摘要：高应变是一种基桩检测方法，在全国范围内应用广泛，大连地区因其特殊地质条件应用较少。本文对高应变的应用和限制条件进行总结和分析，希望为大连地区的高应变检测应用提供参考。
关键词：高应变；基桩检测；大连
1高应变检测概述
高应变是一种检测基桩承载力和桩身完整性的检测方法，也可以用在预制桩打桩过程中的监测。该方法是基于桩的一维波动理论，通过在基桩桩顶激发一个瞬态的冲击力。冲击力足够使桩产生一定的贯入度，以充分激发桩侧和桩端阻力。由于桩顶的冲击力会在桩身产生应力波，应力波会在桩身传播过程中会因桩身的阻抗变化而发生复杂的透射和反射。我们习惯把应力波向下传播的规定为下行波，应力波向上的传播规定为上行波。锤击产生的下行波在桩阻抗变大时会产生一个下行波同波，其回到桩顶时会使力增加，速度减小。下行波在阻抗变小时会产生一个上行波，上行波在回到桩顶时，会使力减小，速度增加。高应变就是通过实测力和速度的曲线变化来判断桩的承载力和完整性情况。
2高应变检测
2.1高应变测试仪器
建筑工业行业标准《基桩动测仪》JG/T3055对高应变测试仪器有个基本规定，对高应变设备的一些最基本的功能作出了明确的规定。目前国内外的设备生产厂商所生产的设备大部分都能满足这个规定。加速度计和力传感器虽然在规范中没有明确的规定，但是考虑到实际情况，加速度计的量程应大于10000m/s2，电阻式应变力传感器可测最大轴向应变宜大于±2500με。
2.2高应变锤击设备
《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014对落锤的导向和落锤的形状及落锤的重量有所规定。为保证试验过程中的安全并且防止锤击偏心严重，要求高应变应该有稳固的导向装置，并且锤的高径比大于1。为保证桩的侧摩阻力和桩端阻力能够被充分激发出来，规范规定了锤重应该大于0.2倍桩的单桩竖向抗压承载力特征值。
2.3贯入度测量
高应变检测要求测桩的贯入度，每次贯入度宜控制在2mm～6mm之间。一般采用精密水准仪测量桩的贯入度，利用打桩机做锤击设备时也可根据锤击沉降量计算单击贯入度。也有一些其他的检测方法，但是应用时需考虑限制条件。当对贯入度的测量要求较高时，最好使用紧密水准仪。
2.4休止时间
高应变检测可以检测到桩的单桩竖向抗压承载力，因此要求高应变检测应该满足相应的休止时间。高应变检测还要保证桩身的混凝土强度已经达到设计要求。对于预制桩如果在成桩时未对桩周土产生特别大影响，工期要求比较紧时可以考虑提前进行高应变检测，但须知此时检测桩的承载力一般认为尚未完全发挥，如果出现检测不合格的情况需要在休止期后重新检测。
2.3检测前的现场准备工作
（1）桩头加固处理：规范中对不能直接锤击的桩头处理有明确的要求，这些要求都是为了保证高应变检测信号不至由于桩头破碎的原因导致畸变，致使测试结果不够准确。
（2）锤击装置安装：应将锤击装置平稳的放置在桩头，保证在锤击过程中及锤体可能反弹后，导向架都平稳不侧翻，也不至于产生偏心从而影响信号的真实有效性。
（3）传感器安装：为了减小锤击产生的应力集中影响，传感器应该安装在距离桩顶2D位置以下，对于大直径桩如果场地条件限制可以考虑适当距离减小但是不得小于1D。为减小偏心对检测结果的影响应对称安装应变传感器和加速度传感器。
（4）桩垫或锤垫：高应变检测中宜在受检桩桩头放置桩垫或者锤垫，一般可采用20mm厚的木板或者胶合板等。
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2.4检查和确认仪器的工作状态
高应变检测虽然是一种非破坏性的检测方法，但是由于在同一根桩上也不能对桩进行反复测试，而且由于高应变的传感器比较灵敏容易受到外部条件的影响，因此应该尽量保障高应变每一锤的测试信号。为免去交流电产生的50Hz信号干扰，设备宜采用直流电进行自检，目前多数的高应变检测设备都具有自检功能，可以提前检查通道是否通畅，应变传感器目前的变形情况是否在合理范围内。
2.5重锤低击
高应变检测在采用自由落锤装置时，应保证重锤低击的原则，一方面可以保护桩头不发生破损；另外一方面重锤低击锤击脉冲越宽，增长持续力脉冲作用，可以减小波传播过程中的不均匀性，使得波频率降低可以增加波的传播距离并自动过滤掉频率较高的干扰信号。
2.6试打桩和打桩过程监测
试打桩和打桩过程监测对预制桩施工非常重要。试打桩应该选择地质条件有代表性的位置，并且对桩端进入的持力层进行测试，用相关参数和结果选择桩型、打桩设备、桩长等。持力层应该结合岩土工程勘察报告和桩的贯入度进行控制。对部分需要复打的桩应该注意控制在休止期之后。打桩监测的桩在满足具有代表性的前提下随机选取，保证监测的桩与其他工程桩相关施工工艺相同。一般在桩需穿过不同土层时候重点监测，尤其关注打桩过程中桩身的拉应力。打桩过程中一般应力最大的位置在桩顶，但是如果预制桩在进入承载力特别高的持力层时，桩身可能产生很大的拉应力，容易造成桩身混凝土开裂因此需要对桩的标高和贯入度进行双控，以免造成工程事故。
2.7检查采集数据的质量
检测过程中要及时检查采集数据的质量，及时有效的记录保存好高应变检测的各项参数比如桩身应力和速度曲线、最大贯入度、最大动位移、桩身缺陷等。并应根据各项参数现场及时做出变化，以能够采集更准确的数据信号。
2.8检测数据分析和判定
（1）选取有效信号：选取有效的信号进行分析而对于劣质的信号必须予以剔除，不然所分析得来的结果基本就是“垃圾进、垃圾出”。对于桩头混凝土开裂或者严重变形、严重锤击偏心、通道数据不全的信号不得进行分析判定。
（2）应变力信号调整：可以根据桩长时域信号分析判断波速，或者直接采用低应变进行测试给出波速。再根据波速调整应变力信号，特别需要注意的是由于引用的公式计算，对于部分设备力曲线变化幅度是波速变化幅度的2.0倍。
（3）确定单桩竖向抗压承载力：可以采用拟合法确定单桩竖向抗压承载力。利用测得的信号输入桩的边界条件，假定桩和土阻力模型参数对曲线进行拟合，若拟合结果良好，则用假定的模型参数给出桩的竖向抗压承载力。
3高应变的限制条件和大连地区桩基础的特点
3.1高应变的限制条件
高应变由于其原理上基于多种假设条件，因此这些假设的条件就对高应变的应用有限制作用。规范中也规定了对大直径灌注桩在使用高应变检测时有需要限制条件，因此在使用高应变检测桩基础承载力时也须谨慎，不能盲目使用。当桩身存在较大缺陷时、桩身缺陷对水平承载力有影响时、桩拟合参数与勘察报告明显不符时、嵌岩桩显示桩底沉渣过厚、打桩的触变效应导致桩承载力降低时，高应变很难准确给出桩的承载力，需要借助其他检测方法分析判断。
3.2大连地区桩基础特点
大连地区其地质条件比较特殊，虽然靠近海边，但是大部分区域基桩长度都比较浅就进入坚硬的岩石层，而且大连地区建设的项目高层也比较多。因此大连地区的桩基础以大直径灌注桩较为常见，预制桩且为摩擦桩的情况非常罕见。
总结
综上所述，通过高应变的检测原理和检测过程可以明确高应变的应用范围，对于其限制条件也有了更深刻的认识。对于大连地区由于其特殊的地质环境造成高应变检测桩基础时在原理上就很难适用，因此在大连地区使用高应变检测桩基时一定要严格按照规范谨慎使用。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.建筑基桩检测技术规范JGJ106-2014.北京：中国建筑工业出版社，2014
[2]陈凡，徐天平.基桩质量检测技术.北京：中国建筑工业出版社，2014
论文作者:于成
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：应变论文; 承载力论文; 大连论文; 应力论文; 桩头论文; 条件论文; 信号论文; 《基层建设》2019年第4期论文;