浅谈如何提高高应变法测试的实测曲线质量

刘 军, 徐 磊, 原力智

(湖北省地质实验测试中心，湖北 武汉 430034)

数据曲线采集是高应变法检测试验成败的重要环节。国家建设部于1997年颁布的《基桩高应变动力检测规程》(JGJ106-97)中就提倡采用实测曲线拟合法,对实测曲线质量的要求比过去采用凯司法更加严格,至今施行的新检测规范更是如此。有了好的、可靠的实测曲线,才能保证分析结果的准确性和可靠性,本文列举一些常见的实测曲线波形并对锤击质量及其原因进行分析,以供同行业者参考。

1 高应变法动力测桩的基本原理

高应变法动力测试是用重锤冲击桩顶,使桩—土产生足够的相对位移，以揭示桩—土体系在接近极限阶段时的实际状态，从而对单桩的承载力作出准确的评价。它一般是通过对称安装在桩顶附近的两对力和加速度传感器,采集桩顶附近有代表性的桩身轴向应变和桩身运动速度的时程曲线,再用一维波动方程进行分析,推算桩周土和桩身的完整程度[1]。

2 运用高应变法中的实测曲线拟合法确定单桩极限承载力的原理

假定桩为一维弹性杆,桩周土为粘—弹塑性材料,用有限元法将桩分为若干个单元,假定每个单元的桩—土模型及其参数,如土阻力Rd、阻尼JC及Quake值等,利用实测的速度作为桩顶边界条件输入,通过特征线法求解波动方程,并反算出桩顶力,与实测力比较,使整个过程成为一种“实测—设定—计算—比较”的循环,完成一次拟合,然后根据对比中所显示的差别,修改参数设定值,再进行下一次拟合，直到获得满意的拟合,最终确定符合实际的桩—土参数值[2]。

3 高应变法测试实测曲线质量分析实例

图1 测点处砼软Fig.1 Concrete soft at measuring point

图1中的实测曲线表明,测点处砼质量不好,造成持续压应力。锤击过程的应变超出该段砼的弹性范围,因此,锤击结束后该段砼的变形未全部恢复,从而使得力信号的尾部出现持续“压应力”而不归零。解决方法是更换测点。

图2 锤击偏心Fig.2 Hammering eccentricity

图2中的实测曲线表明,锤击严重偏心,造成F与V关系失配。锤击偏心曲线对速度影响要比力信号小一些。另外严重偏心可能造成锤击应力集中于桩顶某个部分,易锤坏桩头。解决的方法是锤击时对准桩中心竖向轴线。

图3 锤重轻Fig.3 Hammer weight and light weight

图3中的实测曲线表明,锤重过小或锤落距过低造成土阻力无法充分发挥,从而给后期承载力的拟合计算带来随意性。从图中22.4 m后土阻力都没能发挥出来。解决的方法是采用合适的锤重或遵循“重锤低击”的原则。

图4 传感器未上紧Fig.4 Not tightened sensors

图4中的实测曲线表明,传感器未上紧造成信号失真,该曲线实际上是传感器的自振信号。解决的方法是传感器一定要上紧。

图5 传感器安装不当Fig.5 Improper installation of sensors

图5中的实测曲线表明,膨胀螺栓安装不当造成力曲线尾部出现持续的“拉应力”,另外测点处有微小裂缝也会产生这种现象。解决的方法是更换膨胀螺栓或更换测点。

图6 嵌岩桩标准实测曲线Fig.6 Standard measured curve of rock socketed pile

图6中的实测曲线为嵌岩桩的标准实测曲线,嵌岩桩桩尾和桩端的土阻力已充分激发,它的上行分量是上行的“压缩波”,造成力和速度发生偏离。

图7 摩擦桩标准实测曲线Fig.7 Standard measured curve of friction pile

图7中的实测曲线为摩擦桩的标准实测曲线,当下行的“压缩波”到达桩底时,由于桩端土软,即力波阻抗小,因此产生上行的“拉力波”,对速度曲线来说,反射波与入射波同向。桩端阻力在稍后的时刻发挥出来。

图8 桩侧阻力小Fig.8 Small resistance of pile side

图8中的实测曲线表明,桩侧阻力小,如果是嵌岩桩,一般来说桩端阻力容易发挥。

图9 桩侧阻力大Fig.9 Large resistance of pile side

图9中的实测曲线表明,桩侧阻力大。对嵌岩桩来说,如果其桩侧阻力大或桩身中上部存在大的扩径,则桩的端阻力极难发挥,看上去与锤重轻或落距过低的实测曲线类似,该类曲线桩的承载力往往容易被低估。

图10 浅部缺陷Fig.10 Shallow defect

图10中的实测曲线表明,该桩存在浅部缺陷。当测试桩存在浅部缺陷时,往往速度峰高于力峰。如果缺陷比较严重时,则对承载力无法做出较准确的评估。

4 高应变法测试曲线的选取

质量良好的数据是拟合分析获得成功的首要条件。质量良好的检测曲线,应满足以下几类要求:

(1) 曲线中真正携带了所需的土阻力信息和桩身阻抗信息;

(2) 曲线中具有良好的信噪比和精度;

(3) 试验不能对试桩造成明显的损伤。

根据上述要求,在同一试桩的多个检测曲线中选择质量良好的数据进行拟合分析。需要说明的是任何实测数据都有一定的误差。因此,在拟合分析前,对实测曲线的一些测试误差应进行修正,包括曲线同步、峰值重合及上升沿重合等情况*方志香、赵丽华、刘玉杰等,浅谈基桩高应变动力检测过程中应注意的几个问题,全国基桩、无损检测及岩土工程新技术研讨会，2006。。

5 结束语

一个真实、理想的高应变法信号曲线对试验来说是至关重要的,它关系到整个高应变法试验的成败。而在现实中高应变法试验由于受种种客观条件的限制,要得到一个好的测试曲线要比低应变试验困难得多。例如:试验场地的限制使得锤重、锤形不能调整、更换;不能反复更换测点;考虑到桩头易被敲坏,也不能反复敲击桩头等。因此作为一名检测人员,应该在高应变法前对试验场地地质情况、试验桩型、桩径等施工参数以及施工工艺作较深入的了解,对正常的、标准的测试曲线要有一定的概念。当采集首锤测试信号后,检测人员应能及时发现曲线的异常之处,并分析找到其原因,尽快采取措施予以纠正,以期在接下来的试验中得到理想的测试曲线,为后期分析计算创造良好的条件,使得最终测试结果可信、可靠[3]。

本文提供的高应变法测试曲线均为笔者多年工程实践中取得的实测曲线,某些分析也许不太深入,仅供同行参考,以期共同提高测试水平。

参考文献：

[1] 陈凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003:183-217.

[2] 徐攸在.桩的动测新技术[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2002:184-221.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基桩检测技术规范：JGJ106-2014[S].北京：中国建筑工业出版社,2014.