高應變動測法在橋梁樁基檢測中的應用分析研究

閆朋

(華設設計集團股份有限公司 江蘇南京 210000)

在橋梁樁基施工過程中，高應變動測法不但可以對樁基承載力進行分析，還可以對樁土阻力分布、樁身完整程度以及樁身阻抗變化等情況進行分析。檢測人員應對高應變動測法準確性影響因素進行分析，并采取相應的措施進行控制，使其檢測準確性進一步提高，并以實際施工情況為依據，對檢測過程進行控制，達到控制橋梁樁基質量的目的。

1 高應變動測法的檢測原理

高應變動測法的原理主要為結構動力學理論和一維波動理論。在檢測過程中，檢測人員應使用重錘對樁頂進行錘擊，產生高能量沖擊脈沖，并對樁周土動阻力情況進行分析，以此為基礎，對樁基完整性進行分析，得到樁基實際承載力[1]。到目前為止，曲線擬合法、阻尼系數法是應用比較廣泛的高應變動側技術，前者主要以實際檢測曲線和理論曲線為依據，對樁土關系進行擬合，當參數取值合理時，兩條曲線越吻合，檢測結果越準確；后者具有檢測方式簡便的特點，通常應用于對現場實時進行分析，其檢測結果準確性與阻尼系數息息相關。

1.1 阻尼系數法

在使用阻尼系數法進行檢測過程中，主要將樁基看成一維的連續、均勻彈性桿件，樁端速度和樁尖動阻力值成正比，且全部動阻力主要集中在樁尖位置，與此同時，樁側土主要為剛塑性結構，因此其各處靜阻力極限值基本一致，檢測人員可以根據波動方程對樁基承載力進行計算。該種檢測方式具有操作簡單，可以對現場橋梁樁基進行實施檢測，但是為了保障其檢測準確性，檢測人員應以所在區域樁基靜動載試驗為基礎，對阻尼系數進行確定，并對檢測結果加以修正[2]。

1.2 波形曲線擬合法

在橋梁樁基施工時，波形曲線擬合法以樁承載力、樁周土側摩阻力、樁頂位移和速度以及樁頂力等變量為依據對樁土作用體系進行分析，并以分析儀的速度信號和已知力基礎對土力學模型進行分析。在使用波形曲線擬合法實施檢測時，檢測人員應以某一個參數為基礎進行分析，例如：將樁頂位移速度時程曲線作為邊界條件，對樁土模型參數進行設定，隨后以行波理論為基礎，對樁土進行分析，得到變量（樁頂力等）的時程曲線，通過與測試曲線相對比，得到兩者的差異，并根據差異將對樁土模型進行反演分析和調整，使測試信號和變量達到最佳擬合狀態。

2 高應變動測法準確性的影響因素

2.1 錘擊能量和傳感器因素

在高應變動測法檢測過程中，若傳感器靈敏度系數誤差較大，會導致其樁基檢測結果準確性受到影響。通常情況下，傳感器應每隔一年檢測一次，為了控制其靈敏度系數，檢測人員應以傳感器安裝使用次數為依據，對傳感器進行檢測，但是在實際應用過程中，由于部分檢測人員重視度較低，存在傳感器檢測周期較長等問題，導致其使用受到影響，進而產生樁基檢測準確性較低的問題。與此同時，在錘擊過程中，根據相關規定可知，重錘重量通常應為1%的單樁極限承載力，在對高承載力樁基進行檢測時，錘重應不低于8 t，但是，在實際檢測過程中，部分單位為了滿足場地和成本的要求，所使用的錘重較小，導致錘擊能量不滿足要求，導致樁基檢測準確性受到影響[3]。

2.2 檢測人員因素

高應變動測法具有復雜性和系統性較高的特點，因此其對檢測人員要求相對較高。到目前為止，由于部分檢測人員對高應變動測法邊界條件、樁基受力狀態以及載荷傳遞機理等理解存在誤差，且應用過程缺乏靈活性，導致檢測過程出現傳感器安裝不科學、錘擊落距過大等問題，使檢測準確性受到影響。與此同時，在對曲線擬合進行測量時，檢測人員只關注擬合系數MQ 和樁基承載力，忽視了樁土體系實際情況，導致檢測數據與樁基實際受力情況存在差異，不利于橋梁樁基質量控制。

3 提高高應變動測法準確性的主要措施

3.1 提高高應變動測法的科學性

在橋梁樁基建設時，為了使其施工質量進一步提高，檢測單位應合理使用高應變動測法，使樁基檢測準確性進一步提高。在此過程中，檢測人員應保障高應變動測法的科學性，采用靜載荷試驗和高應變動測法相結合的方式進行檢驗，使誤差進一步降低。在實施檢測過程中，檢測人員應以載荷大小為依據，對小重量重錘進行自由落錘測試，并對傳感器安裝準確性進行控制，達到控制測試貫入度的目的，保障其錘擊能量符合要求[4]。與此同時，當樁基較長、且樁徑較大時，檢測人員應適當增加錘擊的重量，采用重錘低擊的形式對樁基進行高應變動力檢測，使檢測準確性進一步提高。當橋梁樁基施工現場地質條件較好但軟土底層較薄時，在對其實施高應變動力檢測過程中，若樁端持力層巖石硬度較大，可能會出現檢測誤差較大的情況，因此，檢測人員應先使用阻力后延法和靜載試驗相結合的方式對其進行檢驗，再進行高應變動力檢測，保障檢測準確性。

3.2 提高檢測人員的綜合素質

在高應變動測法檢測過程中，部分檢測人員存在綜合素質較低的問題，使檢測準確性受到影響。因此，在橋梁樁基檢測時，為了提高高應變動測法應用效果，檢測單位應對檢測人員的綜合素質進行控制，確保其綜合素質符合施工要求。在此過程中，檢測單位應對檢測人員的證件進行檢查，各檢測人員應持證上崗。與此同時，檢測人員應具備專業的檢測知識，規范應用各個設備和儀器，并使用軟件對檢測數據進行計算和分析[5]。除此之外，檢測單位應對檢測人員進行培訓，使其了解高應變動測檢測法的應用，且應聘請專業的人員進行指導，使檢測人員綜合素質進行一步提高，達到提高橋梁樁基檢測準確性的目的。在此過程中，檢測人員應采用合理的手段對工程地質情況進行檢測，對地質勘察報告中土層深度、黏性土稠度、砂土密實度以及貫入阻力分布等指標準確性進行控制，為土參數計算奠定基礎。與此同時，檢測人員不但要掌握高應變動測法的基本理論和知識，還應對其波形進行正確判斷，使檢測準確性和效率進一步提高。

4 高應變動測法應用實例

4.1 工程概況

在某特大橋建設過程中，為了保障其施工質量，主要使用高應變動測法對其5#樁基進行檢測。該樁基為鉆孔灌注樁，樁長為19.5 m，樁徑為1.0 m，設計形式為嵌巖樁，混凝土強度為C30，單樁最大承載力為4 020 kN。通過對樁基土層進行分析可知，其主要為沖洪積相沉積層，地層主要為黏性土夾雜砂，因此，在樁基檢測過程中，檢測人員應對土參數進行分析，為后期施工奠定基礎。

4.2 檢測前準備工作

4.2.1 樁頭處理

（1）若原樁頭頂面存在破碎層、軟弱層、浮漿或平整度較差時，檢測人員應先對其進行鑿平處理，并對樁帽進行制作，確保高應變動測法檢測順利性。

（2）樁頂清理完整后，應進行接長樁施工，接長樁的截面尺寸、混凝土強度應與原樁基一致，與此同時，還應保障接縫處不存在冷縫。

（3）施工單位應對原樁身主筋進行加長處理，使其到達接長樁頂部標高下30～50 mm的位置，且應保障各主筋位于同一高度。

（4）施工單位應將φ10 鋼筋網片設置在接長樁頂部，網片層數應大于3 層，各層之間的距離應為100 mm，最上層鋼筋網與樁帽頂之間的距離應為50～100 mm，達到保護樁頂混凝土的目的。

（5）在接長樁施工時，施工單位應將加密箍筋設置在接長樁中，且各箍筋之間的距離應小于100 mm。與此同時，接長樁的中軸線應與原樁保持一致，混凝土澆筑完成后，應及時進行抹平處理。

（6）為了使接長樁養護時間進一步降低，施工單位應將早強劑加入混凝土中，施工后的接長樁應無蜂窩、骨料均勻。

4.2.2 傳感器安裝

（1）在檢測過程中，檢測人員應將兩只加速度傳感器和兩只應變傳感器安裝在樁頂下方，控制偏心錘擊的影響。

（2）為了提高實測信號的準確性，在傳感器安裝時，應對其與樁頂下方的距離進行控制，通常應大于1.2倍樁徑。如果傳感器的安裝位置位于接長樁，其與連接面的距離應大于1倍樁徑。

（3）在傳感器安裝過程中，檢測人員應保障安裝位置樁身的光滑度和平整度，同時，檢測人員應對加速度傳感器和應變傳感器的中心進行控制，使其位于同一水平面上，高度差應小于10 cm，且傳感器應與樁身表面緊貼。在傳感器固定過程中，如果固定工具為膨脹螺栓，檢測人員應對螺栓孔軸線進行控制，保障其垂直于樁身軸線，且傳感器安裝方向應平行于樁身軸線[6]。

4.2.3 錘重及落高選擇

在高應變動測法檢測過程中，其設備包括傳感器、動測儀、起吊設備、導向架以及重錘等。在錘擊時，應以重錘低擊為原則，該橋梁樁基所使用的重錘為16 t，落距為0.65 m，樁頭力為1.5倍的設計工作荷載。

4.3 高應變承載力檢測過程

在對該橋梁樁基承載力進行檢測時，所使用的PDA打樁分析儀產地為美國，并配備柴油打樁機，規格為4 t，錘重為40 kN。當樁徑為35 cm 時，起重高度為1.5 m；當樁徑為45 cm 時，起重高度為2.5 m。為了使檢測效果進一步提高，檢測人員應在樁頭鋪設膠皮墊，厚度為5 cm。通過對5 根試樁實施檢驗可知，試樁曲線形態和樁周土激發程度較好。

在對高應變動測法檢測資料進行整理過程中，所使用的軟件為CAPWAP擬合軟件，通過載荷試驗曲線擬合分析（荷載-位移）、樁周土對樁尖阻力值計算分析，得到分析結果具體見表1。通過對表1的數據進行分析可知，樁徑為35 cm時，其單樁極限承載力均值為1 596.5 kN，樁端摩阻力占比為14.8%，樁側摩阻力占比為85.1%；樁徑為45 cm 時，其單樁極限承載力均值為5 264.8 kN，樁端摩阻力占比為17.3%，樁側摩阻力占比為82.7%。

表1 荷載試驗擬合及樁周土對樁尖的阻力值分析結果

4.4 豎向抗壓靜載試驗

檢測人員應以規范為依據，使用慢速維持載荷法對樁基進行豎向靜載試驗，并以試驗結果為依據，對橋梁樁基高應變檢測結果進行驗證。在豎向靜載試驗時，檢測人員應逐級加載，在加載時，當上級荷載穩定后，才能對繼續加載，試樁被破壞后，才能分級進行卸載。加載過程主要使用自動加載系統，首級荷載大小為400～500 kN，后續加載量為200～400 kN。

通過單樁豎向靜載試驗可知單樁承載力極限值，結果如表2 所示。在通常情況下，檢測人員可以根據基礎底面和地面樁體側摩阻力值對基底面以上側向摩阻力進行分析，其中，當樁徑為35 cm 時，基礎埋深為3.5 m；當樁徑為45 cm時，基礎埋深為6.5 m。

表2 單樁承載力極限值表

通過對單樁豎向靜載試驗結果進行分析可知，高應變動測法檢測所得到的總阻力結果值相對較高，其余項目兩者的檢測結果基本一致。產生這種結果的主要原因是，在2 根豎向靜載試驗樁中，1 根樁身混凝土結構被破壞，且存在極限荷載較低的問題，另一根未被破壞?？傊?，根據上述檢測結果可知，高應變動測法所得到的檢測結果與靜載試驗結果基本一致，由此可知，該檢測技術可靠性較高。

5 結語

綜上所述，在橋梁施工過程中，樁基施工質量檢測具有重要意義。在使用高應變動測法對橋梁樁基進行檢測時，所使用的技術主要包括信號處理、數學和力學理論以及振動測試手段等，該種檢測方式具有檢測簡單便捷、費用低、效率高等特點，應用越來越廣泛。根據相關試驗可知，高應變動測法主要適應于樁身截面和材質相對均勻的小直徑樁的檢驗過程中，在大直徑灌注樁中適用性較差。在檢測過程中，檢測人員應對外界干擾、儀器性能、傳感器安裝、錘擊能、錘擊位置以及樁頭處理等因素進行控制，使檢測結果的準確性進一步提高。與此同時，檢測人員應以實際工程為依據，選擇合理的檢測方式進行檢測，并運用單樁豎向靜載試驗對檢測結果進行驗證，確保其檢測準確性，為后續施工奠定基礎。