張 龍（佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站有限公司，廣東 佛山 528000）

基樁作為工程行業(yè)使用范圍最廣的隱蔽性基礎(chǔ)形式[1-4]，由于其施工難度大、技術(shù)要求高、施工不當(dāng)，極易造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題，為了整體把控基樁承載力問題以滿足設(shè)計(jì)要求，往往需要對(duì)工程樁的承載能力情況進(jìn)行檢測(cè)。靜載荷試驗(yàn)作為目前最可靠直觀的檢測(cè)方法，運(yùn)用較為成熟，但其效率低、費(fèi)用高，在工程上不適用于大范圍的抽檢。作為一種無損檢測(cè)方法，高應(yīng)變法的理論和檢測(cè)設(shè)備近年來都得到快速發(fā)展，高應(yīng)變法運(yùn)用于基樁承載力檢測(cè)的范圍也越來越大，同時(shí)也逐漸走向成熟[5-7]。但高應(yīng)變法在試驗(yàn)過程的規(guī)范性、參數(shù)選取及經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的影響較大，本文基于眾多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了檢測(cè)過程的流程化要點(diǎn)，通過典型工程實(shí)例與靜載試驗(yàn)的驗(yàn)證比對(duì)分析，為同類型工程提供了借鑒。

1 高應(yīng)變法基本原理

1.1 基本原理

如圖1所示，用重錘撞擊樁頂給樁頂產(chǎn)生較高能量的沖擊脈沖，迫使樁與土之間產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)位移，自上而下依次激發(fā)樁周土阻力及樁端的巖土阻力，通過安裝在樁身端部兩側(cè)的力和加速度傳感器接收樁的應(yīng)力波信號(hào)，通過速度時(shí)程曲線和應(yīng)力波理論[8]分析，從而判定樁的承載力。

圖1 試驗(yàn)原理圖

1.2 Case法檢測(cè)樁的完整性

（1）阻尼系數(shù)法RSP：也稱為標(biāo)準(zhǔn)凱斯算法，一般在單擊貫入度6mm～7mm時(shí)較為適用。阻尼系數(shù)Jc的取值決定了樁基的承載力，而樁端土層的性質(zhì)與阻尼系數(shù)Jc有著密切的相關(guān)性，工程實(shí)際運(yùn)用中還應(yīng)結(jié)合本地區(qū)的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。

（2）最大阻力法RMX：主要適用于端承樁樁側(cè)土阻力來不及充分發(fā)揮且端阻力發(fā)揮所需位移較大的情況，經(jīng)驗(yàn)表明由最大土阻力法計(jì)算所得承載力偏高。

（3）最小阻力法RMN：樁底不明顯時(shí)，更偏安全；適用于單擊貫入度較大、樁底反射滯后、樁身存在缺陷的情況。

（4）卸載法RSU：大摩阻長樁，考慮了阻力的卸載效應(yīng)。

表1 Case法阻尼系數(shù)參考經(jīng)驗(yàn)值

承載力計(jì)算公式如下：

截面的完整性系數(shù)定義為β=Z2/Z1，經(jīng)過推導(dǎo)可得：

式中Z-安裝傳感器位置的樁身阻抗；

tx-缺陷反射峰對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；

Rx-缺陷點(diǎn)X以上的樁周土阻力。

表2 完整性判斷指標(biāo)

1.3 Case法的適用性

①只限于中、小直徑樁；②樁身截面和材質(zhì)應(yīng)基本均勻；③阻尼系數(shù)Jc應(yīng)根據(jù)相近條件下的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校核；④在場(chǎng)地情況相近、截面尺寸及樁型相同的條件下，Jc取值的極差不宜大于平均值的30%。

2 試驗(yàn)過程的重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 試樁樁頭處理

2.1.1 灌注樁的處理

先清除樁頭浮漿、松散、破損部分，露出堅(jiān)硬、平整、干凈的混凝土表面，然后在原樁頂上接3m長樁帽。樁帽混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C40（且齡期至少10d）。樁身主筋應(yīng)進(jìn)行清理取直，且全部通過接長的方式直至澆筑樁帽保護(hù)層之下。試驗(yàn)前在距接樁后的樁帽頂1倍樁徑范圍內(nèi)，采用高強(qiáng)度鋼板（厚度3mm～5mm）將樁帽整體包裹。

2.1.2 預(yù)制樁的處理

用打樁機(jī)的柴油錘作為沖擊設(shè)備時(shí)，需留出足夠長的樁用于安裝傳感器?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行必要的整平和清理，以確保重力錘自由落錘作沖擊時(shí)吊裝設(shè)備不至于傾倒。對(duì)于混凝土預(yù)制樁樁頭有嚴(yán)重?fù)p傷或鋼樁樁頭出現(xiàn)明顯變形的，應(yīng)鋸掉損傷部分。每根樁準(zhǔn)備面積稍大于樁身直徑或邊長、厚度為20mm的勻質(zhì)木板5～10塊。

2.2 關(guān)于貫入度

高應(yīng)變承載力檢測(cè)時(shí)宜實(shí)測(cè)樁的貫入度，規(guī)范中要求2mm～6mm的貫入度只是從保證承載力分析計(jì)算結(jié)果的可靠性出發(fā)，給出的貫入度合適范圍，只是一個(gè)統(tǒng)計(jì)參考值?，F(xiàn)場(chǎng)采用高精度的水準(zhǔn)儀對(duì)樁體的貫入度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用打樁機(jī)作為錘擊設(shè)備時(shí)，可根據(jù)連續(xù)多次錘擊下的總沉降量來確定貫入度數(shù)值。

2.3 錘擊偏心

由于安裝及吊裝落錘的過程難以保證垂直，偏心情況不可避免的產(chǎn)生。錘擊偏心嚴(yán)重時(shí)可以調(diào)整導(dǎo)向架重新整平對(duì)中，錘擊偏心較嚴(yán)重時(shí)可以采用調(diào)整木板（錘墊）的擺放位置或鋪沙來解決。

2.4 錘重選擇

對(duì)于預(yù)制樁應(yīng)該首選柴油錘，因其操作方便準(zhǔn)備工作簡單，在無柴油錘情況下使用5T方錘激振，對(duì)于灌注樁設(shè)計(jì)容許值小于5000kN的使用10T錘激振，設(shè)計(jì)容許值大于5000kN但小于10000kN使用20T錘激振。

2.5 異常情況處理

（1）檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)樁頂破裂：如有必要，需更換檢測(cè)工程樁。

（2）力傳感器的A/D初偏值超出規(guī)定范圍：拆下該傳感器，重新安裝；如拆下后發(fā)現(xiàn)該傳感器未安裝前初偏值已經(jīng)超出規(guī)定范圍，則需更換一個(gè)新的力傳感器。

（3）檢測(cè)時(shí)如發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常：首先對(duì)重力錘是否偏心進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)傳感器的粘貼情況進(jìn)行檢查，然后一一排除后重新測(cè)試該工程樁。

（4）檢測(cè)時(shí)單擊貫入度不宜少于2mm（支承樁、嵌巖樁除外）。

3 工程實(shí)例

3.1 高應(yīng)變法檢測(cè)

某實(shí)驗(yàn)辦公樓建筑面積42204.73m2，樁基礎(chǔ)為管樁，樁長26m～29m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C80，設(shè)計(jì)承載力設(shè)計(jì)值1900kN，樁徑0.5m，摩擦樁，樁端持力層為中砂。場(chǎng)地土層自上而下分別為雜填土(層厚3.2m)、粉砂(層厚6.8m)、細(xì)沙(層厚12m)、粉質(zhì)黏土(層厚3m)、中砂(層厚3.5m)、強(qiáng)風(fēng)化泥巖(層厚3m)及中風(fēng)化泥巖(層厚5m)。試驗(yàn)選取錘重6t，落距1.0m。試驗(yàn)選取1根樁，樁號(hào)179進(jìn)行高應(yīng)變法分析，實(shí)測(cè)曲線見圖2，分析結(jié)果見表3。

圖2 179號(hào)管樁高應(yīng)變法實(shí)測(cè)力值-速度曲線

表3 高應(yīng)變統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由圖2及表3分析可知，試驗(yàn)樁在2L/c的時(shí)間區(qū)域內(nèi)力值與速度曲線距離相差較大，樁貫入度為2.6mm。在2L/c之后速度曲線開始逐漸歸零。由此表明，受檢樁的側(cè)摩阻力得到了有效的激發(fā)，樁側(cè)阻力為2122kN，樁端正向反射較為明顯，端承力為1172kN。動(dòng)測(cè)承載力為3292kN不滿足大于2倍設(shè)計(jì)值3800kN的要求，說明該樁實(shí)測(cè)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 靜載荷試驗(yàn)

考慮到管樁179動(dòng)測(cè)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，擬采用靜荷載法進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)采用壓重平臺(tái)反力裝置，最大試驗(yàn)荷載為3800kN，如圖3所示。試驗(yàn)前，將大于1.3倍的最大試驗(yàn)荷載的載重一次性加上反力平臺(tái)，試驗(yàn)過程時(shí)用液壓千斤頂分級(jí)加載。

圖3 荷載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)反力裝置圖

試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)詳見表4、表5，荷載-沉降曲線見圖4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表5 荷載與位移數(shù)據(jù)匯總表

由圖4可知，試驗(yàn)加載到第7級(jí)試驗(yàn)荷載3420kN時(shí)，總沉降量為15.28mm，本級(jí)沉降量為1.86mm，Q-s曲線較為平緩，未出現(xiàn)明顯陡降段，s-lgt曲線排列較為平緩。

圖4 Q-s及s-lgt曲線圖

逐漸加載到第8級(jí)荷載3800kN時(shí)，總的沉降量為43.79mm，大于40mm，而本級(jí)沉降量為28.51mm，大于前一級(jí)沉降量1.86mm的15.32倍，此時(shí)Q-s曲線出現(xiàn)明顯陡降段，s-lgt曲線呈陡降規(guī)形態(tài)，因未達(dá)到試驗(yàn)要求的最大荷載值，根據(jù)相關(guān)要求取前一級(jí)最大試驗(yàn)荷載3420kN為該樁單樁豎向抗壓極限承載力。

綜合分析，取單樁豎向抗壓第8級(jí)試驗(yàn)荷載的前一級(jí)（試驗(yàn)荷載3420kN）的50%所對(duì)應(yīng)荷載1710kN為該樁單樁豎向抗壓承載力特征值。該樁單樁豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)特征值為1900kN，因此試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求。

4 動(dòng)靜試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

靜荷載試驗(yàn)加載到3800kN時(shí)Q-s曲線有急變的特征，結(jié)合s-lgt曲線圖確定最終單樁豎向抗壓承載力特征值取單樁豎向抗壓第8級(jí)試驗(yàn)荷載的前一級(jí)（試驗(yàn)荷載3420kN）的50%即1710kN，高應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果為1646kN，從數(shù)值上略低于靜載試驗(yàn)，兩者偏差3.7%，從數(shù)值結(jié)果看檢測(cè)結(jié)果與高應(yīng)變基本一致。

5 結(jié)語

（1）高應(yīng)變?cè)囼?yàn)要點(diǎn)必須依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地勘的土層參數(shù)、樁基等資料來修正計(jì)算模型中的各項(xiàng)參數(shù)，如此才能獲得較為準(zhǔn)確的擬合曲線。

（2）179號(hào)樁高應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果與靜載試驗(yàn)結(jié)果偏差在3.7%，總體上兩者的數(shù)據(jù)一致性較好，也證明了高應(yīng)變法檢測(cè)的準(zhǔn)確性，但值得指出的是高應(yīng)變擬合過程的參數(shù)選取必須是合理的調(diào)整，這對(duì)高應(yīng)變技術(shù)人員的技術(shù)水平提出了較高的要求。

（3）高應(yīng)變法進(jìn)行承載力檢測(cè)，受影響因素較多，雖然近年來該理論和檢測(cè)設(shè)備都得到了不斷的發(fā)展，但還需工程技術(shù)人員在不斷的實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，已應(yīng)對(duì)不同受檢樁類型、不同地質(zhì)、不同施工方法等帶來的結(jié)果偏差。