浅谈工程基桩检测中的高应变检测技术

夏明玉 李军

摘要：随着我国日益城市化的发展，建筑事业也在逐渐壮大。其地基基础工程是公路建设工程的重要组成部分，而基桩是地基基础中最常用的基础形式。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。因此，本文针对高应变检测技术的原理、方法以及在工程基桩检测中进行探讨。

关键词：高应变检测;原理方法;技术探讨

我国基桩高应变动力检测理论研究与实践始于20世纪70年代.自80年代以来，以波动方程为基础的高应变法进入了快速发展期.由于采用高应变进行承载力检测具有工期短、成本低、效率高等特点，促进了其适用性、可靠性的研究，同时加快了高应变法的推广。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。所以，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方法。

一、高应变检测原理和方法

1.高应变动测原理

高应变所用理论基础，计算方法与低变相同，，但低变由于桩与土体系变形极小，不考虑阻尼的非线性影响。高变锤击能量大，桩土变形明显出现非线性关系，还要考虑土弹簧，甚至是土阻尼的非线性，建立了各种力模型。高应变检测承载力的准确度与合理拟合土参数直接相关，要求利用静载试验进行辅助拟和。相较低应变检测方法，高应变检测最主要的特征是利用高能量锤的冲击使土体产生永久变形，以此来激发桩侧土的摩阻力和桩端阻力，在检测大直径桩和桩长较长的桩的桩身完整情况方面具有极大优势。在实际检测中，锤击方法，锤击能量的充分击发与否，传感器安装正确与否都在很大程度影响了检测结果。

2.高应变确定基桩承载力的方法

（1）凯斯法

凯斯法种简化分析方法，先列出一定的假设条件求出一维波动方程的一个封闭解，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。凯斯法判定单桩极限承载力只限于中、小直径桩，所以影响了凯斯法检测的准确度。

（2）波形拟合法

波形拟合法是凯斯法和史密斯法的结合，有效克服了凯斯法的缺陷。其基本思路是，在锤击过程中，采集两组实测曲线，即力随时间变化曲线和速度随时间变化曲线。借助分析其中一组曲线，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，波形拟合法是一种较为成熟的承载力确定方法，准确性和可信度均很高，必将成为高应变动测法的主流

二、高应变检测的方法

1.原始材料的收集

正确收集原材料是测试准确的前提，高应变动力测试现场数据收集的质量直接关系到计算结果的准确性。由于在高应变检测中基桩检测准确度受到地质条件、桩长资料等影响，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

在高应变检测中波的传播效果直接受到桩头质量好坏的影响，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，应配置桩垫。也可先将桩头薄弱段除去，另浇制一接长段，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。再对桩头进行加固处理，加固后的桩头应有足够的强度且桩顶面平整，桩头中轴线与桩身上部中轴线应重合。

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，传感器必须牢固安装，不能因锤击振动而引起松动或接触不良，尤其力传感器位置要有良好的平整平面，用膨胀螺丝紧固于桩身完好的新鲜混凝土面上，以保证传感器和桩身一起变形。

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。為此，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

桩顶被锤击后，桩周围土体会被扰动，强度降低，这就使整个桩土体系的承载力降低，然而，随着时间的推移，桩周土体强度会逐渐恢复并增加，基桩承载力、混凝土桩强度都会随之增强。所以，高应变检测时，应合理选择测试时间，不应过早，以免低估基桩承载力，导致检测结果出现误差。

三、加强砼强度对检测数据的影响

1、要取得桩基高应变试桩的真实数据，就需要确保检测的采集数据真实可靠程度较高，进而才能确保采集数据的速度曲线理想。因此，这就要求在这一过程能够严格按照规程要求及相应标准掌握好砼灌注桩的强度等级，以此才能使高应变检测数据真实完整。

2、承载力数据和静载加以对比。通过大量的实践检测可知，高应变动力试桩一般对预制桩型非常配套。也就是说，在实践检测试桩中，其检测的承载力数据和静载数据加以对比后的误差程度较小，但是在实际中的砼灌注桩的承载力数据和静载之间的数据误差却相对较大。所以，由此可见在实践检测试桩过程中，高应变力动力检测具备的要求相对较高，应当满足一定的作业检测要求，并能够将实际情况按照规程加以周全考虑才能逐步消除一些限制因素。

四、结束语

总而言之，高应变检测技术已广泛应用于基桩承载力检测中，它能够有效地补充和部分取代传统的静载荷试验，使检测数量大大地提高，检测费用大幅度下降。与此同时，使桩基工程的质量得到了更好的保障。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。因此，要重视动静对比试验，积累桩基工程中的实践经验。求得较为适合当地工程的计算参数。进一步提高高应变动力检测的可靠性。

参考文献：

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