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工学论文：静载荷试验法和高应变法检测基桩承载力的动静比较
来源：长理培训发布时间：2017-07-02 16:08:35
静载荷试验法和高应变法是目前基桩承载力检测最常用的方法。静载荷试验法是在当今技术水平下基桩竖向抗压承载力最准确的方法，但由于其成本高、检测周期长、对场地要求高，使其在某些领域、某些工程上的使用受到一定限制。高应变法具有检测周期快、成本小的特点，但受场地条件、基桩类型、激振方式、锤击能量、桩的尺寸效应、测试人员的经验和技术能力的影响，该方法精确性比静载试验的结果差。鉴于两者的优缺点，扬长避短，有条件开展动静对比试验研究，用静载法验证高应变拟合分析所选择的桩土模型、参数的合理性，把其扩展应用到同条件下的其它基桩的承载力检测中是可行的。动静对比就是为了证明能否采用高应变进行检测而进行的可行性研究，之所以要进行可研，主要是因为高应变检测中波形的不确定性和复杂性，给准确判断基桩承载力有时会造成很大的困难，尤其针对灌注桩。规范[1-2]明确指出对灌注桩进行高应变检测时，应具有本地区相近条件下可靠的动静对比验证资料。吴轶东[3]、田凯[4]、杜聿麟[5]分别进行了动静对比试验研究，并对两者的误差进行了分析。目前国内开展的动静对比试验研究主要针对的还是承载力稍小的桩，对于承载力超过1000t的大吨位桩涉及不多，本文将针对设计极限承载力超过1300t的基桩展开动静对比研究。
1、动静对比适用工况及成立条件
不是所有的桩都适合进行高应变检测。目前基桩承载力检测还是以静载法为主，对设计试桩、基础设计等级比较高、成桩质量可靠性低、采用新桩型的工程应采用静载法检测基桩承载力。除此之外对于设计等级比较低、成桩可靠性高、现场不具备静载条件且附近相近地质条件下有动静对比试验资料，尝试用高应变法进行承载力验收检测未免不是可行之举。高应变检测的理论基础是一维线弹性杆件模型，设计桩身截面宜基本规则[6]。文献[1]、[2]指出对于预估的荷载沉降曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩和大直径扩底桩，不宜采用高应变法进行承载力检测。
动静对比桩的桩身结构必须完整，桩底不能存在间隙。对于焊缝脱开上节桩上浮的预制桩不能进行动静对比，因为桩上浮量如果很小高应变检测中可能显示桩身严重缺陷而静载却可能得到竖向承载力满足设计要求的结论。
图1表示的是某工程0215#预制实心方桩实测高应变检测曲线，通过曲线可以得出该桩在14m处存在严重缺陷，完整性类别为Ⅳ类。图2表示的是该桩静载检测的 Q-s 曲线，检测结果表明最大沉降量仅为 30.56 mm，竖向承载力满足设计要求。结合图1、图2和打桩记录可知，该桩在桩头下14m处存在焊缝脱开，脱开7.0mm左右，对于这种情况进行动静对比没有意义。
图 1 0215# 基桩实测高应变力－速度曲线
2、工程概况
徐州轨道交通1#线某标段包含两个车站，两车站相距不足500m，工程地质条件极其相似，两车站内均设计了立柱桩，均需要对立柱桩进行竖向抗压承载力检测。位于西侧车站场地稍大，场区内交叉施工小，满足静载检测条件，而位于东侧的车站场地狭小，宽度不足15m，不具备静载检测的条件。鉴于此建设部门委托检测单位在西侧工区内进行两根动静对比试验，尝试把动静对比试验确定的桩土参数应用于地质条件极其相似的东侧工地，以便使高应变检测结果更科学、准确。
两车站设计桩型均为钻孔灌注桩，桩径 1.2 m，一桩一勘。为了便于分析，本文仅选取其中一根桩z17#进行对比分析。该桩位置处土的物理力学指标如表1所示，设计桩长32.0m，嵌入中风化灰岩1.2m，单桩设计竖向承载力为13450kN。
表 1 土的物理力学指标
成桩满足休止期后，对 z17# 桩进行了高应变检测，采用具有稳固导向架的自由落锤装置，锤体重量 145 kN，锤上测力，落距超过 1 m，30 mm 胶合板桩垫，多次锤击获取有效信号 3 条，选取其中一条实测力F和速度V如图3所示。通过图 3～图 5 可知该桩完整性类别为Ⅰ类桩，桩底出现比较明显的反向反射，说明桩端嵌固效果良好。对于嵌固效果良好的端承桩，承载力往往会很高，此时桩锤匹配能力会下降，受设备能力影响一般很难测到大吨位端承桩的极限承载力。为了安全起见，本次检测不进行承载力外推，所取桩土参数的前提是保证土阻力完全发挥，最终得出承载力检测值为13542kN，计算桩顶沉降为10.47mm，桩尖沉降2.23mm。
动测完成3d后，对z17#桩进行了静载检测，采用慢速维持荷载法。由于检测桩位占用半幅城市主干道路面，为了保证安全，减少路面行车和周边居民的心理恐慌，采用头顶肩扛[7]
的堆载方式，底座配重通过拉杆和预先埋设的地梁、主梁连成一体，共同为受压桩提供反力；配重在跺中间部分分层双向悬挑，悬挑距离为1.5 m，在跺顶部收缩压芯，以降低码垛高度，全堆载总重 16 200 kN。实测 Q-s 曲线和 s～lgt 曲线如图 6、图7所示。
图 7 中检测桩加载至 13 450 kN 水平时，s～lgt 仍然平滑，没有出现向下弯曲，桩仍没有产生破坏趋势，遂多加一级，在 14 798 kN 荷载水平上 s～lgt 曲线尾部虽然有向下弯曲趋势，但不明显，桩仍没达到破坏。限于压重平台提供的反力余量有限，终止加载，最终桩的总沉降量为12.52mm，单桩极限承载力取最大加载量14798kN。
图8表示的是z17#动静对比曲线。通过图8可知高应变拟合Q～s曲线和静载Q～s曲线的形态类似。在相同的荷载水平下，尤其是第7、第8、第9级荷载水平下静载检测的桩沉降几乎和高应变拟合沉降一致，说明拟合分析采用的桩土模型、参数是合理的。由于设备锤重有限，土阻力未充分激发，为了降低工程安全风险，没有对桩的极限承载力进行外推，高应变得到的基桩极限承载力比静载低1253kN，结果稍偏安全。
3、结论
1）由于灌注桩自身特点，截面尺寸和材质的非均匀性、施工的相对隐蔽性及由此引起的承载力变异性普遍高于预制桩，检测采集的波形质量低于预制桩对于大吨位桩的灌注桩动静对比试验风险较高，波形分析中的不确定性和复杂性更高更是增加了检测难度，限制了高应变在该领域尤其是大吨位灌注桩的应用。
2）对于设计试桩、基础设计等级比较高、成桩质量可靠性低、采用新桩型的工程应采用静载法检测承载力，实在不具备静载检测条件，但又必须要得到承载力的工程，如果基桩满足高应变检测条件，通过动静对比后且对比效果良好，对工程桩进行高应变检测未免不是一种可行方法。
3）目前国内有些地区进行高应变动静对比存在误区，将侧重点放在误差分析上，力求将两者误差控制在 5 % 以内甚至更小。过分强调两者误差是没有意义的，作为目前公认最准确的静载试验也有5%左右的误差，高应变尤其是针对大吨位灌注桩高应变检测的不可控因素更大，因而误差会更大。只要在检测时按照规范、规程采集曲线，拟合分析时将实测曲线和地勘资料、施工方法相结合，选取合适的桩土模型，将所选的桩土参数控制在合理范围内就足够了。
4）对于高应变检测中存在疑问的桩应采取其它方法进行验证。桩基检测特别强调验证检测，任何一种基桩检测方法，即使是几种方法的组合，都不能在基桩检测中包打天下，只能是各种方法取长补短，共同发展。
5）总体来说本次动静对比是比较成功的，能为后续相近工况下的其它工程提供借鉴意义。
参考文献
[2]江苏省住房和城乡建设厅.DGJ32/TJ 142－2012 建筑地基基础检测规程[S].南京：江苏科学技术出版社，2012.
[4]田凯，杨立军.高应变动测和静载荷试验对比检测单桩承载力[J].水利与建筑工程学报，2007，5（2）：78－80.
[6]陈凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
责编：古斯琪
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