单桩竖向抗压极限承载力静动对比试验分析

宋 杰 　 肖 杰 　 王玉宽

(中兵勘察设计研究院，北京　100053)



单桩竖向抗压极限承载力静动对比试验分析

宋 杰 肖 杰 王玉宽

(中兵勘察设计研究院，北京100053)

分别介绍了静载试桩和高应变动力测试桩的方法原理，利用静载荷试验与高应变动力测试技术，检测了某工程混凝土灌注桩的极限承载力，并对检测结果进行了对比分析与误差分析，为工程桩的设计施工提供了依据。

桩基础，承载力，静荷载试验，高应变动力测试

0　引言

桩基础是一种历史悠久、应用广泛的深基础形式[1]。高层建筑、港口码头、桥梁隧道以及道路等工程中，桩基础被广泛采用。桩基础属于隐蔽型工程，为确保工程安全可靠，桩基础的质量检验至关重要[2]。基桩的承载力和桩身完整性检测是基桩质量检测中两项重要的内容[3]。

单桩静载荷试验是检验试验桩极限承载力和工程桩承载力最可靠、最直观的手段，在工程中已得到普遍应用，其作为一种标准方法，可给设计方提供完整可靠的承载力参数。但传统的静荷载试验耗时长、成本高、工期长且缺乏代表性，不便于大范围使用。新发展的高应变测试技术因其经济、快捷的特点被大量使用，但该法受基桩类型、水文地质条件、施工技术及检测人员经验等因素影响较大，且技术难度较大，故其准确性低于静载试桩法，但在静动对比试桩资料的基础上，可以作为检验单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求的辅助方法。但必须将相同其他条件下的大量静动对比试验作为参照，以检验高应变测桩的模型参数合理性及测试精度。

1　单桩静荷载试验测试技术

1.1试验原理

利用堆载重力将竖向荷载均匀传至基桩上，使桩及桩周土产生应变，通过实测不同荷载作用下的桩顶沉降量，得到Q—s,s—lgt等辅助曲线，综合分析桩基承载力参数。压重平台反力装置见图1。

1.2单桩竖向抗压极限承载力的确定

1)根据荷载—沉降曲线：Q—s曲线发生明显陡降的起始点对应的荷载值[4]；2)根据沉降随时间的变化：取s—lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值[4]；3)根据桩顶总沉降量确定：对缓变型Q—s曲线取s=40 mm对应荷载[4]。

2　高应变动力测试技术

2.1试验原理

高应变动力试桩法目的是检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性。设单桩为一均匀弹性体，当桩顶受到锤击力时，产生的弹性应变以纵波形式沿桩轴向向下传播，直至桩底，并克服土阻力使桩体贯入土中，应力波沿桩身传递规律遵循一维波动方程[5]。从应力波理论可知，对于均匀桩，力和速度是成比例的。若桩身质量有问题，某一截面的阻抗会发生变化，就会改变这种比例关系。

根据桩身完整性系数β判定标准如表1所示。

表1　高应变动测判断标准表

高应变检测装置见图2。

2.2实测曲线拟合法

将力与速度实测信号中的某一个作为边界条件，假定每个单元的桩—土模型参数，根据行波理论计算出桩顶另一变量的曲线并将该计算曲线与测试曲线比较，调整参数直至计算变量与测试信号达到较好拟合状态，最终得到桩身摩阻力、端阻力、桩身分段土阻力沿桩身分布情况，并据此模拟静载荷试验Q—s曲线。

3　工程实例分析

该项目位于北京市房山区，部分区域基础采用混凝土灌注桩基础，在灌注桩试桩试验阶段，采用静载荷试验法和高应变法进行检测。试桩共4组13根混凝土灌注试验桩。混凝土灌注试验桩施工参数及试验荷载一览表见表2。

表2　混凝土灌注试验桩施工参数及试验荷载一览表

3.1静载荷试验成果及分析

根据载荷试验曲线的特征，综合分析如下：

对于TP2及TP3组，试桩加至最大试验荷载时，Q—s曲线急剧下降，s—lgt曲线明显向下弯曲，试桩达到破坏，据规范要求，取前一级荷载值为其单桩竖向抗压极限承载力。该两组极差均不超过平均值的30%，取其算数平均值为单桩竖向抗压极限承载力[4,6]。对于TP1及TP4组，试桩加至最大试验荷载时，均达到破坏状态，最终沉降量均大于40.00 mm，Q—s曲线呈缓变形曲线，s—lgt曲线开口逐渐变大，据规范要求，可取s=40.00 mm对应的荷载值为其单桩竖向抗压极限承载力。其中TP4组极差不超过其平均值的30%，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力[4,6]；TP1组极差超过了平均值的30%，取其最小值为单桩竖向抗压极限承载力。试验结果详见表3。

表3　载荷试验结果表

3.2高应变动测试验成果及分析

试桩使用质量3.5 t重锤冲击桩头，使桩在土中产生足够的相对运动。利用高应变测试仪采集应变和加速度信号，据此换算出桩身(传感器安装位置)的受力和速度相应信号。对试验桩实测信号曲线进行综合分析，根据表1桩身完整性判定标准，高应变动力检测的4根桩，桩身完整，BTA=100(β=1.0)可判为Ⅰ类桩，检测结果见高应变检测成果表及单桩竖向抗压极限承载力见表4。

表4　高应变法检测结果表

4　静动对比试验结果分析与建议

根据单桩竖向抗压静载荷试验及高应变动力检测成果得静动

对比试验成果如表5所示。从静动对比试验结果可知，尽管该类桩静动试验结果有良好的一致性，但总体来说，静载试验结果与动测试验结果之间存在一定的误差。大多数桩的高应变动测结果较静载荷试验结果高1.43%～14.07%，误差较小，说明该类桩的高应变试验结果是可靠的。产生差异的原因可能有以下几个方面：

1)考虑到高应变动测和静载荷试验在理论、现场试验、室内曲线拟合、分析计算方法上的明显不同，这种误差在所难免；

2)高应变试验时动力比较大，使得桩身会产生较大的位移量，动阻力也随之增大，而后期曲线拟合中难以完全消除动阻力的影响，导致高应变法测桩的承载力总体上高于静载试桩承载力；

3)检测人员的经验对桩—土参数的合理设定及分布至关重要。土的力学参数及其沿桩身分布均为假定状态，受现场试验人员的经验和环境条件制约较大，且后期曲线拟合存在多解性，不同技术人员进行波形拟合情况也不相同。需要通过大量工程实践积累静动对比试验，以不断完善高应变测试参数及测试精确度。

表5　静动对比试验成果表

建议利用试验结果设计工程桩时要充分考虑地层变化及桩端持力层深度变化对基桩承载力的影响，施工过程中应严格控制进入持力层的深度及终孔指标等参数，以确保工程桩的施工质量和承载能力。

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社,1989:319-320.

[2]陈剑.人工挖孔灌注桩应变动力检测[J].建筑技术开发,2003，30(3):40-41.

[3]陈凡,徐天平.基桩质量检测技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003:2-3，192-217.

[4]JGJ 106—2014,建筑基桩检测技术规范[S].

[5]杨文领,傅敏.单桩承载力的高应变动测和静载荷试验对比分析[J].浙江建筑，2011,9(28)：25-27.

[6]GB 50007—2011,建筑地基基础设计规范[S].

[7]黎双邵.曹妃甸灌注桩单桩承载力的静动对比试验研究[D].天津:天津大学,2008:1-5.

Comparative analysis based on static and dynamic tests of ultimate bearing capacity of single pile

Song JieXiao JieWang Yukuan

(ChinaAcademySurveyingandDesignInstitute,Beijing100053,China)

This paper respectively introduced the method and principle of static load test pile and high strain dynamic pile testing, using the static load test and high strain dynamic test technology, detected the ultimate bearing capacity of a bored concrete pile, and carried contrastive analysis and error analysis on detection results, provided basis for the design and construction of engineering pile.

pile foundation, bearing capacity, static load test, high strain dynamic test

1009-6825(2016)23-0084-02

2016-06-07

宋杰(1987- )，女，助理工程师；肖杰(1986- )，男，工程师；王玉宽(1968- )，男，工程师

TU473.11

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