高应变在桩基检测中的应用

高应变在桩基检测中的应用

田乾乾

摘 要：近年来，随着经济和科技的发展，高应变法在桩基检测中的应用越来越广泛，文章主要介绍通过对高应变采集的信号曲线进行采集分析和处理，得到桩的承载力和完整性等特性。

关键词：高应变检测；桩基检测；单桩竖向抗压承载力；桩身完整性中图分类号：TU473.16 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）10-0188-01

高应变是指采用重锤冲击桩顶，使桩和桩周土产生相对位移，实测桩顶部的速度和力曲线，利用应力波理论分析得到桩土体系有关性状，主要功能是预估单桩竖向抗压承载力和桩身完整性。与低应变相比，高应变的激发能量比较大，检测有效深度大，尤其在判定桩身整合型水平裂缝、预制桩接桩处等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响桩的竖向抗压承载力的基础上，比较合理判断缺陷程度。1 高应变动测试系统

（1）激振系统。高应变试验需要选择具有一定质量的重锤，保证具有较高的冲击能量，能使得桩和桩周土体产生相对位移，同时又不会把桩头打坏，重锤应形状对称，高径(宽)比不得小于1，锤重应不小于预估单桩极限承载力的1%。（2）基桩检测仪。基桩检测仪是将冲击作用转换成电信号，并加以处理、储存、显示以及分析计算的仪器。测量的是电信号，通过传感器记录被测桩的物理参数。主要有应变传感器和加速度传感器。传感器的安装应在桩顶的以下不宜小于2倍桩身截面直径。传感器应在桩身同一截面，并呈对称布置。传感器中心轴应和桩中心轴平行。2 高应变实测信号的分析

2.1 高应变曲线主要特点

在实际工程中正常的高应变曲线的特点：（1）曲线整体光滑，无高频波动。与相邻锤击曲线相比，形态变化不大，多次量测有很好的一致性。（3）一般情况下，F、ZV的峰值应大致相等。（4）在曲线开始阶段，F、ZV曲线应重合。（5）在0＜t＜2L/C时间段，F、ZV曲线逐渐分离，并成比例关系。（6）在曲线的尾部，F、ZV曲线应归零。

2.2 异常曲线及常见可能原因

（1）ZV曲线的峰值近似为F曲线峰值的一半，或F曲线的峰值近似为ZV曲线峰值的一半。可能有一个加速度传感器不通或者应变传感器没有接好。（2）有高频波动叠加在F曲线上，可能是应变传感器松动了。（3）在曲线起始段，F、ZV曲线不重合。可能是锤击偏心，一侧应变传感器出现受拉。（4）F曲线不归零，在钻孔灌注桩测试中通常发生，可能情况是锤击后桩头或传感器位置处出现裂缝，发生塑性变形，有残余应变。

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2.3 桩身阻抗变化在F～V曲线上表现

（1）桩身阻抗变大（如钻孔灌注桩的扩颈）。因锤击力为压力波，反射波为上行的压力波，该反射波会使得F曲线增大，向上平移，V曲线减小，向下平移，F、V曲线是反向平移，两曲线互相分离。（2）桩身阻抗变小（如钻孔灌注桩的缩颈，打入桩破损）。因锤击力为压力波，反射波为上行的拉力波，该反射波会使得F曲线减小，向下平移，V曲线增大，向上平移，F、V曲线是反向平移，两曲线互相靠拢。

2.4 桩侧土阻力在F～ZV曲线上的表现

在0＜t＜2L/C时段内，土阻力波只有沿桩侧各点产生的向上传播的压力波能到达桩顶，被传感器接收。因此只有沿桩侧各点向上传播的压力波能影响F～ZV曲线。该压力波会使F曲线变大，向上移动，V曲线变小，向下平移，F～ZV的移动方向相反，两条曲线逐渐分离。

由于从桩顶部到桩底部，土阻力是以累计方式逐渐叠加在F～ZV曲线上，因此在实测F～ZV曲线上某一点的值F与ZV的差值就是桩身该点至桩顶部分的土阻力和。因此在实测F～ZV曲线上，从桩顶部到顶部以下某一位置处的F与ZV之差就是桩侧土阻力的累加值，如果F～ZV曲线在此分离得越开，就说明土阻力越高，可以反映出桩的承载力越高。3 高应变工程的应用

3.1 桩身波速的确定

当桩底有明显反射波时，桩身波速可以根据速度波的峰值第一个起升沿到速度波桩底反射波峰起升沿或下降沿的起始点之间的时间差结合桩长值确定。当桩底反射信号不明显时，可根据桩长、相邻桩的桩身波速值以及混凝土结构的波速的取值范围合理综合确定。3.2 承载力的确定

（1）凯斯法。凯斯法假定桩为一维线弹性细长杆件，桩身材料是均质的，假定应力波在沿桩传播过程中能量损耗、向桩周围土中的逸散损耗和桩自身内的阻尼损耗，都可以忽略不计。土的基本模型：总土阻力由土的动阻力和土的静阻力组成。动阻力采用线性黏滞阻尼模型，用阻尼壶模拟；静阻力采用弹塑性模型，用弹簧和摩擦键模拟，并假定土的动阻力都在桩尖附近，并和桩尖质点的运动速度成正比，桩侧的动阻力忽略不计。凯斯法的缺点是Jc的选择有一定的随意性，计算时仅用到实测曲线的几

个特征值，特别是灌注桩，误差较大。

单桩承载力应按下列凯司法公式计算：

（2）曲线拟合法。实测曲线拟合法的做法是把桩分成有限个单元，对每一单元的桩土参数进行设定，再根据实测信号做为条件进行波动分析，进行拟合计算，直至拟合曲线的实测曲线符合程度达到最佳状态。可以弥补凯斯法的不足。

曲线拟合标准：①采用的力学模型应能反映桩和土的实际情况；②同一锤击所对应的实测最终贯入度应和拟合分析得出的贯入度计算值基本一致；③拟合曲线应在t1+2L/C时刻后应有足够的延续时间；④拟合完成时，土阻力的影响区的拟合曲线应与实测曲线相吻合，其他区域应基本吻合；⑤拟合时使用的土层参数应该在岩土工程参数的正常范围内，选用土层的最大弹性形变值不应超过测试桩单元的最大位移量。4 高应变局限性

高应变所应用的桩-土力学模型与实际工程中的力学性质有一定的差异；当单桩承载力由桩身结构强度控制时,高应变试验无法定量检测桩身结构承载力，无法判断桩身承载力；高应变试验中，桩-土之间的相对位移无法达到静载荷试验的位移量，导致土阻力发挥存在差别，通常试验承载力要低于静载荷试验结果。5 结束语

高应变动测法应高度重视采集原始信息的质量，现场锤击的好坏至关重要。在桩基检测实践中，技术人员应不断积累经验，使高应变检测方法尽量切合实际情况，达到更佳的检测效果。参考文献：

[1]JGJ 106-2014,建筑基桩检测技术规范[S]．[2]张林海.基桩高应变法动力检测实用技术[Z].上海:上海锐欣仪器科技有限公司,2013.作者简介：田乾乾（1987—），男，河南西平人，本科，工程师，研究方向：岩土工程质量检测，工程勘察。

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