点，使用振捣器时，要轻拔快插捣有序，不漏振，每一振捣的延续时间应使砼的表面呈现浮浆和不在沉落，等等。

2.3、质量检查及验收阶段。地基施工阶段，所使用的材料物资必须有出厂合格证，材质单等，强度必须达到设计要求。桩位正确，桩身垂直，接桩偏差均应控制在规范允许的误差范围内。桩基按有关规定必须做单桩静载试验。必需在沉桩施工停止15天以后，待土的强度恢复即可进行试验程序，并要严格控制预制桩桩头进入基坑内必须预留有一定的锚固长度。接桩焊缝牢固，无缺、漏焊现象，压入土中铁件必须刷防腐漆处理。操作进尺均匀，记录必须真实可靠。

三、高应变动力测桩技术在桩基质量检测中的应用

3.1、检测前准备工作。检测前要搞好场地处理，试桩周边场地平整，地坪应具有一定的承载力；清除试桩周边障碍物，确保导向架能平稳安装，至少确保桩中心周围1.5m×1.5m范围内平整，或可放置钢梁，用于放置高应变落锤导向架；对于深基坑工程，应选择在挖土运输通道未挖除时进行委托；若试桩处不通道路或卡车、汽车吊通行条件不够，应采用挖机进行辅助运输，确保落锤导向架和重锤能够运输至试桩部位，并能够进行安装，即挖机能将重锤吊至落锤导向架顶部吊钩处。

抓好桩头处理。打掉桩顶浮浆，桩头顶面要水平、平整、密实，桩头中轴线与桩身轴线要重合，桩头截面积与桩身要相等；灌注桩一定要接桩头，桩头混凝土强度等级宜比桩身高1-2个等级并保证侧面传感器安装位置的平整；桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度；距桩顶一倍桩径范围内，宜用3~5mm厚钢板围成护筒保护，并加2-3层钢筋网片；桩头顶部应设置桩垫，桩垫可采用10~30mm的木板，或者用30~50mm的细沙，细沙要均匀分布在桩顶面上；高应变测点处的截面尺寸应与桩身相同。

3.2、传感器的安装。传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。传感器安装的好坏对采集信息的影响很大，粘结层应尽可能薄。传感器侧面应与桩侧面紧密接触，不得用手接触传感器，在信号采集过程中不得产生滑移或松动。对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩顶1.5~2.0倍桩径，应变计与加速度计中心在同一水平线上，紧贴桩身表面，应变计不能有变形。

3.3、采集与处理。在落锤前用手指轻弹传感器，看采集的波形有无振荡，如有振荡，证明没有安装紧。应及时调整好；力传感器的安装也应装紧，否则力传感器出现振荡后，就无法真实反应力值。锤击的波形以“鼓包”为最佳状态。在所采集的波形中，应首先判断加速度波形有无振荡。采集曲线的选择，应当保持两侧的力与速度曲线应基本一致，峰值基本相等，峰值前力与速度的曲线应基本重合；速度和力的曲线应基本归零；曲线无明显高频杂波，桩底反射明显；位移时程曲线尾部示值应与实测的贯入度一致，且贯入度大小适中，一般为2~6mm。

3.4、高应变动力检测结果。在工地高应变实测试验中得到以下波形，具体如图1所示。根据波形可以判断打桩锤系统是否正常。如果在打桩过程中锤的输出能量与桩上实际接收的能量相差过大，就可以判断打桩锤系统可能出现了问题。根据图1所示的情况，该状态是正常的打桩状态。根据笔者的实践经验，得出对于阻抗有较大变化的桩不宜用凯斯法计算，而应采用实测曲线拟合法，通过相关拟合过程，可以使计算更加贴近工程实际，更能体现桩基的实际质量。

图1：高低应变实测波形

参考文献

[1]. 刘超英等：高应变动力测试技术在桩基工程检测中的应用[J].中国农田水利水电2004年第5期。

[2].秦凡：高应变动力测试技术在桩基质量检测中的应用[J].中国水运2012年第9期。

[3]. 杨勇：浅析桩基检测技术在房屋建筑工程中的应用[J]. 世界华商经济年鉴·城乡建设2013年第2期。