钻孔灌注桩高应变动测试试验

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1、钻孔灌注桩高应变动测试试验提要：钻孔灌注桩具有不排上和施工时对周围环境影响小的优点，因而在建筑物留集的城区的桩基工程中 得到广泛应用，相应地，钻孔灌注桩的高应变动测也越来越多，但是与打入桩相比，钻孔灌主桩在 诸多方面是有其特殊性的，钻孔灌注桩的高应变动测试技术也更加复杂，笔者根据十多年的钻孔灌 注的，钻孔灌注桩的高应变动测试验技术也更加复杂，笔者根据十多年的钻孔灌注桩高应变动测试 验以验和体会，初步提出了在数据采集、资料分析等几主面应采取的相应措施。关键词：高应变动测、钻孔灌注桩、实测信息、凯斯法、曲线拟合法、辐射阻尼、单桩承载力、桩身结构 完整性。1钻孔灌注桩高应变动测试验数据的采集 能否采

2、集到优质的实测原始信息是高应变动测试验成败的关键，因为高应变动测所有室内资料分析方法都是以实测原始信息为基础的。实测原始信息质量差，势必导致最终试验结果可靠性差。实测原始信息的质量是否高，主要看所采集的实测信息是否满足以下两个基本要求：1.1 实测信息是正常的这里的“正常的实测曲线”是相对与“异常的实测曲线”而言的。一般认为，正常的实测曲线应具备能上能下下条件：a、曲线具有良好的一致性。无论锤击的击数有多少，实测曲线的基本形态应该是稳定的：b、曲线该是基本光滑的，没有高频震荡；c、在曲线的起始段，F与ZV曲线是重合的；d、在曲线的尾部，F与ZV曲线都归零（在有足够长的采样时间下）。典型的正常曲

3、线如图1所示。 图1 典型的正常曲线1.2 实测信息满足试验目的 在不同的情况下，委托方（业主或设计人员）所提出的试验最终目的是会有所不同的。但是，就钻也灌注桩而言，最常见的试验目的通常有两类：一是试桩，确定其单桩极限承载力：二是工程桩，验证其承载力是否满足设计要求。动测试验工程师必须确保实测信息是在满足委托方所提出试验后的试验过程中所采集到的。 为此，在高应变动测试验时应该做到：（1） 为满足试验目的，应合理选择锤的重量、合理选择锤的落高，以充分发挥桩周土阻力：应合理选择桩的垫层材料，以保护头免遭锤击破损。（2） 为保证实测信息正常，应加固试验桩的桩头。钻也灌注桩施工过程中，在桩顶会产生厚厚

4、的强度较低的浮浆。即使除去该层浮浆，露出桩顶混凝土层面，往往也难以抵御几千千件的冲击力的作用，而使桩顶开裂，直接的后果是使得实测曲线产生畸变，因此必须加固桩头。加固桩头的另一个好处是大大改善了安装传感器位置桩身截面材料的物理特性，从而大大提高了实测信息的质量。（3） 为保证实测信息的质量，还应该控制自由落锤的偏心影响。自由落锤的中心与桩顶而中心应基本在同一垂直线上，使得作用在桩顶面上的冲击力的分布基本均匀。如果桩顶面不平或自由落锤的中心与桩顶面中心不在同一垂线上，则会产生锤击偏心。严重的偏心作用会使用实测曲线的F和ZV曲线不成比例关系；或者打裂桩头，使得实测曲线中F曲线的尾部不归零。2资料分析

5、高应变动测试验资料分析方法有凯斯法和曲线拟合法两种。从高应变动测试验的发展和历史来看，从发展初期直到前几年，在相当长时期里，高应变动测所研究的对象都是打入桩。其资料分析方法的基本理论都是以打入桩的性质为基准的。 通常，打入桩的基本特征是：桩身材料基本均匀，特别是桩身截面的几何尺是基本不变的。 从凯斯法的公式推导过程和基本假定可知，斯凯法只适用于桩身材料基本均匀，且桩身内阻尼较小可忽略不计的桩。最典型的就是各种打入桩，如钢管桩、H型钢桩、预应力钢筋混凝土管桩和钢筋混凝土方桩等。 而上海地区的钻也灌注桩特点是直径大（通常为600mm800mm）、桩较长（通常3060米）。在软土中成桩施工，钻孔灌注

6、桩桩身常常会发生严重的扩径、缩颈、夹泥等现象，或混凝土及内骨料搅拌、灌注不均匀，都使得桩身阻抗截面不均匀。当这种现象比较明显时，这类桩就不符合凯斯法的基本假定，严格来讲就不能用凯斯法进行计算分析，而必须采用曲线拟合法进行计算分析。 曲线拟合法在理论上比凯斯法要严格，基本假定少，应用限制少，应用范围要广泛得多。曲线拟合法允许桩身波阻抗截面是不均匀的，也充分考虑到了桩身材料内阻尼以及锤击过程中锤击能量向桩周土中辐射损耗的辐射阻尼等问题。使得计逄的可靠性大大提高。 一般来说，钻孔灌注桩的桩身或多或少地会产生扩缩颈以及桩身不均匀现象，为保证试验成果的可靠性，科学的处理方法是对所有的动测试验桩都采用曲线

7、拟合法进行计算分析。当然，在采用曲线拟合法进行计算分析时，还应根据钻孔灌注桩的现场施工情装饰品和部分桩的孔径测试结果，事先了解试验桩桩身变化情况，并将了解到的桩身变化情况作为已知的桩身基本参数。 如果同一工地中试验桩的数量较多，需要作部分桩的凯斯法计算的话，凯斯阻尼系数的确定方法应该是：根据该工地中同类型桩的静载荷试验或曲线拟合计算结果，反算得到适用于本工程这种类型桩的凯斯阻尼系数。 钻孔灌注桩高应变动测试验中一个尚需进一步研究解决的问题是桩侧土的辐射阻尼。由于钻孔灌注桩的桩侧常常是凹凸不平的，特别是对于大直径的长桩，在高应变试验时常常锤击贯入度很小，加上桩侧凹凸不平的作用，会使得桩周土与桩在

8、锤击力作用下共同运动，锤击能量以辐射的形式消耗在桩周土中，通常称之为辐射阻尼。在进行曲线拟合时，如何根据不同具体情况的桩，选择合适大小的辐射阻尼，是一个有待解决的问题。 高应变动测试验的另一个功能是可以定量地确定桩身结构完整性，但对于钻孔灌注桩，在判定桩身截面缩小时应谨慎对待。我们知道，高应变中桩身结构完整是由桩身结构完整性系数BTA来表征的，而桩身结构完整性系数BTA的定义是桩身中某处下部的桩身波阻抗与上部的桩身波阻抗之比。根据桩身截面变化的不同形式和与桩身设计桩径的比较，对于钻孔灌注桩我们可以把桩身截面缩小分为“缩颈”和“缩径”两种情况。 当桩身的截面直径普遍大于设计桩径，桩身某处产生截面

9、缩小现象，但缩小部分的截面直径仍然大于设计桩径时；或当桩身某处截面先扩颈，然后再截面缩小，但缩小部分的截在直径仍然大于设计桩径。这两种情况我们都称之为“缩颈”，这类桩的缩径影响了桩身设计结构强度。“缩颈”和“缩径”对于桩身设计结构强度甚至单桩极限承载力的影响是大不相同的。动测工程师不能仅仅根据桩身完整性系数一个参数就对桩身结构完整性作出判定，而必须结合场地的工程地质情况、同一工程中可能有的孔径测试资料、所测桩的充盈系数和高应变实测曲线综合判定，对“缩颈”和“缩径”作出明确区分。 3.承载力评价 与静载荷试验稍有不同，高应变动测所得承载力是地基本对桩的竖向支承力，不包含桩身材料的强度所控制的承载

10、力。 要使桩侧和桩尖土层的土阻力充分发挥，得到单桩极限承载力，就必须使桩身贯入度大于土的最大弹性形变量。一般认为土的最大弹性形变量为22.5mm，因此锤击作用下桩身单击贯入度应大于2mm。 为了获得足够的桩身强度，通常高应变动测是在桩身混凝土满足养护所需时间后进行的（一般不应少于28天）。此时成孔时被扰动的桩尖、桩侧土已经初步固结恢复。如果试验时锤击作用下桩身单击贯入度大于2mm，则认为试验所获得的承载力就是单桩极限承载力。 但是在大多数的情况下，对于大直径及桩较长的钻孔灌注桩来讲，要产生大于2mm的单击贯入度是困难的。原因主要是：（1）即使进行了简单的桩头加固处理，桩头的混凝土强度也显不够，

11、难以抵御所需足够大的锤击力的作用。（2）对于工程桩的动测试验，通常要考勤虑到不破坏桩身结构强度。如果一定要使工程在瞬时锤击力的作用下产生大于2mm的单击贯入度，则很可能会破坏桩身结构强度。（3）对于超长钻孔灌注桩来说，其桩本身就存在着较大的弹性形变，要使桩身产生大于2mm的单击贯入度是十分困难的。在以上单击贯入度小于2mm的情况下，动测试验承载力要小于单桩极限承载力，通常则称其为承载力的保证值或承载力的下限值。 因此，对于钻孔灌注桩高应变动测，如果一定要得到单桩极限承载力，则试验前必须要估算试验所需可能大的锤击力，验算桩头钢筋混凝土强度，充分加固桩头，并经过足够长时间的混凝土养护，确保桩头能以

12、受住锤击力的冲击，使桩身产生大于2mm单击贯入度。 对于工程桩，考虑到不破坏桩身结构，试验时可不要要产生大于2mm的单击贯入度，从而得到承载力的保证值。但是该承载力的保证值应满足一定的试验要求（如大于容许承载力的2倍），超到验证单桩承载力作用。 具体采取何种试验方式，应视委托方要求、现场条件而定。 进行实测曲线拟合分析，可以得到桩侧土阻力分布。在一些情况下，计算所得桩侧土阻力可能与根据规范或静力触探所计算桩侧土阻力不一致。在分析产生这种不一致的原因时，应充分注意以下情况： 用规范或静力触探计算桩侧土阻力，常常把实际桩据成是一根设计桩径大小的均质桩。而实际上钻孔灌注桩的桩径可能要大于设计桩径；在

13、桩侧也可能会产生不规则的扩缩颈现象。而当实际桩径明显大于设计桩径时，则桩侧土阻力也大；或当桩侧有不规则的扩颈现象，则在扩颈位置及其下部，由于接触面的增大及局部端承力的出现，使得该区域的土阻力异常的大，而在该区域的上部，由于局部真空出现，使得该区域的土阻力异常的小；或当桩侧有不规则的缩颈现象，则在缩颈位置及其上部，由于接触面的增大及局部端承力的出现，使得该区域的土阻力异常的大，而在该区域的下部，由于局部真空出现，使得该区域的土阻力异常的小。 在以上几种常见情况下，曲线拟合法所计算出桩侧土阻力分布可能是不规则的，与根据规范或静力触探所计算的桩侧土阻力分布也不一致，但却是反映了客观实际情况的，是合理的。4结束语 作为一个合格的动测工程师，对钻孔灌注桩高应变动测试验的特殊性必须予以足够的重视，充分认识和研究试验中出现的各种问题，并给予合理的解决，否则会大大降低试验结果的可靠性