高应变法在桩基检测中的应用实践探讨

高应变法在桩基检测中的应用实践探讨

潘洪涛

江门市建设工程检测中心有限公司，广东 江门 529051

摘 要：随着我国经济的快速发展，城镇化进程在不断地加快，这让我国基本建设事业发展获得了新的机会。我国建筑工程数量不断地增加，相应的配套桩基工程数量也在提高，并且使用的桩基形式和之前相比更加复杂，这无疑提高了桩基检测的工作难度。以前我国对桩基工程检测的时候使用的都是桩的静载荷试验，这种方式检测时间较长，需要检测的桩基过多的话就容易延误工期，并且检测的成本也比较高。近些年在桩基检测多采用高应变动力检测，该方法检测更加先进，操作也更加方便，非常适用于现代工程。

关键词：高应变；桩基工程；动力检测；应用

检测桩基工程的质量是否符合要求，其重点就在于验证单桩竖直承载力能够满足设计的承载力要求。传统检测桩基使用的是静荷载试验的方法，这种方法首先就需要对桩基的重量进行测量，显然，对于体积大重量高的桩基来说，这样操作是非常复杂的，并且当前很多桩基都为灌注桩，称量桩基质量实属不易。高应变动力检测技术就很好的完成对桩基的检测工作，通过使用无损探伤的方式，利用传感器和信号处理器等设备，可以完成对桩基竖直承载力的检测，这使得桩基检测的时间和工作量都得到了大幅度的减少，并且检测的精确度非常高，能够为桩基检测提供很好的保障，也正是由于这些优势，该技术在当前检测行业应用非常广泛。

1. 高应变动力测试技术的原理

这项技术起源于西方国家，在上世纪七十年代的时候投入使用，在八十年代的时候我国才接触到这项技术，在九十年代正式投入了使用，与此同时和该技术有关的软件和仪器也逐渐在检测中得到了应用。通过使用高应变动力测试技术，可以将桩基内部的两种形式的波进行检测，通过对检测数据的处理，就可以清楚的看出桩基承载力和设计需求之间是否存在差距。这种检测的方式对桩基没有特殊的要求，能够检测各种环境下的桩基。高应变测试通过使用重锤对桩顶进行冲击，使得桩基周围的岩土产生弹塑性变形，检测人员需要将桩顶截面附近力和速度的关系曲线进行整理，根据力波理论对检测结果进行分析，从而验证出桩基的承载力是否满足要求。

2. 高应变动力测试技术的方法

1. CASE法

使用这种方式是为了检测桩基的应力波，在检测的时候，需要把单桩看成是一个等截面桩，得出检测结果后用波形理论进行计算，比对计算结果以及桩基要求，就能得知桩基的质量是否合格。CASE法检测得到的桩基的承载力数据是一个估算数值，并不是非常的准确，但是检测方法非常的简单，因此在打桩的过程中非常适用。

2. 阻力系数法

阻力系数法检测的内容和桩基周围的岩土有关，通过检测可以了解到岩土对桩基的支撑情况是否到位，检测得出的数据需要使用一维波动方程对其进行处理。检测之前需要先假设一些理想的试验状况，在此基础上完成检测工作。第一种是假设桩基和岩土之间是等抗阻的状态，第二种是将桩基周围岩土阻力忽略掉，集中将桩基阻力考虑在顶部的位置，第三种是假设桩基只受到静阻力，将检测中应力波的消耗情况进行忽略。在检测中将这三种假设的数值当做是桩基承载力的理想数值，完成对桩基承载力的计算。

3. 波形拟合法

在检测桩基承载力的各种方法中，波形拟合法是检测数据最精准的，通过这种检测方法，能够将现场检测到的桩基内部的应力波传输到计算机中，通过计算机进行计算，计算机会不断地模拟现场的实际情况，将桩基和岩土的参数进行预估，从而得出波动曲线，如果波动曲线和检测曲线出现不匹配的情况，计算机将会重新对岩土和桩基的参数进行拟定，直到二者曲线重合，就可以得出一个最佳估算值，这个值就能够精确地计算出桩基的承载力情况^[1]。

3. 高应变动力法试桩的具体步骤

高应变动力法可以分为五个步骤：首先，通过高能量的冲击荷载对桩基周围的岩土体系进行考核，通常情况下受到冲击后的桩身顺势动应变峰值不会小于静荷载试验极限承载力的静应变值；其次，在进行实测的时候，需要对桩基现场合理的进行布点，以便能够采集到桩顶附近理想的桩身截面的轴向应变与桩身运动加速度之间的关系，通过计算可以得出两个数值：截面的轴向平均内力和轴向平均速度；再次，要将实验数据中的桩身抗阻信息以及土阻力分段分层信息进行整理和归纳；随后，根据桩土体系的实际工作机理，构建出完整的数据模型，通过使用一维运动方程将试验的数据进行分析，就可以计算出桩土体系承载力的数值；最后，应该通过大量的静动对比对计算出的结果进行分析，结合试验得出的数据，得出单桩极限承载力能否满足要求的结论。

4. 现场测试注意要点

1. 处理桩头

对于高应变动力检测来说，桩头的质量将会直接影响检测的结果，如果桩头质量较差，将会影响应力波在桩体内的传播。在处理桩头的时候，首先应该将桩顶部的破碎层以及软弱的混凝土进行处理，通过人工剔凿的方式让桩头尽可能平整扎实，如果桩基桩头位置破损较为严重或者桩头已经出现了屈服变形的钢制桩头，在进行检测之前，需要先对桩头进行修补或者加固，常见的加固方式是对桩顶面先行处理，最后在桩顶上制作一个桩帽。桩帽的制作有着一定的要求，首先桩帽的顶面应该保证水平和平整，桩帽的平面中心应该和桩头的中轴线保持重合，桩头截面面积应该和桩体的截面面积保持一致。

桩头部分的高度通常不应该小于两倍的桩径，桩头的主筋应该全部在混凝土的保护层之下，主筋应该保证同样的高度。在距离桩顶一个桩径距离的位置，都应该使用钢板将其包裹起来，距离桩顶1.5倍桩径的范围之内，应该设计箍筋使得桩头强度得到保证，箍筋间距可以控制在10cm之内。桩顶的位置应该设置一到两层的钢筋网片，网片的间距在60—100mm左右。桩头位置的混凝土强度应该比桩身的混凝土强度要高，通常高一到两个标号即可，并且桩头强度不能够低于C30。桩头露出地面高度应该不低于两倍的桩径，桩头附近1.2米之内的地面应该进行夯实处理^[2]。

高应变动力测试需要使用质量较大的锤头对桩顶进行撞击，因此对桩顶质量有着一定的要求。对于混凝土灌注桩来说，施工方应该按照设计要求制作桩帽，这样能够有效防止桩头开裂，还能保证试验能够顺利的进行。桩帽的外壁一定要光滑密实，这样更有利于安装传感器，以便于采集到清晰的应力应变信号。

2. 安装传感器

传感器的主要功能在于感受信息和采集信息，桩头检测面上的应变和加速度信息都能够通过传感器进行反映，通过设计参数，就能够将力和速度进行计算。如果检测选择的截面位置不正确，或者传感器安装的位置和桩顶过于接近，测量出来的应变值将不再具有代表性。传感器安装位置的混凝土质量如果比较差，就会使得传感器难以固定，同时在桩顶受到锤击的时候还更容易产生变形，难以估算准确截面的抗阻力。以上这些都会对桩基承载力的检验精度造成影响，使得计算结果不准确。因此在安装桩头检测传感器的时候应该注意一些细节。

首先，安装传感器的位置不应该在变截面的附近，该截面位置应力更加集中，测试得到的应力是不准确的。同时安装传感器的位置距离桩顶过远也会导致检测到的应力应变信息不准确，通常传感器安装在距离桩顶两倍桩径的位置就可以了，这样能够有效降低应力集中导致的偏心影响。

其次，安装应变传感器后安装加速度传感器，两个传感器的中心位置应该保持在统一个水平线上。传感器上都带有敏感轴，轴的位置和轴的中心应该保持平行，这样安装能够使得测量的信号能够平均，使得锤击偏心的影响能够被降低^[3]。

再次，安装传感器的位置也有着一定的讲究，安装表面的混凝土应该是质地均匀密实的，并且还要和桩轴线保持平行，否则应该舒勇磨光机将表面进行处理。在桩身上安装传感器的位置如果存在着裂缝或者已经出现了变形，将会影响测量数据，让测量结果不再准确。

最后，在固定传感器的时候，安装螺栓的钻孔应该和桩轴线的方向保持垂直，安装完成之后的传感器应该和桩身表面能够紧密的接触，这样能够避免在锤击过程中由于固定不密实导致传感器松动或者接触不良的情况，使得传感器和桩身出现共同变形的情况。

5. 数据分析

1. 分析测试曲线

数据曲线能够反映桩的完整性以及桩的受力情况，在得出测试曲线之后，要判断测试曲线能够进行使用，数据是否合格。判断的时候主要考虑三个方面，分别是数据曲线的优劣、锤击能量是否充分、能否将数据曲线进行合理的解释。

2. 确定波速

在现场检测桩基的时候，如果预先知道桩基的长度，就能够通过上下行波，找到桩基底部出现反射的位置，从而能够精准的计算出反射波在桩身内部的平均速度。此外，如果检测中发现桩底反映非常明显，也是可以通过桩底反射得出准确的波速的。

结束语：

综上所述，现如今建筑工程发展越来快，工程检测逐渐成为了热门的行业。桩基检测是一项需要严谨和细致的工作，在测试过程中不能出现操作失误，否则就会让测试失败，浪费时间增加成本。因此检测工作人员应该具备相应的专业技能，具有足够的专业知识，控制好检测的过程，检测的每一步都要进行仔细检查，防止出现错误带来不必要的损失。

参考文献：

[1]田乾乾.高应变在桩基检测中的应用[J].住宅与房地产,2019(30):188.

[2]丘祥波.高应变动力测桩在桩基检测中的技术初探[J].四川水泥,2019(01):167.

[3]曾理彬,廖小根,章柱勇,夏商明,刘卫东,石长江.低应变法和高应变法在桩基检测中的结合运用及实例分析[J].江西建材,2017(19):273-274.