摘要: 结合桩基工程检测实践, 介绍了高应变动力测试技术在苍南县龙港镇龙江新闸桩基工程检测中的应用, 并对提高高应变动力测桩技术的可靠性进行了探讨。
 
关键词: 桩基础; 高应变; 动力试验; 承载力; 可靠性
 0  引言
 
   桩基工程中单桩垂直承载力是否满足设计要求是桩基工程质量检测中的主要问题之一。目前检测单桩垂直承载力是否满足设计要求所采用的主要方法有静载荷试验法和高应变动力检测法。高应变动力检测法确定单桩垂直极限承载力具有独特的优点, 即无需静载试验中的锚桩或堆载物, 时间短、费用低、效率高, 因此应用越来越广泛。本文结合桩基工程检测实践, 介绍了高应变动力测试技术在苍南县龙港镇龙江新闸桩基工程检测的应用, 并对提高高应变动力测桩技术的可靠性进行了探讨。
 1 工程概况及工程地质条件
 1. 1 工程概况
 
   浙江省苍南县龙港镇龙江新闸位于该镇金钗河龙江老闸下游188 m 处, 是龙港镇标准海塘的配套工程。新闸设2 孔,每孔净宽4 m。设计过水流量80 m3 / s。具有挡潮、排涝、防洪诸功能, 属三等三级建筑物。龙江新闸闸址地基由淤泥、淤泥质粘土等土层组成, 含水量高, 承载力低, 闸室、翼墙基础采用混凝土钻孔灌注桩, 为摩擦桩桩型。设计桩径φ600 mm, 有效桩长20 m、4 1 m 两种, 设计桩身混凝土强度等级为C20, 共计371 根。高应变动力检测的工程桩桩号分别为A80 号、A78 号、A79 号、A171 号、A175号、A177 号, 六根被检测的工程桩单桩设计荷载为220 kN。
 1. 2  工程地质条件
 
   根据龙江新闸工程地质勘测资料, 闸址区土层自上而下依次为:
 
( 1) 淤泥: 层厚0. 80~ 6. 80 m, 黄褐色、饱和、含水量较高,局部夹薄砂层, 流塑状, 絮状结构, 分布均匀。
 ( 2) 淤泥质粉土, 层厚1. 80~ 12. 0 m。深灰色, 饱和, 软可塑状, 土质不均匀。
 ( 3) 淤泥: 层厚23. 0~ 28. 0 m, 青灰色、土质均匀, 流塑状。
 ( 4) 淤泥质粘土: 深灰色, 均质, 饱和, 软塑状。
 2 高应变动力测桩原理及方法
 2. 1  高应变动力测桩原理
 
    高应变动力检测是用重锤冲击桩顶, 使桩周土产生塑性变形, 实测的力和速度时程曲线将全面反映岩土对桩的阻力作用和桩身力学阻抗的变化。通过波动理论分析得到桩土体系有关性状, 具体操作时分两个阶段, 一是现场进行数据采集及凯斯法( CASE 法) 估算基桩承载力, 二是室内进行的实测曲线拟合法( CCWAPC 法) 确定基桩承载力。
 2. 1. 1  凯斯法测定单桩极限承载力
 
    凯斯法假设桩为等截面桩, 土阻力模型为刚- 塑性, 它是一种建立在一维应力波理论基础上的以确定单桩极限承载力为主的一种高应变动力试桩方法。它主要把桩体作为连续的弹性杆件, 根据行波理论, 将实测到的桩体上部某截面的应变和加速度时程曲线, 经过一定的简化, 并引进其他有关参数, 由下式确定单桩的极限承载力:
       Rc = ( 1- Jc) ×[ F ( t 1) + Z V( t 1) ] / 2+ ( 1+ J c) ×
         [ F ( t 1+ 2L / c) - Z V ( t 1+ 2L / c) ] / 2            ( 1)
               Z = A × E/ c                                                ( 2)
 
    式中: Rc 为由凯斯法判定的单桩极限承载力, kN; Jc 为凯斯法阻尼系数; t1 为速度峰对应的时刻, ms; F( t1) 为t1 时刻的锤击力, kN;
 V( t1) 为t1 时刻质点的运动速度, m/ s; Z 为桩身截面的力学阻抗, kN?? s/ m; A 为桩截面积, m2; L 为测点下桩长, m; E 为桩材料弹性模量, MPa; c 为桩身内应力波传播速度, m/ s。
 2. 1. 2  实测曲线拟合法确定单桩极限承载力
 
    实测曲线拟合法是一种精确的波动方程数值解法。具体做法是: 将桩分为若干单元, 假定每个单元的桩土模型及其参数, 以实测的速度作为桩顶边界条件输入, 求解波动方程后反算出桩顶力曲线并与实测的桩顶力曲线比较( 同时校核实测与计算的贯入度) , 如果不符合, 调整桩土模型及其参数再行进算, 直至达到较好的拟合曲线效果。这种算法是以实测值作为客观标准来反演桩土参数。经过多次拟合, 最终得到桩身剖面形状、土参数分布( 如土阻沿桩身分布) 和根据桩土参数进行静力分析模拟出的静荷载沉降曲线。此外, 由于求解是对整个波动方程进行的, 因而还能给出桩身任一深度处的动力学和运动学参量随时间的变化。www.tmgc8.com
 2. 2  高应变动力测桩方法
 
   桩基高应变动力检测系统采用的是武汉岩海公司研制的RS- 1616J 桩基动测仪, 扬州无线电二厂生产的CA-YD- 106 型加速度计, 北京曲浪信息技术开发中心生产的CYB-YB- FIK 型应变测量传感器, 加上进口T 3600 型计算机所组成的实时检测系统。
 
   在测试前根据现场条件分别对被检测桩进行了必要的处理, 预制了桩头, 锤击方式采用自由落锤方式, 锤重为1 t。重锤落距按重锤下落时所能激发的桩顶力Pmax值及贯入度决定。本次重锤落距为0. 60~ 0. 80 m。在距桩身1. 5d 处左右( d 为桩径) 对称布置2 个加速度计和2 个应力环, 每根桩激振2~ 3次, 以观察信号的变化。
 3 测试结果及分析
 
   六根工程桩高应变动力测试结果见表1, 6 根工程桩高应变检测时, 检测了每一锤击力作用下桩的贯入度, 单击贯入度都大于2. 5 mm, 表明桩周土产生塑性变形, 桩周土阻力得到了充分的发挥。
 

    根据高应变动力测试, 6 根工程桩单桩垂直极限承载力实测结果是: A82 号桩为536 kN, A78 号桩为626 kN, A79 号桩为539 kN, A171 号桩为619 kN, A175 号桩为527 kN, A177 号桩为622 kN, 6 根工程桩的单桩垂直极限承载力均满足设计荷载220 kN 的要求。
 4 结 语
 
    桩基工程高应变动力检测实践表明该法具有速度快、耗资低等优点, 从而得到广泛的应用。但要提高高应变动力测桩技术的可靠性, 仍有许多问题有待研究。
 
   (1) 高应变动力测试时, 锤击能量大, 对桩头的处理要求也更高, 一定要高度重视认真对待。对于混凝土钻孔灌注桩,要认真截除污浆或不密实部分, 然后外接一段等截面桩头, 其长度一般不小于2 倍桩径, 混凝土强度等级提高1~ 2 级( 不得低于C30) , 外接桩头时要将桩身主筋延伸至桩顶, 桩顶还应设置二三层钢筋网片, 网片间距5 cm 左右, 顶层网片要有适当的混凝土保护层( 一般5 cm) 这样既可防止桩头开裂, 保证试验成功, 又可保护传感器不至损伤。桩头几何轴线要求与桩身重合, 桩头表面要水平, 桩头外壁要求光滑密实, 以利于安装传感器并采集到良好的应力应变信号。
 
   (2) 选择高性能的锤击设备是获得高质量采集信号的关键。锤重和落距应能够自由调节, 锤击时能保持对中, 并且有易操作性和安全性等特点, 选择锤重不应低于单桩极限承载力的1%。选择稍重的锤头和合适的落距, 合适的锤垫有利于得到理想的宽力脉冲, 由轻锤、大落距锤击桩顶易使桩头桩身受损。
 
   (3) 高应变动力测桩中的Case 法是建立在一定假设的基础上的, 因而用Case 法计算必须满足一些条件。Case 法假定桩是均匀、各向同性的弹性杆, 截面均匀。所以对于阻抗有较大变化的桩不宜用Case 法计算, 而应采用CCWAPC 法, 对于钻孔灌注桩应选用CCWAPC 法进行计算, 因为CCWAPC 法一般需进行很多次反复比较迭代, 以使拟合质量系数MQ 达到最小。拟合过程中受人为影响较小, 所求得的土阻力值也更精确, 更符合实际工程情况。
 
    (4) 在高应变动力测桩过程中要特别重视不同场地、不同桩型的动静对比试验, 对一个工程或一个地区, 把高应变检测同静载试验结合起来, 积累经验, 在高应变动力测桩的同时, 做好静载试验( 包括基岩静载荷试验) , 特别是试桩的破坏性试验, 这样对于更好解决工程问题, 提高高应变动力测桩技术的可靠性有很大的好处。
 

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