桩基静载仪标准修编技术探讨

窦春晖，柳义成，赵 晖

(交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456)

桩基静载荷试验是测定静载荷作用下，桩基承载力的试验，包括轴向抗压和水平静载荷试验[1]。交通部为确保水运工程质量，规范桩基静载仪在水运工程领域的生产和使用，于2004年颁布了行业标准《水运工程 桩基静载仪》(JT/T574-2004)，并依据该标准制定了部门检定规程《水运工程 桩基静载仪》[JJG(交通)028-2004]。桩基静载仪的交通行业标准已经执行了十余年，随着电子技术与桩检测技术的发展，目前的行业标准已经不适应当前的形势，亟待修编。交通运输部于2016年发布了桩基静载仪标准修订计划，本文针对桩基静载仪标准修订中的技术进行探讨。

1 标准修编的原则

桩基静载仪交通行业标准在修订时，依据此类产品的国内生产水平，内容上以国内先进技术为依据，形式上按《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规划》(GB/T 1.1-2009)的要求修编。

在对桩基静载仪行业标准修订的过程中，按以下的原则执行：

(1) 协调性原则。与现行的法律法规协调一致。

(2) 适用性原则。仪器设备标准中技术指标，需要符合当前的技术水平，技术指标的确定需要符合当前厂家所能达到的技术水平。

(3) 科学性原则。桩基静载仪标准中技术指标应该符合国家强制标准的需求，符合行业强制性施工标准和设计标准中对桩基静载仪的需求。

(4) 溯源性原则。静载仪作为试验检测设备，属于计量器具，因此该仪器检测方法，需要参考相应计量器具的检定规程，确保量值溯源链的完整以及数据的准确可靠。

2 标准修编内容分析

桩基静载仪行业标准的修编主要分为两个部分：标准型式的修编和标准技术内容的修编。标准型式修编主要包括对标准的结构、章节顺序的调整以及编辑性的修改；技术内容的修编，主要对桩基静载仪的技术要求、检验方法和检验规则部分进行修编，并根据技术内容的改变，更新规范性的引用文件。

2.1 标准型式的修编

在标准的型式上，与交通运输部对行业标准的通用要求一致。在标准结构上以及通用描述上对标准进行修编，增加“术语与定义”的内容，使标准对桩基静载仪的定义更加清晰；将原标准中测量范围、分辨力等技术参数调整至第4章作为“规格与技术参数”的内容；调整第5章“技术要求”和第6章“试验方法”的结构与顺序，使该部分内容在结构编排上前后一一对应。

2.2 标准技术修编

技术内容的修编，主要对桩基静载仪的结构、技术要求、检验方法和检验规则部分进行修编，并根据技术内容的改变，更新规范性的引用文件。行业标准JT/T574-2004在技术要求和测试方法方面存在的问题如下：(1)标准中规定的桩基静载仪结构，不包含位移和荷载传感器，与桩基静载测试系统混淆；(2)随着技术的进步，位移、荷载感器的测量范围与原标准相比有所扩大，准确度也有所提升；(3)原标准中对压力传感器的技术参数进行了规定，但缺少压力传感器检测方法。

在制定标准修订方案时，希望通过将桩基静载仪荷载和位移通道联合测试，模拟桩基静载仪实际开展桩检测工作状态时对荷载和位移通道进行测试的方式，保证桩基静载仪测试方法的科学性与准确性。通过试验，发现此方法面临着如下两个问题：(1)依照千斤顶检定规程中所规定的千斤顶和反力架共同作用的方式开展测试试验，此时荷载和位移并无直接关系；(2)无法有效地将位移量计量标准安装于反力架或千斤顶上，桩基静载仪位移传感器的准确度难以检测。因此，在本次桩基静载仪行业标准技术内容修编的过程中，采用位移和荷载通道单独测试的方案。

3 标准技术修编

3.1 标准名称和范围

水运工程领域，生产厂家和相关标准中对桩基静载荷试验所使用的仪器的命名以及包含部件并不相同。国内比较知名的桩基静载仪包括：徐州建筑工程研究所生产的JCQ-503系列静力载荷测试仪，武汉岩海公司生产的RS系列桩基静载荷测试分析仪和中岩科技公司生产的RSM系列静载荷测试仪[2]。《公路水运工程试验检测机构等级标准》中规定设备名称为“静载试验仪”，包括主机以及配套传感器等部件。设备名称以及包含部件不统一给设备的使用和管理带来了困难，在标准修编的过程中，应首先确定标准的名称和范围。

行业标准JT/T574-2004命名为“水运工程 桩基静载仪”，本次标准修编交通运输部批准的计划中仍采用此名称。桩基静载仪可理解为在桩基静载荷试验中所使用试验仪器的简称，因此修编时标准名称不变。

JT/T574-2004中有对“桩基静载仪”和“桩基静载测试系统”的描述，规定桩基静载仪由工业控制计算机、显示器、输入装置和电源适配器组成[3]，并未包含位移和荷载传感器。而标准中对桩基静载仪技术参数的规定为位移、荷载传感器组成的检测通道的技术参数，使得标准在技术内容上不合理。为了进一步明确桩基静载仪的结构组成，合理限定标准的技术内容，在标准第4章“结构”部分删除“桩基静载测试系统”的描述，重新定义桩基静载仪的结构和检测通道组成：“桩基静载仪由主机、中继器、传输电缆、测量传感器组成。主机应同时具备位移通道和荷载通道两种接口。测量传感器可分为位移传感器和荷载传感器(包括压力传感器和力传感器)两种类型，经传输电缆接入中继器，经信号总电缆接入主机，形成位移检测通道和荷载检测通道。”修改后的标准明确了检测通道的分类与组成，确定了检测通道作为出厂、型式检验的主要对象。

3.2 规格及主要参数

桩基静载仪仪器规格及主要参数包括位移、荷载通道的测量范围、分辨力及其主要参数。桩基静载仪规格及技术参数的修订，主要参考2个技术规范：《港口工程基桩静载荷试验规程》(JTJ255-2002 )和《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)。技术要求的修编还应当结合当前传感器实际可以达到的技术能力。

3.2.1 位移通道测量范围及分辨力

JT/T574-2004中对位移检测通道测量范围的规定为0～50 mm，随着技术的进步，部分厂家生产的桩基静载仪配备了更大量程的位移传感器。同时，建工行业标准和水运检测标准对桩基静载仪位移通道都有相关要求： JGJ 106-2014对位移通道规定为测量误差不得大于0.1%F·S，分度值/分辨力应优于或等于0.01 mm；JTJ 255-2002规定沉降仪表量程应为30～100 mm。建设标准中规定测量范围的上限为100 mm，此量程也是当前工程检测中实际使用的位移测量最大测量能力。标准修编过程中，增加0～100 mm的测量范围。位移的分辨力0.01 mm不变，符合建设标准的要求。

3.2.2 荷载通道测量范围及分辨力

桩基静载仪荷载通道使用的传感器有两种：力传感器和压力传感器。荷载测量可用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定，当通过并联与千斤顶油路的压力表或压力传感器其测定油压并换算荷载时，应根据千斤顶率定曲线进行荷载换算[4]。

JT/T574-2004中压力通道的测量范围规定为0～60 MPa，主要因为该量程的油压介质压力表为最常见的压力表，使用自动压力校验仪校准成本较低，适合大范围生产和使用。当前，部分仪器生产厂家已经配置了量程为80 MPa、100 MPa及以上的压力表，随着工程检测的需要仍会配置更大量程的压力表，现有标准无法覆盖压力表的测量范围。由于配置压力表的上限无法获得，修编标准中压力表的测量范围只提供最小值，修改为：不小于60 MPa。对于数字压力表，通常可以提供0.01 MPa的分辨力，与量程无关。

JT/T574-2004中压力通道的测量范围规定为0～500 kN。在工程检测领域，压力传感器与压力表相比，可测量的荷载小、成本高、准确度低，仅徐州建筑工程研究所等少数厂家提供力传感器。徐州建筑工程研究所生产的力传感器处标准中提供的规格外，还生产0～1 000 kN，0～2 000 kN，0～3 000 kN，0～5 000 kN量程的力传感器。标准修编时力检测通道应增加以上量程。对于数字力传感器，通常可以提供0.1 kN的分辨力。

3.2.3 规格及主要参数修编结果

标准中桩基静载仪规格及主要参数修编参考标准规定与调研结果，修编结果如表1所示。

表1 桩基静载仪规格及主要参数Tab.1 Specification and main parameters of pile static load measuring instrument

3.3 性能参数

桩基静载仪的性能参数为影响桩基静载仪作为计量器具性能的重要参数，并且此参数可直接检测并出示结果。标准中对桩基静载仪性能参数的要求，为示值误差和回程误差。修编应参照建设标准以及位移、压力、力传感器计量检定规程的要求。

3.3.1 位移通道性能参数

桩基静载仪的位移通道配置的位移测量传感器通常分为容栅式和电感式两种。容栅式优点是受温度影响小，漂移小，重复性稳定性好，缺点是防潮性差。电感式优缺点与容栅式正相反。标准在修订的过程中，应当考虑两类传感器的技术指标。位移传感器厂家大多以《大量程百分表》(JJG379-2009)中的要求，作为生产标准。规程中，对量程为50 mm

3.3.2 荷载通道性能参数

建工建设标准规定力传感器、压力传感器或压力表的准确度等级应优于或等于0.5级。水运建设标准规定千斤顶加载量的测量宜采用压力表，也可采用压力传感器，压力表应选用0.35～0.5级的精密压力表，压力表的额定量程应满足千斤顶额定加载能力的需要。原标准中示值误差不大于1.0% F·S的规定不符合建设标准的要求，在修编的过程中，将其修改为示值误差不大于0.5% F·S。《建筑地基检查技术规范》(JGJ340-2015)中规定力传感器的测量误差不应大于1%[6]，《建筑基桩检测规范》(JGJ106-2014)中规定力传感器的准确度等级应优于或等于0.5级，标准中选择±0.5%作为力传感器的示值误差。在力传感器的相关标准和检定规程中，未对力传感器的回程误差进行规定，压力传感器回程误差的要求为不大于最大允许误差的绝对值。标准中对回程误差的技术要求也应当进行相应的修改，并删除了对力通道回程误差的要求。

3.3.3 性能参数修编结果

性能参数修编结果见表2。与原标准相比，将荷载通道的两种类型进行了区分，增加了压力通道示值误差的要求，删除了力通道回程误差的要求，更具有科学性。

表2 性能参数Tab.2 Performance parameter

注：示值误差按其量程百分比计算。

3.4 试验方法

标准中试验方法应当包括试验设备和测试方法。桩基静载仪标准中试验设备需要依据荷载通道和位移通道的技术要求更改。在原有标准中增加压力表的检定设备(0.05级活塞式压力计)，补充位移通道试验设备。位移通道的检定设备，可选用四等量块或最大允许误差为±30 μm的大量程百分表检定仪[7]。

JT/T574-2004只提供了力传感器的测试方法，并未提供压力传感器的测试方法。现在大部分基桩静载仪配置的力传感器为压力传感器，因此在静载试验中应用的压力传感器较多。因此在本次标准修编的过程中，增加了对压力传感器的测试方法，测试方法主要参考《弹性元件式一版压力表、压力真空表和真空表》(JJG52-2013)。根据国家计量检定规程《力传感器》(JJG391-2009)修改了力传感器的试验方法。位移通道的测试方法来自于《大量程百分表》(JJG379-2009)。

4 结语

JT/T574作为规范水运工程领域桩基静载仪生产和使用的行业标准，其修订是十分必要和迫切的。本次标准修编，更正了标准中不符合水运建设标准的要求，使试验设备和试验方法更符合国家量值溯源的要求，为计量检定规程的修编提供了良好的技术基础。

[1] JTJ255-2002,桩基静载荷试验规程[S].

[2] 邓小荣.基于CAN总线的静载荷试验分析仪的设计[D].武汉：武汉理工大学，2013.

[3] JT/T574-2004,水运工程桩基静载仪[S].

[4] JGJ106-2014,建筑基桩检测规范[S].

[5] JJG379-2009,大量程百分表[S].

[6] JGJ340-2015,建筑地基检查技术规范[S].

[7] 蔡泽兵.桩基静载荷测试分析仪校准方法的初探[J].计量与测试技术，2011，38(4):13-14.

CAI Z B.The Discussion of Calibration Technique of Pile Static Load Test Analyzer[J]. Metrology & Measurement Technique, 2011,38(4):13-14.