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摘要：桩基工程施工质量好坏直接关系着整个建筑结构的安全性和实用性，而桩基检测方法可以实现对建筑工程的质量控制。高应变动测法是桩基工程验收、桩身质量控制的常规手段，也是桩基竖向承载力的重要补充，其具有检测时间短、工作效率高、成本费用低、操作简单的优点，目前在工程基桩检测中已得到广泛应用。下面笔者就结合实践经验对高应变检测技术的原理、方法以及在工程基桩检测中的应用过程进行简要论述，以供参考。
关键词：高应变检测；桩基础；桩头处理；锤击
引言：随着城市化建设进程的加快，越来越多的高层建筑拔地而起，而桩基础以其自身承载力大、施工工艺简单等特点逐渐成为高层建筑的基本形式。众所周知，桩基工程施工质量直接关系着建筑结构的安全，然而在实际施工过程中，桩基工程各项指标不可避免会受到地下水等不良因素、施工工艺缺陷的影响，加上桩基工程属于隐蔽工程，大大加大了施工质量审查难度。桩基的检测工作可以有效实现对建筑工程的质量控制，而高应变检测技术更是以自身操作简单、可靠度高、省时省力、成本低等优点迅速应用到实际工程中，并成为当前桩基工程中桩基承载力确定、桩身质量控制的重要手段。
一、高应变检测原理及方法
高应变动力法测试技术于20世纪80年代随美国PDI（PileDynamics，Inc.）公司的PDA（Pile Driv-ing 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主要有以下几种：
1.1 波动方程法
波动方程法即史密斯于1960年所提出的方法，在“打桩分析的波动方程法”这一著名的论文中，他对锤――桩――土体系提出了用一系列质量块、弹簧和阻尼器组成的离散化计算模型，以锤心初速度作为边界条件，然后利用差分程序编程计算，求出了精确的数值解。
由于波动方程法便于计算机编程处理，因此现有的基桩高应变动测技术基本上都是采用该方法为基础。
1.2Case 法
Case法是一种简化分析方法，通过列一些假设条件获得一维波动方程的一个封闭接，建立了土阻力和桩顶波之间的一个简单关系，进而求得基桩极限承载力与桩顶所测得的压力和质点速度值的关系。
1.3波形拟合法
虽然Case法具有简单易用的特点，但也具有一定的理论缺陷。波形拟合采用数值试算的方法，有效地克服了Case 法的缺陷。其基本思路是：在锤击过程中，可以得到两组实测曲线，即力和速度随时间变化曲线。利用其中一组曲线并对桩身阻抗、土阻力及其他所有桩土作出假定来推求另一组曲线值，利用推求值与另一组实测曲线值对比。若不满足则调整假设值继续试算，直到计算值与实测值相符合，此时的桩土参数即为实际的桩土参数值。该方法充分利用了动测过程中所测得的实测值，辅以计算机试算能够有效地确定基桩承载力。
二、高应变确定基桩承载力的方法
（1）凯斯法
凯斯法是一种简化分析方法，通过列一些假定条件，假设桩身均质、各向同性、等截面弹性杆等，获得一维波动方程的封闭解，建立起土阻力与应力波之间的一个简单关系，进而求得基桩极限承载力与桩身所测得的压力和质点速度值的关系。在实际工程基桩检测中，应用凯斯法要事先选定土的阻尼参数，加之计算公式是在人为假定的基础上推导出的，存在一定局限性。一般而言，凯斯法判定单桩极限承载力只限于中、小直径桩。
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（2）实测曲线拟合法
实测曲线拟合法是凯斯法和史密斯法的结合，其基本思路是，在锤击过程中，可以得到两组实测曲线，即力随时间变化曲线和速度随时间变化曲线，利用高精度的计算机程序将计算值与实测值反复进行比较和迭代，若不满足则不断调整假定参数值试算，直到计算值与实测值相符合，最终得到符合实际的参数值，即得到较准确的单桩承载力、桩身完整性、桩侧摩阻情况，这种方法大大降低了分析过程中人为因素带来的误差。大量试验和动静对比表明，实测曲线拟合法准确度和可信度更高，是一种较为成熟的承载力确定方法，具有很高应用价值。
三、高应变检测在工程基桩检测中的应用
1.原始材料的收集
在高应变检测中，地质条件、桩长资料等直接影响基桩检测准确度。若使用凯斯法进行检测，地质资料不完整或不完全准确会使检测结果产生较大误差；使用使得曲线拟合法进行检测，也需要首先假设桩土参数进行试算，对地质资料进行详细分析能在一定程度上避免试算的盲目性。此外，若没有完整的桩长资料，则无法确定桩体波速，检测很可能会失效。当然，实际分析计算中，参考资料不能与实测数据相提并论，当资料缺乏或不准确时，应从实测数据中进行分析，得出结果。
2.桩头处理
由于桩头直接承受和传递冲击荷载，在锤击能量过大的情况下，为缓冲锤击能量，延长荷载作用时间，保证桩头均匀受力不破坏，对于现浇混凝土灌注桩应制作桩帽用以承受冲击荷载，为避免连接处出现反射而影响检测准确性，接长段阻抗应与原桩阻抗基本相同。某工程采用的是旋挖成孔灌注桩，桩身混凝土为C35，设计桩长17m，桩径1000mm，总桩数150根，随机抽取6根为高应变检测桩，在桩头处理过程中，先将桩顶部浮浆和夹杂有土块的混凝土凿掉，保留原桩身钢筋，将连接面清洗干净，采用比桩身混凝土高1-2个等级且不低于C30的混凝土，加早强剂、减水剂捣接桩头，接长段长度控制在2-2.5倍桩径，设置间距不大于100mm的箍筋，桩帽顶面内布三层间距为100mm的钢筋网片，以便于传感器安装。
3.安装传感器
高应变检测中用到的传感器包括应变式力传感器和加速度传感器。传感器在锤击过程中出现滑移会影响到数据采集质量，因此，应将传感器对称安装在距离桩顶1.5倍的桩径处，使两者的平均值将任何方向的偏心弯矩消除掉，另外，要保证传感器与桩身紧贴，这样安装刚度才会更大，测试效果会更好。
4.锤击
基桩检测中高应变检测的主要目的是确定基桩承载力，而基桩承载力即土对桩的静阻力与桩土位移有关，土对桩的动阻力与桩土速度有关。受到锤击作用影响，桩身不可避免会出现动阻力，但利用桩身速度近似值计算动阻力值存在较大误差，且误差随桩身速度的增加而增加。为此，必须掌握好锤击能量，使其既能使桩土产生足够大的位移，又能避免过大桩土速度的产生，通常，当桩身阻抗较大时，应增加锤击能量，而当阻力较小时，采用桩极限承载力1%的锤重即可，每根桩可锤击1-3锤。
5.检测时间的选择
桩在施工过程中不可避免的扰动桩周土，降低土体强度，这就使整个桩土体系的承载力降低，以高灵敏度饱和粘性土中的摩擦桩最为明显。随着间歇时间的增加，土体重新固结，土体强度会逐渐恢复并增加，基桩承载力都会随之增强，这种现象称为承载力时间效应。研究资料表明，时间效应可使桩的承载力比初始值增加40%~400%。所以，高应变检测应合理选择测试时间，从成桩到开始试验的休止时间：混凝土灌注桩的龄期不小于28d；预制桩在施工成桩后，对于砂类土，不宜少于7d；对于粉土，不宜少于10d；非饱和粘性土，不宜少于15d；对于饱和粘性土，不应少于25d，对于桩端持力层为遇水易软化的风化岩层，不应少于25d。预制桩承载力的时间效应可通过复打试验确定。
结束语
总之，高应变检测作为一项可靠度高、操作简单、省时省财的新型基桩检测技术，当前已广泛应用于工程基桩检测中，其不仅能够检测出桩基竖向承载力，还能检测桩身完整性，具有很高推广和应用价值。当然，我们也应在具体工程实践中不断积累、总结经验，在对桩基做出正确评价时，对高应变检测技术做出进一步完善，最大限度发挥其在工程质量控制、进度控制方面的价值。
参考文献：
[1]谭海英.高应变动力测试技术在基桩检测中的应用 2017.6
[2]王怀元，李德新.高应变动力测桩法在桩基检测中的技术探讨 2015.3
[3]黄富军.高应变检测技术在实际工程中 2016.7
论文作者:龙宁
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月上
论文发表时间:2018/9/6
标签：承载力论文; 应变论文; 桩基论文; 工程论文; 桩头论文; 曲线论文; 阻力论文; 《建筑细部》2018年2月上论文;