CN106978825A - 测量建筑基桩承载力的低应变方法 - Google Patents

Abstract

一种测量建筑基桩承载力的低应变方法,包括以下步骤，步骤一，在被测基桩的桩面以等腰三角形布三个敲击点；步骤二，在被测基桩的桩面中心安装加速度传感器，步骤三，采用机械阻抗法获取测试数据，所述测试数据包括：f₀，f₀为基桩以刚体形式振动的固有频率；Δf，Δf为基桩导纳曲线上波峰的频率差值；P，P为基桩导纳曲线上的波峰值；Q，Q为基桩导纳曲线上的波谷值；B，B为基桩的桩型系数；步骤四，计算处理测试数据，包括：计算基桩的刚度K，计算公式为：

Description

测量建筑基桩承载力的低应变方法

技术领域

本发明涉及建筑基桩检测技术领域，尤其是一种测量建筑基桩承载力的低应变方法。

背景技术

关于建筑基桩承载力的检测方法，国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)着重规定了竖向抗压静载试验和高应变法。而国家行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94－2008)则进一步规定了原位试验法、土体力学参数经验公式法等检测建筑基桩承载力的方法。

上述两件国家行业标准均未将低应变方法(低应变法)作为检测建筑基桩承载力的方法予以规定。其实，早在1995年之前，低应变方法就曾经被我国建筑行业用来检测建筑基桩的承载力，并于1995年列入我国行业标准《基桩低应变动力检测规程》(JGJ/T93-95)中。

作为一种检测建筑基桩承载力的方法，低应变方法具有快捷简便，且对基桩没有破坏性的优点，然而，在实际运用低应变方法检测建筑基桩承载力的过程中，该方法也存在测量结果的可靠性较差和可重复性较低的问题，以致在行业内备受争议，并最终导致2003以后实施的行业标准不再将该方法作为检测建筑基桩承载力的方法予以规定。

总之，现有的低应变方法在检测建筑基桩的承载力方面的优点和缺点都很明显，怎样克服其缺点，以便更加经济、便捷、准确地检测检测建筑基桩的承载力，这是本领域技术人员多年来一直在探索的问题。

发明内容

本发明提出了一种测量建筑基桩承载力的低应变方法，其目的在于克服现有的低应变方法在测量建筑基桩承载力方面所存在可靠性较差和可重复性较低的缺陷，从而经济、便捷、准确地检测检测建筑基桩的承载力。

为实现上述目的，本发明的技术方案之一是一种测量建筑基桩承载力的低应变方法,包括以下步骤：步骤一，在被测基桩的桩顶面以等腰三角形布三个敲击点；步骤二，在被测基桩的桩顶面中心安装加速度传感器；步骤三，采用机械阻抗法获取测试数据，所述测试数据包括：f₀，f₀为基桩以刚体形式振动的固有频率，Δf，Δf为基桩导纳曲线上波峰的频率差值，P，P为基桩导纳曲线上的波峰值，Q，Q为基桩导纳曲线上的波谷值，B，B为基桩的桩型系数；步骤四，计算处理测试数据，包括：

(1)计算基桩的刚度K，计算公式为：

(2)计算建筑基桩的承载力R，计算公式为：R＝S*K，其中式中S为沉降控制值。

作为改进，所述机械阻抗法为瞬态机械阻抗法，通过用激振锤垂直敲击被测基桩的桩顶面，应力波由桩顶向桩底传播,在桩底产生反射后又传到桩顶,如果桩身内有缺陷处,应力波首先在缺陷处产生反射,由安装在桩顶面的加速度传感器检测力信号和速度信号，力信号和速度信号经傅立叶频谱分析仪的快速傅立叶变换软件运算后，得到基桩导纳曲线。

作为改进，在所述步骤三，采用机械阻抗法获取测试数据时，测试并收集三次以上的f₀，Δf，P，Q，B数值。

作为改进，在所述步骤四，对三次以上获取的f₀(n)，Δf(n)，P(n)，Q(n)，B(n)数值

(1)分别计算基桩的刚度K₁，K₂，K₃……K_n，其中

(2)计算平均值K，K＝(K₁+K₂+K₃……+K_n)/n

(3)计算建筑基桩的承载力R，计算公式为：R＝S*K，其中式中S为沉降控制值。

作为改进，S取值为4mm。在本发明的技术方案中，沉降控制值S可以采用与现有的低应变方法完全相同的方式。检测实践中，若有可信的静载荷数据，沉降控制值S由确定静动对比结果来确定，否则S取值为4mm。

为实现上述目的，本发明的技术方案之二是一种测量建筑基桩承载力装置，包括激振单元、接收单元和处理单元，所述激振单元为激振锤，所述接收单元为加速度传感器，所述处理单元为低通滤波器、傅立叶频谱分析仪，加速度传感器与低通滤波器电连接，所述低通滤波器与傅立叶频谱分析仪电连接。

作为改进，在所述激振锤上设有压电式压力传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

其一，检测过程快捷简便，且对基桩没有破坏性，亦即兼具便捷性和经济性。该有益效果是本发明与现有的低应变方法所共有的。

其二，检测结果准确、可靠且具有可重复性。该有益效果是现有的低应变方法所不具备的。本发明之所以能产生该有益效果，是因为：

(1)本发明所采用的计算公式是在固体力学、岩土力学原理的指导下，经过发明人反复试验、推理和修正所获得的经验公式，具有高度的科学性——科学地反映了基桩承载力与实测数据之间的函数关系，这也是本发明对现有技术的突出贡献之所在。

(2)本发明采用机械阻抗法对基桩进行测试，测得它的速度导纳曲线，所有的测试数据都直接取自这条曲线，不存在任何人为因素的干扰，故测试数据客观真实。

总之，高度科学性的计算公式与客观真实的测试数据相结合，使得本发明能够克服现有的低应变方法所固有的缺陷。

需要进一步说明的是，虽然机械阻抗法本身属于现有技术的范畴，其应用已经相对成熟，但是，根据发明人的反复试验，只有把机械阻抗法与本发明中的计算公式结合起来，才能有效克服现有的低应变方法所固有的缺陷。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

实施例1：

运用本发明的方法对某高速公路临河过境线K11标段K5+140.5桥一号桥墩2号桩基础进行检测。

在本实施例中，基桩设计参数为：桩长：32米；桩径：1.2米，冲击钻成孔。测试种测量建筑基桩承载力装置包括激振单元、接收单元和处理单元，激振单元为激振锤，接收单元为加速度传感器，处理单元为低通滤波器、傅立叶频谱分析仪，加速度传感器与低通滤波器电连接，所述低通滤波器与傅立叶频谱分析仪电连接。数据采用下述方法获得：

测试时在桩顶面以等腰三角形布三个敲击点，在桩顶面中心安装加速度传感器，通过用激振锤垂直敲击被测基桩的桩顶面，应力波由桩顶向桩底传播,在桩底产生反射后又传到桩顶,如果桩身内有缺陷处,应力波首先在缺陷处产生反射,由安装在桩顶面的加速度传感器检测力信号和速度信号，力信号和速度信号经低通滤波器滤波后，由傅立叶频谱分析仪的快速傅立叶变换软件运算，得到基桩导纳曲线。基桩导纳曲线显示，三次试验结果的刚体振动频率相同，均为：f₀＝21Hz；各谐振峰之间的频率差相同，均为：Δf＝58.9Hz；三次试验的导纳曲线波峰值(P)和波谷值(Q)各不相同，分别为：

P₁＝0.178×10^-6m/s·N^-1， Q₁＝0.0577×10^-6m/s·N^-1；

P₂＝0.151×10^-6m/s·N^-1， Q₂＝0.0687×10^-6m/s·N^-1；

P₃＝0.130×10^-6m/s·N^-1， Q₃＝0.0732×10^-6m/s·N^-1。

获得上述测试数据后，运用本发明中的计算公式进行数据处理：

(1)基桩刚度

平均值：K＝1477kN/mm

(2)承载力：(按4毫米沉降值控制值计算)

R＝K·S＝1477×4≈5900kN

实施例2：

运用本发明的方法对某县电厂试验用桩基础进行检测，通过对湿陷性黄土地基做浸水试验，比较浸水前后单桩承载力的变化。

在本实施例中，基桩设计参数为：桩长：13.3米；桩径：800毫米，桩底带扩大头为1.6米；为人工挖孔桩。

其中，测试种测量建筑基桩承载力装置包括激振单元、接收单元和处理单元，激振单元为激振锤，接收单元为加速度传感器，处理单元为低通滤波器、傅立叶频谱分析仪，加速度传感器与低通滤波器电连接，低通滤波器与傅立叶频谱分析仪电连接。

数据采用下述方法获得：测试时在桩顶面以等腰三角形布三个敲击点，在桩顶面中心安装加速度传感器，通过用激振锤垂直敲击被测基桩的桩顶面，应力波由桩顶向桩底传播,在桩底产生反射后又传到桩顶,如果桩身内有缺陷处,应力波首先在缺陷处产生反射,由安装在桩顶面的加速度传感器检测力信号和速度信号，力信号和速度信号经低通滤波器滤波后，由傅立叶频谱分析仪的快速傅立叶变换软件运算，得到基桩导纳曲线。基桩导纳曲线显示，(1)浸水前的试验：三次试验结果的刚体振动频率相同，均为：f₀＝27Hz；各谐振峰之间的频率差相同，均为：Δf＝139Hz；三次试验的导纳曲线波峰值(P)和波谷值(Q)各不相同，分别为：

P₁＝0.348×10^-6m/s·N^-1， Q₁＝0.0759×10^-6m/s·N^-1；

P₂＝0.313×10^-6m/s·N^-1， Q₂＝0.0997×10^-6m/s·N^-1；

P₃＝0.345×10^-6m/s·N^-1， Q₃＝0.0891×10^-6m/s·N^-1。

(2)浸水后的试验：三次试验结果的刚体振动频率相同，均为：f₀＝24Hz；各谐振峰之间的频率差相同，均为：Δf＝139Hz；三次试验的导纳曲线波峰值(P)和波谷值(Q)各不相同，分别为：

P₁＝0.361×10^-6m/s·N^-1， Q₁＝0.0820×10^-6m/s·N^-1；

P₂＝0.314×10^-6m/s·N^-1， Q₂＝0.107×10^-6m/s·N^-1；

P₃＝0.323×10^-6m/s·N^-1， Q₃＝0.134×10^-6m/s·N^-1。

获得上述测试数据后，运用本发明中的计算公式进行数据处理：

(1)浸水前基的基桩刚度：

平均值：K＝605kN/mm

(2)浸水后的基桩刚度：

平均值：K＝450kN/mm

承载力：(按4毫米沉降值控制值计算)

浸水前R＝K·S＝605×4＝2420kN

浸水后R＝K·S＝450×4＝1800kN

浸水前后承载力下降为：

实施例3：

运用本发明的方法对某纺织厂住宅楼166号桩基础进行检测。

在本实施例中，基桩设计参数为：桩长：8米；桩径：600毫米；沉管灌注桩。测试数据的获取方法与实施例1相同。所获得的测试数据如下：

刚体振动频率：f₀＝50Hz；各谐振峰之间的频率差：Δf＝352Hz；波峰值：P＝1.85×10^-6m/s·N^-1；波谷值：Q＝0.707×10^-6m/s·N^-1。

获得上述测试数据后，运用本发明中的计算公式进行数据处理：

(1)基桩刚度：

(2)承载力：(按4毫米沉降值控制值计算)

R＝K·S＝123×4＝492kN

检测结果与其它方法的比对：

根据某建筑勘探设计院提供的静载荷实验报告，该桩4mm沉降对应的载荷为500kN，因此本发明的检测结果与该实验报告的检测结果之间的相对误差为δ＝(492-500)÷500＝-1.6％，这表明用本发明的方法所获得的检测结果是完全可靠的。

以上通过三个实施例对本发明的具体实施方式作了说明。本发明的实际应用范围和保护范围不受上述三个实施例限制。除以上三个实施例外，发明人还运用本发明的方法针对多种类型的建筑物、构筑物的基桩承载力进行了检测，以便验证本发明的可靠性，实践证明，所有的检测结果都是可靠的。另需说明的是，发明人在运用本发明的方法检测基桩承载力的过程中，对本发明中的计算公式采取了相应的保密措施。

Claims (7)

1.测量建筑基桩承载力的低应变方法,其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，在被测基桩的桩顶面以等腰三角形布三个敲击点；

步骤二，在被测基桩的桩顶面中心安装加速度传感器；

步骤三，采用机械阻抗法获取测试数据，所述测试数据包括：

f₀，f₀为基桩以刚体形式振动的固有频率，

Δf，Δf为基桩导纳曲线上波峰的频率差值，

P，P为基桩导纳曲线上的波峰值，

Q，Q为基桩导纳曲线上的波谷值，

B，B为基桩的桩型系数；

步骤四，计算处理测试数据，包括：

(1)计算基桩的刚度K，计算公式为：

(2)计算建筑基桩的承载力R，计算公式为：R＝S*K，其中式中S为沉降控制值。

2.根据权利要求1所述的测量建筑基桩承载力的低应变方法,其特征在于,所述机械阻抗法为瞬态机械阻抗法，通过用激振锤垂直敲击被测基桩的桩顶面，应力波由桩顶向桩底传播,在桩底产生反射后又传到桩顶,如果桩身内有缺陷处,应力波首先在缺陷处产生反射,由安装在桩顶面的加速度传感器检测力信号和速度信号，力信号和速度信号经傅立叶频谱分析仪的快速傅立叶变换软件运算后，得到基桩导纳曲线。

3.根据权利要求1所述的测量建筑基桩承载力的低应变方法,其特征在于,在所述步骤三，采用机械阻抗法获取测试数据时，测试并收集三次以上的f₀，Δf，P，Q，B数值。

4.根据权利要求3所述的测量建筑基桩承载力的低应变方法,其特征在于，在所述步骤四，对三次以上获取的f₀(n)，Δf(n)，P(n)，Q(n)，B(n)数值，(1)分别计算基桩的刚度K₁，K₂，K₃……K_n，其中

$K_n=\frac{{\[2\×\mathrm{\π}\×f_0\left(n\right)\]}^2}{2\×\mathrm{\Δ}f\left(n\right)\×\sqrt{P\left(n\right)\×Q\left(n\right)}}\×B\left(n\right)$

(2)计算平均值K，K＝(K₁+K₂+K₃……+K_n)/n

(3)计算建筑基桩的承载力R，计算公式为：R＝S*K，其中式中S为沉降控制值。

5.根据权利要求1或4所述的测量建筑基桩承载力的低应变方法,其特征在于，S取值为4mm。

6.一种测量建筑基桩承载力装置，其特征在于，包括激振单元、接收单元和处理单元，所述激振单元为激振锤，所述接收单元为加速度传感器，所述处理单元为低通滤波器、傅立叶频谱分析仪，加速度传感器与低通滤波器电连接，所述低通滤波器与傅立叶频谱分析仪电连接。

7.根据权利要求6所述的测量建筑基桩承载力装置,其特征在于，在所述激振锤上设有压电式压力传感器。