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新型基桩高应变检测装置的研发与应用
发布时间:2019-02-21 10:42:25      来源:未知
吴玉龙1,2,蔡俊华1,3,顾盛1,舒跃华1,2
(1. 昆山市建设工程质量检测中心,江苏 昆山 215337;2.昆山市房屋安全鉴定站,江苏 昆山3.江苏科技大学,江苏 镇江 21200)
Wu Yulong1,Cai Junhua1,2,Gu Sheng1,Shu Yuehua1
(1.Kunshan Construct Engineering Quality Testing Center,Kunshan,Jiangsu 215337,China;
2. Kunshan Station Building Safety Appraisal,Kunshan Jiangsu,215337,China;
 3.Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang,Jiangsu 212000,China)

摘要:随着近年来建筑高度和复杂度的不断增加,桩基础已成为最主要的基础形式之一,基桩高应变检测方法作为基桩性能检测的基本方法之一越来越得到重视,高应变检测装置也层出不穷,但是现有的这些装置都存在着明显的缺点和不足,导致安全性差、结果准确性差、操作费时费力、检测效率低。本文针对现有检测装置存在的不足,提出一种新型基桩高应变检测装置,分析了其构造原理并给出了具体的操作方法,最后总结了该基桩高应变检测装置的优点。

关键词:基桩;高应变;高度调节;检测装置
Development and Application of New Pile High Strain Detection Device
Abstract: In recent years, with the increase of height and complexity of buildings, the pile foundation has become the main form of the foundation. The high strain dynamic testing of pile method ,which is as one of the basic methods of performance testing of piles, is becoming more and more important. The high strain detection device also emerges in endlessly. However, these existing devices have obvious shortcomings and deficiencies, leading to poor security, poor accuracy , time-consuming laborious and low detection efficiency. Aiming at the shortage of the current detection device, this paper puts forward a kind of new pile high strain detection device and analyzes its structure principle, and gives the specific methods of operation. Finally, the paper summarizes the advantages of the high strain dynamic testing of pile device.
Keywords:pile;high strain;height adjustment;detection device

0 引言
基础工程是建筑工程的重要组成部分,其质量直接影响整个建筑结构的安全,关系到人民生命财产安全。随着高层建筑的不断涌现,桩基础使用日益普遍,而单桩承载力是桩基工程质量主控项目之一。目前,单桩承载力主要的检测方法有静载试验法和高应变法[1]。静载试验测得的基桩承载力直观、可靠,但其存在诸多缺点,如:耗费人力多、成本高、试验时间长[2]。高应变检测法确定单桩竖向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,可以进行大吨位桩基检测等[3],并能同时完成基桩竖向承载力和基桩完整性两个主要参数的测试。因此,高应变法越来越得到广泛运用。
经调研获知,目前现有的基桩高应变检测装置较多,但是在实际使用过程中存在安全性差、费时费力、数据质量差、检测效率低等问题。笔者在调研分析的基础上,根据现有装置的缺点和不足,提出一种新型基桩高应变检测装置,分析了其构造原理并给出了具体的操作方法。

1 高应变检测原理和要求
高应变检测的基本原理是:用重锤冲击桩顶,使桩土间产生足够的相对位移,以充分激发桩侧、桩端土阻力,通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收应力波信号,应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线,从而判定桩的承载力和评价桩身完整性[4][5]
为了使桩土间产生足够的相对位移,需要在桩上作用足够的锤击能量,需用重锤配合一定的落距锤击桩顶来实现。锤击能量的选择实际上就是选择合适的锤重和落距。落距在锤重和桩垫一定的情况下,决定了冲击能力大小。然而,落距过大易造成二次泼干扰、柱顶因应力集中而破损而使试验失败,落距过小,则能量不足,不足以激发土阻力[6][7]。据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014) [8],高应变检测专用锤击设备应具有稳固的导向装置,锤重不小于单桩竖向抗压极限承载力的1%,一般的落距控制在1.0m~2.0m之间,不宜大于2.5m,宜重锤低击,锤重和落距的选取要以使桩的锤击贯入度在2mm~6mm之间为宜。
原先的一些基桩高应变检测采用吊机直接将重锤吊起脱钩,重锤突然释放造成吊臂的强烈反弹,对吊车臂造成严重损害,甚至出现翻车事故。另一些基桩高应变检测装置未设置落锤导向装置,重锤脱钩时将会有不同程度的摇摆,也不易桩锤对中,造成锤击严重偏心而导致检测数据失效。这些装置均不符合新规范《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014的要求。

2 现有高应变检测装置
现有两种基本符合《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014要求的基桩高应变检测装置,见图1和图2,但其仍存在诸多缺点。
第一种装置为吊索型龙门式导向锤架结构,通过钢丝绳及龙门架一侧立柱上设置的若干耳板,在吊机的辅助下调节重锤高度。重锤高度调节完成后,重锤自重通过钢丝绳传递至龙门架。该装置存在显著缺点:1、钢索虽强度高但弹性模量小,在大质量的重锤作用下产生较大拉伸变形,在使用脱钩器脱钩时,钢索突然收缩使吊钩出现反弹,造成吊钩或装置其他部位的撞击损伤,甚至周边人员的危险;2、在调节高度时,需人工测量重锤底部至桩顶的高度,不易操作;3、钢丝绳固定端与耳板之间必须通过人工操作连接固定,速度慢,不便利。
第二种装置为卡槽型龙门式导向锤架结构,两边立柱承受重锤重量并兼作导向装置,重锤通过立柱内侧的卡孔,实现重锤的固定和高度调节。锤重通过脱钩器传递给龙门架两侧立柱。在调节高度时,需人工量测高度调节距离,且脱钩器与龙门架之间的连接安装比较繁琐费劲。
       
图1吊索型龙门式导向锤架检测装置             图2卡槽型龙门式导向锤检测装置架
 
3新型检测装置构成及操作方式
经笔者深入研究相关标准及试验方法,研发小组提出了一种用于基桩高应变检测的新型装置,本装置克服了现有检测装置的缺点,可以进行快速准确的高度调节并完成试验,提高高质量测试信号获得率,大大提高检测效率和数据可靠度。
新型基桩高应变检测装置的主体结构由落锤高度调节装置、检测支架、重锤、脱钩装置和导向装置组成,如图3所示。
 
图3 装置主体结构示意图
落锤高度调节装置是该装置的核心,主要组成包括:横梁支架、钢履带、轨道基座、抵接滑块及钢杆、弹簧、挡板、绳索、定位板和导向轮,见图4所示。横梁支架中部设有避让孔,避让孔内设置有钢履带,钢履带的两个表面均设置有齿牙组,钢履带两侧还设置有抵接滑块,抵接滑块与齿牙组相互配合限定钢履带的位置,钢履带通过齿牙组可以挂设在抵接滑块上,使得重锤和钢履带的重量转移到横梁支架上。
抵接滑块通过卡槽与固定在横梁支架上的轨道基座相连,轨道基座限定了抵接滑块只能沿其轨道导向的方向运动,如图5所示。抵接滑块另一端固定设有一根上面套有弹簧的钢杆,钢杆穿过挡板,由于弹簧弹力,使抵接滑块始终被推向钢履带。钢履带两表面对称均匀设置齿牙组,保证重锤和钢履带的重量能够均匀分担。齿牙间距为100mm,每个齿牙顶面为斜面、底面为平面。钢履带两侧各有一块抵接滑块,其表面下方为斜面,顶面为平面。该设计使得钢履带向上提升时,齿牙斜面与抵接滑块斜面相互抵接挤压,使抵接滑块沿轨道基座向外移动,即可以自动避让钢履带的上升,每一个齿牙都能够使抵接滑块移动一次,由于弹簧作用保证了抵接滑块能够自动复位,保证在钢履带提升到任意高度时,钢履带齿牙底面与抵接滑块顶面相抵接配合形成自锁效果,抵接滑块往返一次实现复位,钢履带提升一个齿牙间距,即100mm,安全可靠,进而实现了对重锤落距的精准调节。
 
图4 落锤高度调节装置示意图
 
图5 抵接滑块与轨道基座示意图
 
如图4所示,与抵接滑块连接的钢杆的另一端设有一根绳索,通过定位板和导向轮延伸至设备外侧。在试验准备阶段,需将钢履带向下调节,通过钢履带底部的脱钩装置与放置在桩顶的重锤连接。由于钢履带齿牙底面与抵接滑块顶面相抵接,呈自锁状态,阻挡了钢履带向下运动,通过拉动绳索,使抵接滑块与钢履带齿牙保持分离,呈解锁状态,钢履带可自由向下运动,调至合适位置进行重锤安装。横梁支架设置位置较高,通过导向轮将绳索引导转向朝下,方便下方人员操作,也可以与收线电机相连,实现操控操作。重锤安装完毕后,由于抵接滑块可自动避让钢履带的上升,从而可方便进行重锤向上高度的调节。
检测支架为采用方钢管制成的钢架结构,分为上节支架和下节支架。上节支架呈平顶棱锥形,下节支架呈立方体形。落锤高度调节装置的横梁支架固定设置在上节支架顶部。下节支架顶部四周的侧面上设置有若干导向片,为在吊车吊装时,上节支架会沿导向片自适应下滑,保证了上节支架与下节支架对正连接及方便组装。检测支架提供重锤足够的下落空间和高度,重锤通过脱钩器与钢履带相连,在检测支架内上下运动。
导向装置主要由两部分组成,包括设置在重锤两侧的导向部和安装在检测支架中部辅助立柱上的导向杆。导向杆上设置有若干U型连接板,U型连接板上设置有若干水平调节孔,通过螺栓可将U型连接板与辅助立柱连接,并且通过选取不同位置的水平调节孔可以实现导向杆水平间距的调节,以实现对不同型号重锤的导向。重锤的导向部需可靠地套设在导向杆上,使得重锤只能沿导向杆设置方向移动,保证重锤下落时的水平位置恒定不变,不受外界因素影响,提高数据准确度。
 
4 结论
桩基础作为现在基础工程中的主要形式之一,应用越来越普遍。桩基础中的基桩质量影响着建筑的安全使用及人民的生命财产安全,因而基桩的性能检测尤其重要。高应变法作为基桩性能检测的基本方法之一,在工程中得到广泛的应用,为克服现有检测装置的缺点,笔者在调研分析的基础上进一步研制了新型基桩高应变检测装置。本装置适用于不同型号基桩的检测,检测操作方便快捷,数据准确可靠、检测效率高,有着广阔的应用前景。
 
图6 新型桩基高应变检测装置
经过精心设计,研发小组试制了一台新型桩基高应变检测装置,如图6所示,目前也已申请国家专利,并将其应用于桩基高应变检测项目中。经过一年来的试用,基桩高应变检测效率显著提高,并总结出该新型检测装置具有以下优点:
1、落锤高度快速调节装置的设计能够保证重锤向上调节时自由顺畅、调节完成后重锤高度的快速固定,不会造成高度固定不及时带来的高度损失或突然下掉造成危险;
2、钢履带齿牙间距为固定值100mm,行进一齿为100mm,在现场检测时,仅需计量齿牙个数来计算调节高度,无需人工测量,方便准确;
3、重锤重力由钢履带承受,钢履带轴向刚度大,拉伸变形小,脱钩时,不会如产生类似钢索的剧烈反弹及甩钩情况,操作更加安全;
4、设有可调节式落锤导向装置,使得重锤平稳下落;
5、可调节式落锤导向装置可调节两导向杆的水平间距,满足不同质量重锤的有效导向;
6、整个试验仅需2~3人操作即可,脱钩装置可实现远程脱钩,保证人员及设备安全。

参考文献
[1]梁胜增.高应变桩基承载力检测法的分析与应用研究[D].四川:西华大学,2009. 
[2]庞振业,史永东. 浅述桩基高应变动力检测技术[J].甘肃冶金,2007,29(4):106-108
[3]秦凡.高应变动力测试技术在桩基质量检测中的应用[J].中国水运(下半月),2012,09:265-266.
[4]陈瑶,徐舜华. 高应变动力测试技术在桩基检测中的应用[J].路基工程,2007,131 :50-51
[5]尚耀宪.分析高应变动力测试技术在桩基检测中的应用[J].科技与企业,2015,12:136
[6] 姜传胜,于凯,张琳.提高桩基高应变动力检测精度得几个问题探讨[J].勘察科学技术,2000,4:17-21
[7]蒲玉成.高应变动力检测技术在水下桩基工程中的应用研究[J].中国造船,2014,55(3):140-145
[8]中国建筑科学研究院.JGJ 106-2014建筑基桩检测技术规范[S]. 中国建筑工业出版社,2014
 
 
作者信息:
单位:昆山市建设工程质量检测中心
姓名:吴玉龙
职务:检测员
技术职称:工程师
联系方式:15506271423、57779167
电子信箱:454775276@qq.com