关于高应变法在桩基检测中的探析

范熙涛

【摘要】在桩基检测技术中用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法，这就是高应变法。高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。本文对于高应变动力测桩法的现场测试技术（包括桩头处理、锤击能量、传感器的安装等对高应变测试的影响）和常用实测曲线拟合法数据分析技术中有关问题进行了探讨分析。

【关键词】高应变 曲线拟合法 桩基检测

目前高应变法主要有动力打桩公式法、波动方程法、Case法、曲线拟合法、锤击贯入法和动静法等。桩基动测具有费用低、快速、轻便、适于普查等优点，这大大地促进了桩基动测技术的研究和应用。

一、现场测试技术

高应变动力测试数据采集质量直接关系到计算结果的准确性。正确采集信号是良好结果的前提条件。

1、桩头处理对数据曲线的影响。桩头质量好坏直接影响波的传播效果，对于桩头的处理应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土，对灌注桩、桩头严重破损的混凝土预制桩和桩头已出现屈服变形的钢桩，试验前应对桩头进行修复或加固处理。桩头顶面应水平、平整，桩头中轴线与桩身中轴线应重合，桩头截面积应与原桩身截面积相同，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上。距桩顶上1倍桩径范围内，宜用3mm—5mm钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片2—3层，间距60mm—100mm，桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1—2级，且不得低于C30。桩头应高出桩周土2—3倍桩径，桩周1.2m以内应平整夯实。桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级，且不得低于C30。

2、锤击能量对高应变测试的影响。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，要認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5cm左右，顶层网片要有适当的混凝土保护层（一般5cm）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。

3、传感器的安装对高应变测试的影响。传感器直接测到的信号是检测面上的应变和加速度的信号，要根据其他参数设定值计算后才能得到力和速度信号。检测截面选择不当，如传感器过分靠近桩顶或在变截面附近，实测的应变不具代表性；传感器安装处局部混凝土质量差，不利传感器的固定，在锤击力作用下还可能产生严重的非弹性变形，同时截面的阻抗也估算不准等，都会影响承载力的计算结果。尤其对于灌注桩传感器的安装应符合以下几点。①传感器不得安装在变截面附近，因为该截面应力集中，所测的力不准。安装点也不该离桩顶太近，一般为1.5D—2.0D为佳，这样就可以减少应力集中的偏心的影响。②应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上；同侧的应变传感器和速度传感器间的水平距离不宜大于80mm，传感器的中心轴应与桩中心轴保持平行，这样安装可以对量测的信号进行平均，以消除锤击偏心的影响。③传感器的安装面材质应均匀、密实、平稳，并与桩轴线平行，否则应用磨光机磨平。若安装点附近有裂缝或塑性变形，易使波形峰值处速度大于力，力波尾部不归零。④安装螺栓的钻孔与桩侧表面垂直，安装完毕后的传感器应紧贴桩身表面，不能由于锤击振动引起松动或接触不良，以保证传感器和桩身一起变形。

4、落锤对中。锤击偏心对信号的影响较大，严重的偏心会使桩身一侧受拉，由于混凝土的抗拉强度较低，受拉后产生裂缝和塑性变形，使力传感器受损，特别是灌注桩，使桩头开裂。力信号对偏心敏感，偏心会使应变包含塑性变形分量，力信号中也应包含虚假成份，所以落锤必须对中。

二、实测曲线拟合法数据分析技术

实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。其过程为：假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数，利用实测的速度（或力、上行波、下行波）曲线作为输入边界条件，数值求解波动方程，反算桩顶的力（或速度、下行波、上行波）曲线。若计算的曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型及参数不合理，有针对性地调整模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线（以及贯入度的计算值与实测值）的吻合程度良好且不易进一步改善为止。实际工作中的问题主要表现在以下几个方面：

1、分析软件

要求采用的检测仪器（软件）的主要技术性能指标应符合建筑基桩检测技术规范（JGJ 106—2003）和《基桩动测仪》JG/T 3055中规定的标准。一些检测机构对软件（尤其是外语操作界面的软件）操作不熟悉，少数检测机构使用的软件包含的岩土工程参数过于简化、存在结果输出及参数统计错误的风险。

2、检测数据的分析与判定

高应变法曲线拟合分析首先应对信号曲线做出定性检查和正确判断。在实际检测中发现，仍有些人员忽略这一重要环节，拿到信号后即仓促分析，导致结果偏差过大。

其次，拟合分析时应根据波形特征、桩型和地质条件等合理确定桩土参数范围。拟合选用的桩土参数的数量和类型繁多，参数各自和相互间耦合的影响非常复杂，需通过综合比较判断进行取舍。正确判断取舍条件的要点是参数取值应在岩土工程的合理范围内。

还有一些检测人员对“参数应在岩土工程的合理范围内”的取值缺乏自信、盲目盲从；提交的一些参数明显偏离常规，波形的解释与分析计算不合理，主要参数（每个土单元的极限静阻力、最大弹性位移和动粘滞阻尼）未及认真识别和统计。

3、测试人员技术要求。高应变分析计算结果的可靠性高低取决于动测仪器、分析软件和人员素质三个要素。其中起决定作用的是具有坚实理论基础和丰富实践经验的高素质检测人员。高应变法之所以有生命力，表现在高应变信号不同于随机信号的可解释性——即使不采用复杂的数学计算和提炼，只要检测波形质量有保证，就能定性地反映桩的承载性状及其他相关的动力学问题。因此对波形的正确定性解释的重要性超过了软件建模分析计算本身，对人员的要求首先是解读波形，其次才是熟练操作仪器和使用相关软件。对此，如果不从提高人员素质入手加以解决，这种状况的改观显然仅靠技术规范以及仪器和软件功能的增强是无法做到的。因此，承载力分析计算前，应有高素质的检测人员对信号进行定性检查和判断。

这就要求动测人员在实际工作中要认真积累各种实测与对比资料，对高应变法的原理、方法及误差来源有较深入的理解，再加上认真试验和分析才可以在很大程度上消除和减少误差。

结束语

桩基检测工作是一项严谨而细致的工作，现场测试中的任何疏忽都可能引起测试的失败，数据处理时任何参数的误差都可能给结果带来超精度的误差，甚至得到错误的结果。因此，它要求测试人员不但要有精湛的专业技能，严肃的工作态度，而且要有丰富的实践经验，能够及时准确地发现并解决问题。

参考文献：

[1]潘志远 高应变动力测桩法在桩基检测中的应用[J] 城市建设理论研究 2012年37期

[2]顾玉山 基桩高低应变检测相关问题探讨[J] 科技与企业 2012年05期

[3] 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）