摘要：桩基础是现代建筑工程中广泛使用且安全可靠的一种基础形式，它能将上部结构荷载传递到深层稳定土层中，从而大幅减小基础沉降和建筑物不均匀沉降，提高结构稳定性。桩基础属隐蔽工程，为了保证安全可靠，其质量检验是至关重要的。基桩静载荷试验作为目前最直观和最可靠的试验方法，能较准确测定单桩承载力，但缺点是费时费钱，且抽检率不高。基桩高应变动测法具有费用低、快速、轻便等优点，因而越来越受工程界的重视，有关部门也制定了相应的行业标准。为了推广应用高应变桩基检测新技术，本文对检测中出现的相关问题进行了简单的探讨，以供相关人员的参考。
关键词：高应变动测；静载荷试验
1、高应变检测原理和检测方法
1.1、基本原理
高应变法测试桩基，用重锤冲击桩顶，桩周土受力产生弹塑变形，通过采集桩顶附近截面的力和速度时程曲线，应用应力波理论进行分析，计算出桩的承载力和桩身的完整性。
1.2、波动方程法
波动方程法是由史密斯于1960年创设的方法，他对“锤、桩、土体系”提出了借助质量块、弹簧和阻尼器组成的离散化计算模型，计算过程以锤心初速度作为临界条件，然后借助差分程序编程计算，得到精确的数值解。波动方程法最大的有点是便于计算机编程处理，因此，该方法是大多数现有的基桩高应变动测技术的基础。
1.3、Case法
这是一种简化分析方法，先列出一定的假设条件求出一维波动方程的一个封闭解，建立一个土阻力和桩顶波之间简单的函数关系，再进一步求出基桩极限承载力和在桩顶所测得的压力及质点速度值的关系，具有简单易用的特点，不过其具有一定的理论缺陷，因此影响了Case法检测的准确度。
1.4、波形拟合法
波形拟合法采用了数值试算的方法，能有效地克服Case法的缺陷。其基本思路是：在锤击过程中，采集两组实测曲线：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，对土阻力、桩身阻抗及其他所有桩土提出假设，进而推求另一组曲线值，再把推求值与另一组实测曲线值比对。比对不满足，需要调整假设值继续试算，一直到计算值与实测值相吻合，此时对应的桩土参数就是实际的桩土参数值。该检测方法充分利用了动测过程中所测得的实测值，再辅以计算机试算可以准确的测出基桩承载力。
2、高应变检测法中应注意的问题和策略
2.1、锤击能量的选择
锤击能量要足以将桩周及桩尖土的阻力充分激发出来这是高应变测试的要求。大量的工程实践表明，数次锤击使得桩顶产生3.0mm左右的永久性位移时，桩的极限承载力便已经得到了充分发挥。但是，实际操作时这个位移一般又无法测试，唯有根据经验进行推断。一般情况下，如果测试曲线有明显的桩底反射，Case法计算的位移在3mm～10mm之间，又或者同一根桩在不同锤击能量下承载力基本相同时，便认为桩的极限承载力已经充分发挥了。值得注意的是并非提高重锤落距总能提高极限承载力。
2.2、原始材料收集
准确的地质条件和桩长资料是影响高应变检测准确度的关键因素。在使用 Case 法进行检测时的经验参数 Jc 与地质条件直接相关，若地质资料不完全准确，必然会导致检测产生较大误差；而在使用实测曲线拟合法时也需先假设桩土参数进行试算，仔细分析地质资料能够避免盲目试算。桩长资料则是确定桩体波速的先决条件，若桩长不知，检测则有失败的可能。但在分析计算中，所有参考资料决不可与实测数据相提并论，资料缺乏或不准确时应从实测数据中分析结果，决不可单凭参考资料来分析试桩情况，应掌握“已经核查无误的实测数据为准”的原则。
2.3、检测时间选择
桩体施工将对桩周土产生一定程度地扰动，使得桩周土强度降低，从而导致整个桩——土体系的承载力下降。但随着时间的推移，桩周土体强度增加，使得基桩承载力随之提高。而且混凝土桩体强度也是随着时间而增加的。如果测试时间选择过早，则容易低估基桩承载力，造成检测的失误。
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2.4、传感器安装
传感器安装的好坏直接影响到数据的采集质量，传感器与桩身贴得越紧，安装刚度越大，测试效果越好。同时为了消除偏心的影响，所有传感器必须在桩身同一截面的对称面上成对安装，以保证两者的平均值能消除任何方向的偏心弯矩。
2.5、桩头处理
桩头直接承受和传递冲击荷载，在锤击能量较大时，必须配置适当的桩垫（常用胶合板、干燥软木板等作为桩垫），桩垫不但可以缓冲冲击能量，适当延长荷载作用时间，而且能够使桩头受力均匀，符合理论计算中的边界条件。也可以在去除桩头薄弱段后，另外浇制一个接长段来承受冲击荷载，需注意的是，接长段的阻抗需与原桩基本相同，否则会在连接处产生明显反射，影响检测；接长段的长度应该控制在2倍～2.5倍桩径，以便于传感器的安装。
3、高应变检测和静载试验在试桩中的应用
3.1、工程概况
某工程，占地面积33000㎡，建筑面积133566㎡，地下二层，地上五层，框架结构。根据岩土工程勘察报告，基础拟采用预应力混凝土管桩基础，桩径φ=400㎜，壁厚90㎜，为高强混凝土管桩基础管桩（PHCA型桩），混凝土强度C80。根据岩土工程勘察报告，单桩竖向承载力标准值暂定为1600KN。
3.2、试验过程
3.2.1、桩头处理
先凿掉桩顶部的浮浆以及夹杂有土块的混凝土，保留原桩身钢筋。将驳接面清洗干净，用高标号混凝土（强度等级比桩身混凝土提高1~2个等级，且不得低于C30），加早强剂、减水剂捣接桩头。距桩冒顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不大于100mm，桩帽顶面内布钢筋网片三层，间距为100mm，。
3.2.2、安装传感器
高应变试验用到的传感器有两种，一种是应变式力传感器，另一种是加速度传感器，两种传感器各两个，要求在锤击过程中，传感器不会产生任何滑移。打磨面要求距离桩顶1.5倍的桩径处，表面平整光滑，无缺陷。然后将传感器与基桩动测仪连接，进行数据测量。
3.3、检测结果分析
高应变法在对大直径桩和桩长较长的桩的桩身完整情检测具有比低应变更准确更直观的优点，由于低应变能量很小，桩阻抗相对大得多，在低应变的测试曲线中，桩侧土阻力（包括土的动阻尼力）的信息相对桩身阻抗的信息较小，模糊了判断桩身完整性的信息。而高应变动力试验之所以可以很好地判断桩身完整性，和其能量较大有很大的关系。高应变动力试验采用重锤进行击发脉冲信号，其信号的强度大和传播距离较远，可同时激发出土阻力的信息和桩身阻抗变化信息，从而对桩身完整性进行检测。
对于承载力检测这方面，高应变法的准确性不如静载试验，高应变试验分析的承载力为不同时刻各土单元的阻力的最大值之和，而静载试验中由于荷载传递效应，最大承载力时桩侧各单元土的摩阻力不一定皆为最大值，但在实际工程中，高应变发挥了它效率高﹑经济实惠﹑科学性计算成果这三个特点，从而保障了工程质量。
总之，通过对整个试验进行综合分析，可以得出以下结论：（1）桩基础定为端承摩擦桩，单桩竖向承载力标准值1600KN，且最经济。（2）若用筒式柴油锤打桩机沉桩，冲击质量5t，落距1.80m，总锤击数不宜超过2500，最后1m沉桩锤击数不宜超过350。（3）沉桩过程中以控制桩长为主，贯入度为辅。当有效桩长小于18m，最后贯入度25㎜/10击；当有效桩长18～22m，最后贯入度35㎜/10击；当有效桩长22～26m，最后贯入度50㎜/10击；当有效桩长大于26m，最后贯入度80㎜/10击。（4）应优先采用静力压桩机。本工程桩共3012根，桩基施工中按上述结论进行控制，全部合格。总有效桩长73100m，比理论计算有效桩长少8500m。所以，试桩工作必须做到全面周详，不仅是为桩基础施工提供依据，对节省投资也具有重要意义。
参考文献：
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[2]吴玉龙，蔡俊华，顾盛，舒跃华.新型基桩高应变检测装置的研发与应用[J].工程质量，2017，35（06）：68-71.
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论文作者:王亚鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/2
标签：承载力论文; 应变论文; 传感器论文; 桩头论文; 曲线论文; 桩基论文; 阻力论文; 《基层建设》2019年第31期论文;