分析高应变动力测试技术在桩基检测中的应用

王帅帅

【摘要】高应变动力法是当前桩基检测中的较为优秀的桩基检测方法。具有许多静载荷实验法无法比拟的优点，能够进行大吨位的桩基监测工作。本介绍了高应变动力测试技术的应用和测试技术的原理及方法。

【关键词】高应变动力测试技术；桩基检测；应用分析

引言：桩基工程中单桩垂直承载力是否满足设计要求是桩基工程质量检测中的主要问题之一。目前检测单桩垂直承载力是否满足设计要求所采用的主要方法有静载荷试验法和高应变动力检测法。高应变动力检测法确定单桩垂直极限承载力具有独特的优点，即无需静载试验中的锚桩或堆载物，时间短、费用低、效率高，因此应用越来越广泛。本文结合桩基工程检测实践，介绍了高应变动力测试技术在桩基工程检测的应用，并对提高高应变动力测桩技术的可靠性进行了探讨。

一、高应变动力法的概念和原理

高应变动力法测试技术是20世纪70年代左右产生于美国，80年代进入我国。并于90年代在我国迅速的发展，涌现了一批应用该技术的软件和仪器。高应变动力法测试技术的主要原理，是通过对桩基进行应力波和速度波的激发，并在桩基顶部进行接收和测量，以达到确定桩基承载力的目的。这种方法对桩基测验的要求较低，并且能够适应在多处桩基的测验中，目前较为成熟的测验方法有凯斯法理论、实测曲线拟合法理论、阻力系数法等。

二、高应变动力检测技术的方法

2.1 阻力系数法

阻力系数法是一种通过一维波动方程计算而获得岩土对桩的撑阻力的新方法。它有3条基本假定：桩身是等阻抗的；桩周与桩尖土对桩的运动阻力分为动阻力和静阻力两部分，动阻力全部集中在桩尖，忽略桩侧土阻力；静阻力模型为理想刚塑性体，忽略应力波在传播过程中的能量损耗，包括桩身中内阻尼损耗和向桩周土的逸散。

2.2 波形拟合法

目前被认为是确定单桩承载力最准确的方法。它是通过现场把实测力波和速度波输入计算机进行迭代计算，把桩-土系统变为离散的质弹模型，假定各单元桩和土参数，以实测的桩顶速度波（或力波）作为边界条件，用特征线法求解波动方程，反算桩顶力波（或速度波），使计算的波形和实测波形拟合。若两者不吻合，调整桩土参数，再次计算，直至吻合。此时各参数是最佳估算值。最终求得承载力、侧阻分布和计算的p- s曲线。

2.3凯斯法理论

凯斯法理论是一种建立在应力波理论的基础上的检测方法，凯斯

法将所要测试的单桩当作一种连续的弹性杆件，并将其当作等截面桩。并根据波形理论，将实测到的数据进行计算，最终确认所检测的单桩的极限承载力，并对照项目要求，得出单桩承载力是否处于合格状态。而凯斯法理论所检测出的数据，是对土阻力进行钢塑法而得到的数据，所计算出的承载力，是单桩承载力的一次估算值，虽然近似于单桩的承载力，但无法完全将一次估算值当作单桩检测的最终结果。

2.4实测曲线拟合法理论

实测波形拟合法，顾名思义，就是要将单桩的检测中的波形进行

假设、测量和计算的一种测量方法。要在进行测量前，通过假设对单桩的桩顶的力曲线进行假设。然后通过对单桩进行实验，得出桩顶的实际力曲线，将两者进行对比并观察，如果发现假设计算出的曲线和实测的曲线不吻合，则对单桩的力曲线进行再次的假设，并最终得到与实测曲线相吻合的曲线，在得出该曲线后，曲线中的承载力则为该单桩的承载力。实测波形拟合法对假设和测试过程中的测试数值要求很高，需要严格的按照桩基检测的相关规定进行，各部分数值要严格的遵守计算规则和力学标准进行计算和假设。确保计算的数值符合实际。

三、 影响因素分析

3.1 原始资料的掌握程度

能否达到或超过桩基设计承载力是检测的最终目的，详细掌握原始工程地质条件则是检测成功的重要保证。高应变动力试桩的分析过程是一种判断的过程，可靠的原始资料是技术人员进行思考和判断的重要依据。地质勘察报告中土层静力触探曲线描述的贯入阻力分布、砂土的密实度、黏性土的稠度、土层埋深以及其他一些性质指标是作为计算土参数选取的重要依据。分析过程中需要不断地拿原始资料同实测分析结果相互验证，从而准确地确定各个参数的取值。

3.2锤击的能量

高应变动力检测所测桩的承载力实际上是实测结果中计算求得的试验当时实际激发的土阻力。锤击能量的选择实际上就是选择合适的锤重和落距，使土阻力能充分激发出来。如果锤击能量低，则桩周土的阻力不能完全被激发出来，导致结果偏低；如果锤击能量过高，则导致桩身位移过大，易造成薄弱截面的破损。因此，锤击能量的选择是影响桩基检测精度的一个重要因素。在高应变动测过程中，应遵守重锤低击的原则。理想的冲击力应是能够充分发挥出土的阻力，并且冲击力持续时间应尽可能长。锤重增加可以延长冲击力的作用时间，这对提高高应变动力试桩的准确性有益；而落距增大后，冲击力的持续时间将不变，因此，盲目地提高重锤的落距，在桩中引起拉应力，容易使桩顶的打击力发生偏心，致使桩顶局部锤击应力过大而可能使桩头打坏。

3.3传感器安装的影响

传感器是整个高应变动力检测过程中的最重要的环节，在进行检

测时，需要通过传感器对检测过程中的数据进行传回，然后再通过技术人员进行计算，得出最后的数值。可见，传感器的使用在整个检测过程中占有重要的位置。传感器所传回的数据越精确，所得出的数据值就会越接近实际数值，检测的结果准确度越高。

3.4 樁土时间效应的影响

高应变动力检测不能只考虑到桩身强度，还应充分注意到桩土的时间效应对检测结果有很大影响。成桩后，岩土对桩的阻力是随时间的延长而不断发生变化的，一般情况下，岩土阻力随歇后时间的延长而增大，其原因是受成桩过程中土体强度的恢复、孔隙水消散和桩土界面上的一系列物理化学过程的影响。除了设计、施工的因素外，某些特殊的桩端持力层由于施工的扰动或地下水的浸入等其他因素也会使强度下降。因此，桩的时间效应问题是影响高应变动测结果又一不可忽视的因素。

四、提高检测精度的主要措施

（1）充分了解掌握工程地质条件和桩基的设计、施工情况，合

理地选取计算模型；（2）合理选择锤击能量，锤的重量必须大于预

估单桩极限承载力的1%，要遵守重锤低击的原则，在贯入度合适

的情况下，尽可能地选择较重的落锤；（3）传感器应分别对称安装

在桩顶下的桩侧表面，且距离桩顶不小于2倍桩径，如条件允许，

应尽量往下安装；（4）考虑桩土的时间效应，在土强度充分恢复后，

合理选择检测时间；（5）加强培训，提高检测技术人员的素质，积累

丰富的实践经验。

五、结束语

高应变动力检测技术在桩基检验中，具有速度快、消耗低、准确性强、适用范围广等特点。在工程实践中具有很好的应用前景。但是任何一种技术都不是完美无缺的，高应变动力检测技术也具有一些缺点和不足。因此，在实践工程检测中，要注重对以往检测技术、方法、手段的结合，将高应变检测同静载试验等结合起来，提高桩基质量检测的精度和准确度。

参考文献

[1] 曹润宇.浅析基桩高应变动力检测过程中应注意的几个问题[J].科技资讯，2010，（36）.

[2]秦凡.高应变动力测试技术在桩基质量检测中的应用[J].中国水运（下半月），2012，09：265-266.

[3]张维祥，杨立军.高低应变动力测试技术在某住宅楼桩基检测中的应用[J].建筑技术开发，2007，03：32-34.

[4]刘亚莲，李永见，茜平一.竖向荷载下复合桩基承载特性的弹塑性分析[J].中国农村水利水电，2002，（9）.

[5] 吕健伟，谢程波.高应变动力测桩的误差分析[ J].山西建筑，2006，32（20）：120-121.