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声测管高应变法检测基桩承载力要点

现场采集的高质量曲线和室内具有扎实理论基础及丰富实践经验的分析人员是声测管高应变法检测基桩承载力的基石。该文简析声测管高应变法检测基桩承载力的适用条件及其现场检测的准备工作、传感器安装、仪器设备参数设定、数据采集及拟合分析、判定的控制要点,供相关工程人员参考。
单桩承载力是桩基分项验收的主控项目,事关工程安全,静载荷试验是一种通用的检测基桩承载力检测方法,但静载荷试验法耗时长、成本高,声测管高应变法因检测耗时短、费用低,在各地基桩承载力检测中都有运用,声测管高应变法检测基桩承载力是采用一维应力波理论分析计算桩-土系统响应,涉及到波动理论、岩土工程等众多学科,要求检测分析人员具有扎实的理论知识和丰富的工程经验[3],在检测市场竞争日益激烈的情况下,声测管高应变法并没有得到良好的运用,造成了有些地方质量监督部门对于声测管高应变法检测基桩承载力过于谨慎。
新手要快速地熟悉并正确掌握声测管高应变法,首先应了解声测管高应变法检测基桩承载力的控制要点。声测管高应变法根据所测力和速度曲线采用凯司法或实测曲线拟合法判定桩承载力,其过程主要包括现场检测和检测数据分析与判定两个环节,为了减少基桩承载力判定的误差,在实际检测过程中,应注意下述事项。
1 适用条件
声测管高应变法基于一维杆波动理论,在模型上难以简化成一维杆或简化后误差大的基桩,不宜采用声测管高应变法检测其承载力,如,支盘桩、桩身多处扩缩颈严重的灌注桩。
多数情况下高应变检测所用锤的重量有限,基于重锤低击原则,锤击能量有限,不能使桩侧和桩端土阻力充分发挥,即检测锤与基桩承载力不匹配时,此时无法判定基桩极限承载力,不宜采用声测管高应变法检测,如,大直径扩底桩、预估Q-s曲线呈现缓变特征的大直径桩或超长桩。
2 现场检测
进场检测之前应了解基桩类型及成桩时间,灌注桩桩身强度及桩-土接触面抗剪强度的形成需要一定时间,锤击管桩时产生土体扰动、超孔隙水压力,随休止时间的增长,超孔隙水压力逐渐消散,桩-土传力性状改善,基桩承载力有较大幅度增长。灌注桩一般在成桩后不小于28 d检测,预制桩结合施工工艺、地质条件综合考虑,无成熟经验时,可按规范取7~25 d[4]。
声测管高应变法判定基桩承载力是建立在采集到高质量曲线的基础上,而高质量的检测曲线与现场检测的准备工作、检测装置、仪器设备、参数设置及数据采集密切相关。
2.1 准备工作
根据落锤导向架对场地要求决定是否需要平整场地,以确保导向装置垂直,借助导向装置的落锤能锤击平稳对中。
检测时桩顶面应平整、坚实,桩顶高度应满足锤击装置要求。检测桩为预制桩,成桩时桩头未破坏则无需处理,灌注桩一般应该破除桩头浮浆至下部密实部位,并应打磨平整,对不能承受锤击的桩头可按《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)附录B处理。
桩头顶部应设置桩垫,现场可采用10~30 mm厚的木板或胶合板,一定程度上减轻应力集中并起物理滤波作用。
2.2 检测装置、仪器设备
进场检测之前应选好落锤,锤的重量不小于单桩竖向抗压承载力特征值的2%,当检测桩桩径较大或桩长较长导致桩-锤匹配能力下降时,尚应适当提高锤的重量。锤应有稳固的导向装置,且要求其形状对称,高径(宽)比不小于1。
检测现场环境一般都较差,检测仪器的主要技术性能指标应满足现行行业标准《基桩动测仪》JG/T 3055要求,仪器应在校准或标定期内并能使用正常。
2.3 现场检测
现场检测主要包括传感器安装、参数设定及数据采集。
2.3.1 传感器安装   
应变传感器和加速度传感器宜分别对称安装在距桩顶不小于2D或2B(D、B为桩径、边长)的桩侧表面处,大直径桩可适当减少桩顶与传感器间的距离,太近易出现锤击高频波干扰且在桩头破碎时损坏传感器。加速度传感器中心应与应变传感器中心平齐,同侧传感器间的水平距离宜为8 cm左右。
安装面材质应均匀、密实、平整,安装面不平整时,可机械磨平。安装传感器的螺栓钻孔应垂直于桩侧表面,可以借助自制模板以控制好孔距及孔深,确保安装完毕后的传感器紧贴桩身表面且其敏感轴与桩中心轴平行,在锤击时不产生滑动。后续检测出现传感器出现松动或滑动时,传感器拾取的信号不是安装处桩身的实际运动或变形,应及时重新安装传感器,确保不因传感器安装影响检测数据质量。
安装应变传感器时,应对其初始应变值进行监视,当安装面平整、螺栓孔距及孔深合适时,初始应变值一般都很小,不影响后续检测结果。
2.3.2 参数设定
测点处桩截面尺寸按实测值设定,测点以下桩长及截面积可按设计值或施工记录数据设定。桩身波速可参考附近场地同类型桩已测桩的波速或本地经验值初步设定,若桩底反射信号明显,检测后波速可根据所测曲线及桩长反推得到,桩身弹性模量相应调整。
信号采样点数不宜少于1 024点,采样间隔宜为50~
200 μs,一般情况下,桩越长设置采样间隔越大。
传感器的设定值按鉴定或校准结构设定,智能传感器自动读取[5],无需重设。
2.3.3 数据采集
为了提高承载力检测的准确性,应符合重锤低击原则,实测单击贯入度宜为2~6 mm,太小基桩未打动,过大很可能产生塑性变形。采集信号时,应关注桩顶最大动位移、贯入度、桩身拉压应力、缺陷程度及其发展状况,并据其判断信号质量及有效锤击信号数量。发现波形紊乱,应暂停并分析原因,若桩身有明显缺陷或缺陷程度因检测加剧时,应停止检测,防止桩身进一步受损。
3 数据分析与判定
高质量的信号是得出可靠分析计算结果的基础,选取锤击信号时,宜取有足够的锤击能量并使桩周土阻力充分发挥的信号,当混凝土开裂或出现严重塑性变形使力信号尾部曲线未归零、力通道数据不全或两侧力信号幅值相差超过1倍时,信号不能作为分析计算的依据。虽然市面的检测报告所附原始曲线出现上述不能作为分析计算的情况,但应该清楚报告中的结果是人为干预且不可以信的。
当测点处原设定波速在检测完成后进行了调整,桩身材料弹性模量E亦要做相应调整。若通过应变式传感器所测的力信号按速度单位()存储,桩身材料弹性模量E调整后尚应对原始实测力值校正。
桩浅部阻抗变化和土阻力影响、测点处混凝土的非线性、桩侧土阻力波或桩底反射波的影响都会造成力、速度曲线比例失调,实测力、速度信号第一峰起始段不成比例时,不得对实测力或速度信号进行调整。比例失调时,应结合岩土工程勘察报告、成桩记录及现场情况综合分析。
分析计算前,应结合地质条件、设计参数对实测波形反映出的承载性状、桩身缺陷程度及位置进行定性检查,当嵌岩桩桩底反射强烈且无明显端阻力反射、桩身缺陷明显或对水平承载力有影响、多次锤击存在触变效应时,应采用静载试验方法进一步验证。
鉴于凯司法判定桩承载力做了较大的前提假定,同时阻尼系数Jc又是一个无明确物理意义的综合调整系数,检测报告中基桩承载力多采用实测曲线拟合法判定。拟合法要求采用的桩、土及桩土界面力学模型应明确、合理,桩、土及桩土界面的力学模型能反映实际力学性状,拟合选用参数应在工程所在地岩土工程的合理范围内,土单元选用的最大弹性位移值应结合试验或已有研究成果设定,若力学模型、参数选取与实际偏差较大时,报告中提出的承载力值可信度低。选取能反应基桩承载特性的高质量原始测试信号进行拟合,合理选取模型及力学参数,多次迭代拟合完成时,桩侧土阻力相应区段的计算曲线与实测曲线应相吻合,其他区段应基本吻合,计算的贯入度应接近实测值,此时的拟合质量数值远小于5。
4 结语
声测管高应变法是一种基一维杆波动理论发展起来的动测法,对检测人员有较高的要求,没有坚实的理论基础和丰富的实践经验,难以用好声测管高应变法。简单分析声测管高应变法适用条件及现场检测准备工作、传感器安装、参数设定、数据采集及分析判定时的控制要点,供相关工程人员参考。

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