如何提高应变动力试桩的可靠性

gczljc · 发表于 2012-3-5 08:50:16

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   高应变动力试桩是建立在一维波动方程基础上的。假设桩是一维，匀质的连续弹性杆件，对边界条件作适当和处理或简化，然后直接求解波动偏微分方程，求得工程中需要的各种参数。其分析结果的可靠性在预制桩检测中已经得到证实。然后当其应用于灌注桩时，有时就会产生较大的误差，造成误差最大原因便是桩身截面的变化及桩侧阻力变化的不确定性。因此如何在工程检测中避免一些不利因素，尽量得到满意的结果呢？这对检测人员来说一个值得考虑的问题。
　　高应变动力试桩主要分成三个阶段：第一阶段是了解工程情况，第二阶段是现场检测阶段，第三阶段是室内分析拟合阶段。对于一个合格的检测人员来说必须充分重视检测的各个环节，谨慎操作，才能取得合理、可靠的结果。

1 、了解工程情况是高应变动力试桩成败的基础。
　　熟悉工程基本情况有利于检测人员对整个试验方案有一个总体的把握，这是一项不可忽略的重要工作。

　　1.1首先必须熟悉场地的地质资料。充分研读建设单位提供的工程勘察报告，掌握场地地质分布情况，土层的分层分类，各土层的力学，物理性能，桩基持力层的位置，试桩的休止期等。

　　1.2其次必须熟悉工程桩的设计情况，掌握桩基的类型以及工程桩的设计参数，如桩型，桩长，设计强度，设计承载力等，了解桩基施工的工艺流程。

　　1.3在掌握上述资料的情况下估算现场的单桩极限承载力，对该工程桩可能达到的承载能力做到心中有算。

　　2、现场检测阶段是高应变动力试桩成败的关键。
　　现场检测就是进行数据采集。拟合计算是在采集的数据为基础的，所以数据采集的质量将直接影响结论的可靠性。以下几个问题值得注意：

　　2.1    试验桩锤的选择
锤重选择要合理，在高应变试验中一般以预估极限承载力的1.0%，或以桩身重量的8%，作为试验锤重的参考值。

　　锤击的目的是使桩土之间要产生足够的塑性位移（一般要求在2.5～10.0mm之间），使桩周土阻力得到充分发挥，虽然轻锤可以使用大落距来提高其锤击的能力,但过高的落锤容易产生偏心,更关键的是落锤速度太快,会引起过的高锤击应力，容易将桩头击碎，而导致传感器损坏，同时也应选择重心低的试锤，有利于锤击的稳定。

　　2.2    桩头的处理：
　　在高应变试桩时，桩顶要承受较大的冲击荷载，因此要求桩头必须有足够的强度，以保证检测数据的稳定性，尤其在灌注桩的试验时，必须进行桩头处理，通过利用较高等级的砼及设置钢筋网片来进行浇筑以提高其强度。

　　2.3    合理安装传感器，——这是检测过程中的关键
　　首先传感器要安装在距桩顶1.5D～2.0D左右。过近于桩顶会因应力集中而造成的实测值的偏高，同时也要尽量避免在缺陷处的上方安装传感器。

　　传感器要安装于桩相对的两侧，选择较光滑的表面、材料较强且均质的部位，不要在材料较松疏的部位安装传感器，这主要为保证桩及传感器共同作用。

　　传感器要牢牢固定于桩侧，同时要保证不能产生过多的初始变形。

　　在试桩时经常发现两边的加速度传感器都能取得较一致的信号，而应变器却经常不一样。造成这种情况的原因有：锤击的偏心、传感器的两个安装部位材料强度不一致、或者传感器未充分固定等。这必须在试桩时加以注意。

　　2.4    先做一次小应变检测
在开始高应变之前做一次小应变试验，检测该桩的结构完整性、波速，为高应变的关键参数WC，WS的确定很有好处。

　　2.5    合理设定现场检测参数。
　　2.5.1根据桩型选择合理的波速，质量密度，弹性模量。

　　2.5.2信号的采样频率应在5～10KHZ，并每个信号的采样参数不应少于1024点。

　　2.5.3根据国家法定计量部门或生产厂家提供的报告设定力、加速度传感器的标定系数。

　　2.6    选择合适的锤垫
　　根据锤的大小，及桩的长度，选择厚度适中的锤垫，要避免使用过厚的垫层，太厚的锤垫会引起实测曲线脉冲过宽而掩盖桩身的某些缺陷，而且过厚的锤垫会损失锤击能量造成锤击的不充分。

　　2.7    轻打第一锤
　　其好处是可以检查传感器的安装是否牢固、合适，仪器设备是否处于正常状态，便于发现一些试验过程中难免的异常情况，以便及时纠正。为下一锤的试验做好充分的准备。

　　当然，在实际检测时，有时会有如桩身质量较差，场地条件不理想等现象，此时尽量争取“一锤定音”。

　　2.8    实测试桩的贯入度
最好采用精密的水准仪，或激光变形仪精确测定试桩的贯入度。这个贯入度将为拟合分析的控制条件——锤击数控制提供重要依据。

　　2.9    安全保护措施
　　2.9.1首先必须注意人身安全，必须遵守现场安全操作规程，绝对不能违章操作，杜绝任何危险的隐患。

　　2.9.2保证检测设备的安全

　　由于在锤击后锤受力反弹可能会倒向一侧，很容易将传感器或信号线砸坏，这个损坏是很大的，因此很有必要做些保护传感器及信号线的装置。

3 、室内分析拟合这是高应变试桩成败的保证
　　对于现场采集的数据如何进行正确的分析，选取合理桩、土模型参数，提供可靠的承载力数据，才能对得起试桩过程的精心策划，笔者认为要做到这点，下面几方面的工作是重要的。

　　3.1    信号选择
　　3.1.1一般来说，要作CAPWAP分析的信号应符号下列条件：F、V曲线开始时应重合，并且F、V曲线最后必须归零，两侧的F曲线不能偏差过大，且不允许有一侧出现拉应力。

　　3.1.2做拟合分析时尽量选用能量较大的那锤信号。

　　3.2    合理选取桩、土模型参数——易说难做
一般来说,桩、土的模型参数的选择要能正确反映桩、土的实际工作性状，正确选取有关参数是很难完全做到的，分析者的水平、经验也往往在这里得到体现，况且对于这一点甚至连PDA公司也是保密的，只有靠多做动静对比，多做拟合分析，从实践中去好好把握，总结出符合规范、地区的经验值，这是重要的，下面几条是值得考虑的。

　　3.2.1桩侧土阻力的分布应和地质条件吻合。

　　工程地质勘察报告从另外一个角度反应了地层的分层情况及土层的强弱程度，这对于高应变来说是极有参考价值的。因此根据CAPWAP的分层情况对预估的承载力进行单元分配，确定土单元的RU值，其RU值的分布要土质条件尽量吻合，为CAPWAP的拟合分析提供一个起步值。

　　3.2.2 QS，QT的初始值一般取2.5，最大不能超过桩的贯入度。

　　3.2.3 Smith阻尼系数不能过大，一般小于1.5，也就是说激发的动阻力不能过高。

　　3.2.4 对于桩来说WC必须小于WS。即WC<WS

　　3.2.5当桩的休止期较长时应考虑辑射阻尼。

　　3.3    满足拟合控制条件
　　3.3.1 锤击数控制条件

　　拟合分析得到的计算锤击数同由实测贯入度换算成的锤击数要接近，这实际上是一种宏观控制，在这宏观条件控制下承载力值应该能在一个合理的范围之内。

　　3.3.2 MQ——拟合质量控制系数

　　MQ是一个拟合质量系数，MQ越小，表示实测曲线和拟合曲线接近的程度越大，相反MQ越大，则表示实测曲线和拟合曲线的偏离程度越大，但根据本人的经验，有时为了使某些模型参数选定更合理，适当牺牲一点MQ是有必要的。

　　4、检测数量
　　<<基桩高应变动力检测规程>> (JGJ106-97)第3.0.3的规定:在进行单桩承载力检测时,对工程地质条件、桩型成桩机具和工艺相同、同一单位施工的基桩，检测桩数不宜少于总桩数的2%,并不得少于5根。

　　这是我们在检测过程中必须遵守的。特别是要对场地工程桩作总体评价时，更加要注意遵守。现有不少建设单位为了节约检测费用，随意减少试桩数量，这是对工程质量不负责的态度。

　　总之，高应度动力检测是建立在土动力学和应力波理论基础上的一项新兴的桩基检测技术，专业性强，技术难度高，测试人员不仅要掌握上述知识，同时必须具有计算机应用、英语等方面的知识，才能正确掌握测试方法，具备一定的分析能力，这是CAPWAP工程师应具有的基本品质。