高应变法在实践工程中的应用

高应变法在实践工程中的应用

张雷如

上海汇谷岩土工程技术有限公司上海市201108

摘要：高应变法检测对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定在全国的应用较多。本文详细介绍了该法的定义，应用范围及现场检测流程，在实践工程中的应用，重点剖析高应变法测试曲线特点及其在工程实践中的特点，以便该法在基桩检测中应用进行推广。

关键词：高应变法；基桩承载力；拟合分析

引言：基桩承载力的确定方法有两种：静载荷试验与高应变法（仅抗压）。静载荷试验是判定基桩承载力现在最直观最可靠的试验方法，缺点是费用高，机动性不高，对场地要求很高，高应变法则费用低，速度快，机动性高，对场地要求较低，缺点则是抗干扰能力弱，不确定性高，对检测人员技术水平要求更高。高应变法往往是作为判定基桩承载力的补充手段，可与静载荷试验进行动静对比，以便更好的进行判定基桩承载力。希望本文可以加强我们对高应变法测试单桩竖向承载力和桩身完整性类别有更好的认识，为基桩检测提供一定的认识和理论依据。

一、定义

高应变法：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。

二、抽检原则

1.施工质量有疑问的桩；

2.设计方认为重要的桩；

3.局部地质条件出现异常的桩；

4.施工工艺不同的桩；

5.承载力验收检测时适量选择完整性检测中判定的Ⅲ类桩；

6.除上述规定外，同类型桩宜均匀随机分布。

三、适用范围

高应变适用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性；监测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。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。

四、现场检测流程

1、准备工作

⑴收集资料

工程地质资料、建筑概况、桩位布置图，施工原始记录等。

⑵受检桩龄期应符合下列规定：

受检桩的混凝土龄期达到28天或预留同条件养护试块强度达到设计强度。

休止时间：砂土7天，粉土10天，非饱和粘土15天，饱和粘土25天。

⑶桩头处理

对所需检测的单桩做好测前处理，要求桩顶面应平整，并与桩轴线垂直。桩顶高度应满足锤击装置的要求，所测桩桩身需露出1.0m，桩周边需挖出直径为大于1m小于1.2m的坑。

2、传感器的安装

⑴传感器应分别对称安装在距桩顶不小于2D的桩侧表面处，条件允许时，应尽量往下安装；对于大直径桩，传感器与桩顶之间的距离可适当减小，但不得小于1D。安装处的材质和截面尺寸应与原桩身相同，传感器不得安装在截面突变处附近。

⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上；同侧的应变传感器与加速度传感器的水平距离不宜大于80mm。

⑶各传感器的安装面材质应均匀、密实、平整，并与桩轴线平行。

⑷安装螺栓的钻孔应与桩侧表面垂直，应力传感器的安装螺栓连线应与桩中心轴保持平行并垂直与地平面。

3、锤击

⑴重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸刚制作。当采取自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸造，且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。

⑵锤的重量应大于预估单桩极限载力的1.0～1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。

4、检查采集数据质量

⑴现场应及时检查采集数据的质量，每根受检桩记录的有效锤击信号应根据桩顶最大的动位移、贯入度以及桩身最大拉、压应力和缺陷程度及其发展情况综合确定。

⑵发现测试波形紊乱，应分析原因；桩身有明显缺陷或缺陷程度加剧，应停止检测。检测工作现场情况复杂，经常产生各种不利影响。为确保采集到可靠的数据，检测人员应能正确判断波形质量，熟练地诊断测量系统的各类故障，排除干扰因素。

五、曲线特点

1.干扰防治

高应变测试特别是应变片测量时，交流干扰防治是很重要的，高应变测试是一种定量测试，因而跌加的交流干扰危害很大，会使计算完全不可靠。

2.信号质量的判断与曲线特征

信号没有不规则的毛刺或振荡不削顶；应力和速度尾部归零，表明桩已静止；F（t）和ZV（t）起始段重合几乎共同达到顶值点；上行波一般可清晰地反应土层变化、阻力发挥情况、缺陷和桩底反射情况。当上行波与下行波最大值之比较小时，意味着桩被打动，土阻力得到充分发挥。

六、实践案例

1、地质条件描述

土层分别名称为：①素填土、②1粉质粘土、②2淤泥质粉质粘土、③粘土、④粉质粘土、⑤粉土夹粉砂、⑥粉质粘土；

土层厚度分别为：0.0～3.5m；0.0～2.0m；1.0～3.9m；1.9～4.0m；0.9～1.5m；6.2～8.3m；未揭穿。

土层qsik（kPa）分别为：0、26、16、56、52、55、60；土层⑤qpk（kPa）为：2000。

2、受检桩的施工参数

检测方法：CCWAPC拟合分析法；

设计单桩竖向抗压承载力极限值：950kN（桩端持力层：⑤粉土夹粉砂）；

基桩桩号：1#；桩型：PHC-400（95）A-C80-13；施工日期：2017.3.23。

3、检测方法，检测仪器设备，检测条件

（1）检测原理及方法

高应变动力检测用重锤自由落体撞击桩顶，同时采集距桩顶1.5D-3D截面处的力（F）和速度（V）时程曲线，通过CCWAPC程序求解应力波的波动方程，经拟合分析后，提供桩的结构完整性、桩的极限承载力、桩周阻力与桩端阻力的分布，以及荷载与沉降Q-s关系曲线。

（2）检测仪器设备

桩基动测仪（RS-1616KP），力传感器与加速度传感器，计量有效期2016.12.02~2017.12.02。

（3）检测条件

①桩顶加固处理，符合规范要求；

②场地无强振源、强磁场干扰；

③检测时天气：晴；

④锤重1.5t，Φ600mm，h＝0.6m，采用自由落锤；

⑤锤垫为木模板，厚为20mm。

5、检测成果

（1）检测数据：

桩号、检测日期：：1#、2017.4.25；

测点桩长、入土深度、落锤高度（m）：12.2、12.0、0.8；

砂垫层厚、贯入度（mm）：10、2.5。

（2）结果汇总表：

桩号：1#；

单桩竖向抗压承载力、侧阻力、端阻力（kN）：994.0、797.0、196.8；

端承比（%）、β值、完整性类别：19.8、1、Ⅰ类。

（3）拟合分析成果图

6、检测结论

根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014中9.4.9规定，采用实测曲线拟合法（CCWAPC）计算单桩承载力，其结果为：1#桩的单桩竖向抗压承载力为994kN，满足设计要求。

七、小结

通过上述实例，可以发现当现场试验条件适宜，检测人员技术水平很好时，所采高应变原始曲线较好，速度曲线与力曲线峰值点重合很好，上行波曲线可真实而又清晰地反应土层变化、阻力发挥情况，与地勘报告吻合。

只有充分掌握高应变法的基本理论、相关知识，对波形有正确的认识与分析，透彻动静对比及相关参数的经验，才能使得高应变法与静载荷试验对基桩承载力有较好的一致性，才能更好应用于实践中去。

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]江苏省工程建设标准，建筑地基基础检测规程（DGJ32/TJ142-2012）南京：凤凰出版传媒股份有限公司，江苏科学技术出版社，2012.

[3]张雁，刘金波.桩基手册.北京：中国建筑工业出版社，2009.