張艷偉

（福建永信德工程檢測(cè)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

基樁是工程建設(shè)的重要部分，其主要由樁身和連接樁頂承臺(tái)組成，基樁主要分為高、低兩種承臺(tái)基樁，如果樁身完全位于土層中、承臺(tái)底面直接接觸土層面，屬于地承臺(tái)基樁[1]；如果樁身上部分露出地面，承臺(tái)底面和土層表面之間具有一定距離，屬于高承臺(tái)基樁。工程施工過程中，應(yīng)結(jié)合工程需求選擇合理的基樁類型[2]。在基樁樁身施工過程中，對(duì)于施工技術(shù)需求較高，如果施工工藝或者施工步驟存在問題[3]，則會(huì)影響基樁樁身施工質(zhì)量，導(dǎo)致基樁樁身的承載力和完整性不滿足要求[4]。常見的檢測(cè)方式為靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)方法，該方法雖然能夠直接確定基樁樁身的承載力情況，但是檢測(cè)效率相對(duì)較低，并且無法高效完成大范圍工程基樁樁身抽檢[5]。

高應(yīng)變法屬于一種應(yīng)力波反射波法，其主要是在樁頂施加沖擊力，實(shí)現(xiàn)樁身灌入后，測(cè)量樁身在沖擊力下形成的質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力和加速度，同時(shí)結(jié)合波動(dòng)理論分析方法進(jìn)行相關(guān)分析，因此，其在樁身豎向抗壓承載力檢測(cè)以及樁身完整性判斷中具有較好的應(yīng)用效果。為實(shí)現(xiàn)基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)，本文以實(shí)際工程為例，提出高應(yīng)變法的基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)，并分析該方法的應(yīng)用效果。

1 工程概況

為研究高應(yīng)變法在基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)中的應(yīng)用效果，本文以廣東某地區(qū)的公路橋梁工程的高承臺(tái)基樁為例，展開基樁樁身檢測(cè)研究，對(duì)樁身完整性和豎向承載力進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，為項(xiàng)目交竣工驗(yàn)收工作提供依據(jù)。該地區(qū)的地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果如表1所示。本文在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，僅選擇工程中的10個(gè)灌注樁樁基作為測(cè)試樁基，樁基的相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表1 地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果

表2 樁基的相關(guān)參數(shù)

2 基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)與計(jì)算

2.1 高應(yīng)變法的基樁樁身檢測(cè)

2.1.1 高應(yīng)變檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

結(jié)合工程情況，文中選擇RSM-PDT（A）型號(hào)的高應(yīng)變檢測(cè)裝置進(jìn)行該工程基樁樁身完整性和承載力的檢測(cè)。該裝置主要包含加速傳感器、應(yīng)變測(cè)量傳感器以及附屬設(shè)備等硬件部分，同時(shí)設(shè)有專業(yè)分析軟件，用于完成相關(guān)計(jì)算，高應(yīng)變檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高應(yīng)變檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，裝置重錘的最大擊落距離設(shè)為1m，并且樁頂下距離1m處安裝傳感器。使用重錘錘擊樁頂，形成的沖擊力會(huì)向樁身傳播，樁身以及土層在應(yīng)力波作用下會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形和位移。通過安裝的傳感器以及應(yīng)變計(jì)等獲取樁身在該沖擊過程中樁身的受力以及運(yùn)動(dòng)速度時(shí)域波形數(shù)據(jù)；最后依據(jù)專業(yè)軟件進(jìn)行該數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算得出樁身的完整性和承載力結(jié)果。

2.1.2 基樁樁身檢測(cè)步驟

采用圖1所示的高應(yīng)變檢測(cè)裝置進(jìn)行基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)時(shí)，需嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完成，檢測(cè)工作包括樁身處理、傳感器安裝、貫入度確定、錘擊偏心校正、重錘選擇和突發(fā)情況處理等。

（1）樁身處理。

采用高應(yīng)變檢測(cè)裝置進(jìn)行基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)時(shí)，需對(duì)樁端的浮漿、松散以及破損部分進(jìn)行處理，使其露出內(nèi)部的混凝土表面。清理完成后，將長度為3m的長樁帽安裝在樁頂，該樁帽主要采用C45 等級(jí)混凝土制備。

（2）傳感器安裝。

在標(biāo)準(zhǔn)位置安裝加速傳感器、應(yīng)變測(cè)量傳感器，以此用于實(shí)現(xiàn)樁身沖擊時(shí)的數(shù)據(jù)采集。傳感器的安裝位置以及應(yīng)力波傳播示意圖如圖2所示。

圖2 傳感器的安裝位置以及應(yīng)力波傳播示意圖

（3）貫入度確定。

高應(yīng)變檢測(cè)裝置進(jìn)行基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)時(shí)，需確定樁身的貫入度，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在保證承載力計(jì)算分析精準(zhǔn)性滿足標(biāo)準(zhǔn)需求的前提下，貫入度的參考標(biāo)準(zhǔn)范圍為2～6mm。在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，文中使用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行樁身貫入度檢測(cè)；采用打樁機(jī)作為錘擊設(shè)備時(shí)，結(jié)合連續(xù)多次錘擊作用下樁身的總沉降量確定貫入度結(jié)果。

（4）錘擊偏心校正。

在安裝高應(yīng)變檢測(cè)裝置時(shí)，落錘安裝后的垂直度會(huì)存在一定偏差，形成錘擊偏心；該情況會(huì)影響錘擊可靠性，因此需通過導(dǎo)向架的調(diào)整解決錘擊偏心情況，如果偏心程度較為嚴(yán)重，則調(diào)整錘墊的擺放位置完成錘擊偏心校正。

（5）重錘選擇。

進(jìn)行灌注樁樁身檢測(cè)時(shí)，該樁身設(shè)計(jì)的容許值在5000～10000kN范圍內(nèi)，則使用20T錘激振，并采用該重錘進(jìn)行樁身沖擊，此時(shí)重錘的錘擊作用示意圖如圖3所示。

圖3 重錘的錘擊作用示意圖

如果重錘處于自由落錘狀態(tài)，可依據(jù)已知重錘落距和重錘重量M完成錘擊的瞬時(shí)動(dòng)能結(jié)果，其計(jì)算公式為：

克服樁端阻力消耗的能量用Edm(t)表示，其計(jì)算公式為：

式中：

Jc——阻尼系數(shù)；

Fm——作用力；

Vm——質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度。

在上述公式的基礎(chǔ)上，計(jì)算重錘錘擊能量傳遞效率eq，其計(jì)算公式為：

（6）突發(fā)情況處理。

使用高應(yīng)變檢測(cè)裝置進(jìn)行基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)時(shí)，如果樁頂發(fā)生破損，則需更換檢測(cè)樁。如果傳感器的A/D初偏值超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，則將安裝的傳感器取下來并重新進(jìn)行安裝；如果重新安裝后仍舊超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，則更換新的傳感器。除此之外，如果該檢測(cè)裝置檢測(cè)到異常信號(hào)，先對(duì)重錘是否存在偏心進(jìn)行檢查，并且對(duì)傳感器的安裝情況進(jìn)行檢查。

2.1.3 基樁樁身完整性和承載力的計(jì)算

依據(jù)傳感器采集的樁身在沖擊力作用下的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算樁身的承載力和完整性，承載力的計(jì)算公式為：

式中：

Rc——單樁的極限承載力；

F(t1)，F(xiàn)(t2)——實(shí)際測(cè)量的錘擊力，前者形成在速度波第一峰時(shí)刻t1，后者形成在速度波第二峰時(shí)刻t2；

v(t1)，v(t2)——分別表示兩個(gè)峰值小時(shí)可得測(cè)點(diǎn)實(shí)際測(cè)量速度；

Z——樁身截面積力學(xué)阻抗，其計(jì)算公式為：

式中：E——樁身混凝土材料的彈性模量；

c——樁身在錘擊沖擊時(shí)的應(yīng)力波波速；

A——樁身的截面積。

計(jì)算樁身完整性時(shí)，需結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果完成，完整性系數(shù)ξ和樁身缺陷位置x的計(jì)算公式為：

式中：ΔR——樁身缺陷以上部分的土體阻力估計(jì)結(jié)果。

依據(jù)公式（7）的計(jì)算結(jié)果，可進(jìn)行基樁樁身完整性判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 基樁樁身完整性判斷標(biāo)準(zhǔn)

3 檢測(cè)結(jié)果分析

依據(jù)上述檢測(cè)方法完成工程中的10個(gè)灌注樁樁身的完整性和承載力檢測(cè)結(jié)果，按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行判斷，單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)值均需大于3540kN，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 10個(gè)灌注樁樁身承載力檢測(cè)結(jié)果

由圖4可知：高應(yīng)變法具有較好的樁身檢測(cè)效果，可獲取其完整性和承載力結(jié)果，為項(xiàng)目竣工驗(yàn)收工作提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

本文以實(shí)際工程為例，研究高應(yīng)變法在基樁樁身完整性和承載力檢測(cè)中的應(yīng)用，并通過測(cè)試確定該方法的應(yīng)用效果，可為工程項(xiàng)目竣工提供可靠依據(jù)。總之，工程施工時(shí)地質(zhì)環(huán)境、工程類型、工程項(xiàng)目特點(diǎn)等均會(huì)存在一定差異，采用基樁提升基坑的穩(wěn)定性以及工程的承載力是實(shí)踐驗(yàn)證了的技術(shù)。對(duì)于施工工藝或者施工流程以及施工環(huán)境的土層情況導(dǎo)致基樁樁身發(fā)生變形的問題，必須引起我們的重視，一定要科學(xué)選擇方法精準(zhǔn)測(cè)量基樁樁身施工后的完整性和承載力，本文分析的高應(yīng)變法則可以滿足工程需要。