電子技術(shù)論文發(fā)表期刊推薦北大核心級期刊《電子設(shè)計工程》，《電子設(shè)計工程》(半月刊)，中國科技核心期刊（科技論文統(tǒng)計源期刊），創(chuàng)刊于1993年，原名《國外電子元器件》，主要介紹具有較高學(xué)術(shù)水平的、電子領(lǐng) 域相關(guān)的理論、技術(shù)、方法的專業(yè)性技術(shù)期刊。主要欄目有：計算機技術(shù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)與通信工程、測控與儀器儀表、圖像與多媒體技術(shù)、開發(fā)與應(yīng)用、數(shù)字處理技 術(shù)、嵌入式技術(shù)、消費類電子、汽車電子、集成電路應(yīng)用、新特器件應(yīng)用、電源技術(shù)與應(yīng)用、信息安全、工業(yè)自動化、電力電子等

　　摘要：本文闡述了高應(yīng)變動力檢測應(yīng)用過程中樁頂反射波、樁頭質(zhì)量、錘擊能量、傳感器安裝情況對采集信號的影響；述說了本方法的檢測精度及誤差來源；并給出天津地區(qū)主要樁基持力層Case阻尼系數(shù)Jc值的選取。

　　關(guān)鍵詞：高應(yīng)變動力,檢測,措施

　　1、前言

　　高應(yīng)變動力檢測法系美國俄亥俄州克利夫蘭市Case技術(shù)學(xué)院G.G.Goble教授等人提出的一套檢測計算基樁承載力的方法，本方法采用重錘沖擊樁頂產(chǎn)生應(yīng)力波，在樁頂兩側(cè)安裝應(yīng)力及加速度傳感器，采集力信號及加速度信號，分析計算樁側(cè)土阻力及樁端土阻力。

　　由于室內(nèi)計算的不同又分為Case法和實測曲線擬合法。Case法是根據(jù)應(yīng)力波理論簡化出來的一種計算方法，把樁假設(shè)為一維連續(xù)均質(zhì)的線彈性體，樁周及樁端土對樁的運動起阻力作用，動阻力全部集中在樁尖，靜阻力采用理想剛塑性體模型，沒有考慮土的卸載、樁側(cè)動阻力等影響，現(xiàn)場可直接計算承載力。實測曲線擬合法把樁身假設(shè)為彈性體，不再要求樁身為均質(zhì)（截面和阻抗上、下一致），考慮了樁身缺陷、阻尼衰減，動阻力在樁側(cè)、樁尖均有，加入了輻射阻尼，靜阻力采用理想的彈塑性模型，模型中引入了卸載、復(fù)載、線性硬化、土塞、土隙等模型，將樁和土各自劃分為一系列單元，不同于Case法僅分析兩條特征線，而是逐單元地進(jìn)行分析計算。

　　高應(yīng)變動力檢測法已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)、外樁基工程的檢測中，在天津地區(qū)也已被工程界所認(rèn)可，并且應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑的基樁承載力檢測，1998年10月至今天津地區(qū)共采用高應(yīng)變檢測方法檢測基樁1200余根，平均每月進(jìn)行100根樁左右的高應(yīng)變動力檢測。由于高應(yīng)變動力檢測法在實踐應(yīng)用中，容易造成檢測信號失真，分析結(jié)果偏離太大，檢測技術(shù)參數(shù)不確定性等問題，給工程檢測帶來許多困難，因此如何采集到可靠的信號，減少檢測誤差，選擇合理的技術(shù)參數(shù)是檢測人員所面臨的問題。本文對高應(yīng)變動力檢測法現(xiàn)場采集中，樁頂反射波、樁頭質(zhì)量、錘擊能量、傳感器安裝對采集信號的影響；高應(yīng)變檢測承載力的精度及誤差來源；天津地區(qū)主要樁基持力層Case阻尼系數(shù)Jc值的選取等問題進(jìn)行簡單的探討。

　　2、樁頂反射波、樁頭質(zhì)量、錘擊能量、傳感器安裝情況對采集信號的影響

　　高應(yīng)變檢測基樁樁頂未進(jìn)行加固（制作），樁頂質(zhì)量較

　　差，混凝土疏松，錘擊時易產(chǎn)生塑性變形或開裂，將直接影

　　響采集信號的質(zhì)量。如圖1所示，我們來闡述應(yīng)力波在樁頂

　　部分的傳遞機理，傳感器安裝于距樁頂x處，樁頂受到錘擊

　　后，向下運動的壓應(yīng)力波到達(dá)檢測截面為峰值如圖2所示。

　　壓應(yīng)力波通過截面后，將受到樁身周圍側(cè)阻力的作用，產(chǎn)生

　　上行的壓應(yīng)力波，通過檢測截面，力曲線上升R/2，速度曲

　　線下降R/2，壓應(yīng)力波到達(dá)樁頂后，產(chǎn)生下行的拉應(yīng)力波，到達(dá)檢測截面后，使上行的壓應(yīng)力波力曲線下降，速度曲線也下降。根據(jù)時程計算可知，在截面下2x距離內(nèi)曲線不受影響，2x段以下則受到樁頂反射波的影響，如3x段上行壓應(yīng)力波到達(dá)檢測截面后正好與1x段的反射拉應(yīng)力波疊加如式2.1~2.3：

　　R＝F－Zv(2.1)

　　F＝F3x－F’1xZv＝Zv3x－Zv’1x(2.2)

　　R＝F3x－Zv3x－F’1x＋Zv’1x(2.3)

　　2.3式后兩項相等，相互對消，

　　即前后疊加作用并沒有改變3x截

　　面上行壓應(yīng)力波的阻力特性，檢測

　　截面離樁頂一段距離，樁頂?shù)姆瓷洳▽�檢測信號是不影響的，不管檢測截面選擇在什么地方，兩條實測曲線的分離程度始終將等于R而準(zhǔn)確反映所受阻力的大小。因此，傳感器安裝距離只要保證安裝截面在樁頂受擊后不產(chǎn)生開裂或塑性變形，傳感器安裝不附加人為的應(yīng)力扭曲，錘擊時不偏心，采集到的實測力、速度信號將能正確反映樁周的阻力特性。如果錘擊偏心，將造成實測力信號一側(cè)嚴(yán)重受拉、一側(cè)嚴(yán)重受壓，致使實測的阻力失真，檢測失敗，如圖3所示錘擊偏心實測曲線。高應(yīng)變現(xiàn)場檢測時，樁頭必須進(jìn)行預(yù)先加固

　　或制作以保證質(zhì)量，傳感器安裝截面距離樁頂面應(yīng)為1～2倍的樁徑，在天津地區(qū)一般取距樁頂1.0～1.5m處；錘重應(yīng)以能足夠激發(fā)樁的土阻力為準(zhǔn)，最好選樁預(yù)估承載力的1～2%；錘擊落高應(yīng)不致使樁頂開裂且能有效地保證錘擊能量，對于灌注樁樁頂采用干凈的濕細(xì)砂作錘墊時，落高宜為1.5~2.0m；傳感器安裝扭曲電壓應(yīng)小于1v，越小越好。檢測時應(yīng)選擇動態(tài)平衡及動態(tài)性能較好的儀器，如：國產(chǎn)的RS系列、美國的PAL等。較好的高應(yīng)變動力檢測信號如圖4所示。

　　3、高應(yīng)變動力檢測法的檢測精度及誤差來源

　　高應(yīng)變動力檢測法是通過在樁頂施加一瞬態(tài)力，并檢測分析樁的動態(tài)特性來確定單樁承載力，其檢測可靠性取決于兩方面：一、激振能量是否使樁產(chǎn)生足夠大的位移以充分激發(fā)土阻力；二、合理消除瞬態(tài)作用帶來的動阻力影響。樁基極限承載力與樁基的沉降位移大小及加荷速率有關(guān)，這是因為土是兩相介質(zhì)，在不同的加荷速率下，其強度及變形特性相差很大。不同的加荷速率和幅度，使樁土體系所表現(xiàn)的特性不同，故其對應(yīng)的測試結(jié)果也不同。對于摩擦樁來說，樁的承載力是和樁頂長期恒載下產(chǎn)生的最終位移量相聯(lián)系的。目前按規(guī)范要求進(jìn)行靜載荷試樁方法，本身存在高達(dá)10％的相對誤差，快速加荷與慢速加荷之間也存在高達(dá)10％的相對誤差。高應(yīng)變動力檢測由于本身的計算模型假設(shè)不完全符合樁土體系實際情況，以及樁周土的時間效應(yīng)及觸變效應(yīng)，因此對高應(yīng)變動力檢測法確定承載力的精度要求過高是不現(xiàn)實的，高應(yīng)變檢測樁的承載力精度一般認(rèn)為應(yīng)控制為±20％左右。

　　以上是從高應(yīng)變動力檢測法本身上討論檢測精度問題，以下從檢測方法的原理、參數(shù)計算方面分析檢測誤差的來源。式3.1是高應(yīng)變Case阻尼系數(shù)法（RSP）檢測樁的極限承載力公式：

　　RSP＝（1－Jc）/2（Fmt1＋Zvmt1）＋（1－Jc）/2（Fmt2－Zvmt2）（3.1）

　　式中：Z為樁身動力學(xué)阻抗kN·s/m，Z＝EA/c＝ρcA，ρ為混凝土密度，

　　c混凝土彈性波速，A檢測截面面積，Jc為Case阻尼系數(shù)，

　　Fmt1、Fmt2、vmt1、vmt2分別為t1、t2時刻檢測截面所測的力和質(zhì)點振動的速度。

　　從式中可以看出，高應(yīng)變動力檢測法誤差來源于以下幾個方面：一、應(yīng)變傳感器常因安裝不當(dāng)產(chǎn)生較大的測試誤差，尤其是灌注樁上，要獲得準(zhǔn)確的應(yīng)力測試值（Fmt1、Fmt2）很不容易，當(dāng)加速度與應(yīng)變測試存在稍大的誤差時，F(xiàn)與Zv計算的阻力存在較大的任意性。二、波速的選取問題，由于混凝土的阻抗Z與樁身彈性波速c有關(guān)，因樁身長度的誤差及檢測曲線樁底的不易確定性，致使平均波速的不準(zhǔn)確，又因通過計算樁底反射波計算的平均波速Wc往往不等于傳感器安裝處混凝土的彈性波速c，對灌注樁和有缺陷的樁更是如此，波速的不準(zhǔn)確帶來樁身阻抗的計算誤差嚴(yán)重影響承載力計算結(jié)果的可靠性。三、Case阻尼系數(shù)Jc值取值的不確定性，實測曲線擬合法各種參數(shù)的非唯一性，將導(dǎo)致高應(yīng)變動力檢測法結(jié)果存在很大的相對誤差。

　　4、天津地區(qū)主要樁基持力層Case阻尼系數(shù)Jc值的選取

　　高應(yīng)變Case法假設(shè)樁在錘擊作用下樁的動阻尼主要集中在樁尖，并與

　　樁尖運動速度vb成正比。為了消除動阻力的影響，G.G.Goble教授采用了一個無量綱的阻尼系數(shù)Jc，令

　　Jc＝Rd/（Zvb）4.1

　　式中：Rd動阻尼，Z樁身動力學(xué)阻抗，vb樁端質(zhì)點振動速度。

　　Case阻尼系數(shù)取值與土質(zhì)有關(guān)，美國PDI公司給出了Case阻尼系數(shù)Jc的經(jīng)驗取值如表一：

　　表一Case阻尼系數(shù)Jc的經(jīng)驗取值（美國PDI公司資料）

　　土質(zhì)純砂粉砂粉土亞粘土粘土

　　Jc0.10~0.150.15~0.250.25~0.400.40~0.700.70~1.00

　　目前許多單位在套用表一中的Jc取值，但由于Jc的取值與樁端土層有關(guān)，因此機械套用表一顯然是不正確的。通過幾年來大量工程的動靜對比實踐，借助CAPWAP、CCWAPC程序的分析，證明Jc值的選取具有地區(qū)性，不同樁型、不同深度下的不同土質(zhì)均有不同的Jc取值。高應(yīng)變Case法阻尼系數(shù)Jc值可通過場地的動靜對比試驗求得，同一場地對比試驗必須選擇相同的錘擊能量及安裝形式，在無靜載荷試驗的情況，可利用由可靠的實測曲線擬合法提供的Jc值。表二給出天津地區(qū)主要樁基持力層主要樁型的Jc取值，并注明部分基樁工程地點、實測極限承載力及靜載荷或?qū)崪y曲線擬合法極限承載力值，表中標(biāo)注*號值為實測曲線擬合法提供的值。

　　表二天津地區(qū)主要樁基持力層主要樁型的Jc取值

　　層號代號埋深

　　(m)樁端土性Jc值工程

　　地點樁型（m）動測極限承載力（kN）靜測極限承載力（kN）

　　第Ⅱ

　　陸相層Q41h14～18粉質(zhì)粘土0.50南樓0.35×0.35×14750700*

　　水產(chǎn)前街0.35×0.35×14540570

　　Q41al粉粘夾砂0.35大直沽ф0.55×21.019502100

　　第Ⅲ

　　陸相層Q3eal18～30粉土0.35東馬路ф0.6×25.024002600

　　粉土夾砂0.30師范學(xué)校ф0.5×19.515001600*

　　粉砂0.20引水河橋ф0.5×19.015501500*

　　第Ⅳ

　　陸相層Q3cal33～47粉質(zhì)粘土0.40津靜立交ф0.8×38.055005200

　　粉土0.30西南角ф0.8×34.554005500

　　粉砂0.20西琉城ф0.8×39.052505200

　　5、結(jié)語

　　高應(yīng)變動力檢測法現(xiàn)場采集原始信號是關(guān)鍵，要采集較好的信號，必須保證樁頭質(zhì)量，選擇合適的錘重及落高，正確安裝好傳感器，調(diào)試好儀器進(jìn)行檢測。同時在內(nèi)業(yè)計算分析中要掌握本方法的機理，選擇合適的計算參數(shù)，減少檢測結(jié)果誤差。另外，Case阻尼系數(shù)Jc值的選取在高應(yīng)變Case法中直接關(guān)系到承載力的數(shù)值大小，應(yīng)按《基樁高應(yīng)變動力檢測規(guī)程》（JGJ106－2003）中的要求確定Jc值。