CASE法动静对比分析在公路施工中的应用

潘安

（福建盛杭工程质量检测有限公司，福建 福州 350009）

0 引言

静载试验一直是基桩承载力检测中最有效、最普遍的检测方法，相对于公路工程而言，该试验方法存在成本与设备的显性缺陷。某些场地过于软弱无法满足试验条件要求，故部分建设单位欲采用高应变动测法检测承载力，以此来减少静载试验数量，加快施工工期。但是我国基桩高应变检测技术尚未成熟，由于高应变检测具有区域性，对于一些尚未经过动静对比的地区，高应变检测结果往往偏离实际。高应变检测不像静载试验那样直观清晰，虽然高应变检测已有成熟的规范存在，但是现场检测操作规范性要求仍然比较高，稍有不慎将会导致实测数据失真。为了降低成本而盲目地选用高应变检测，可能带来无法挽救的工程事故。结合项目实例，对CASE 法中Jc值进行分析，并提出合理化区间。

1 动静对比研究方案

由于福州位于东南沿海闽江入海口，大部分地区地基为海相沉积软土，淤泥埋藏很浅，其上只有1～2m 厚的可塑性黏土表土层。第一层淤泥层可达5～25m，几乎遍布福州市区，个别地区淤泥层可达50m。因而，预应力管桩的持力层基本设置在30～40m 以下的砂土状强风化花岗岩上。该公路路基项目中基桩的桩侧均存在大于25m 的淤泥软弱层，深厚软弱层专指沿海地区软土地质条件。

其一，同一根基桩先做高应变检测再做静载试验。

其二，静载试验是破坏性试桩。

其三，桩侧均存在大于25m 的淤泥软弱层，深厚软弱层专指沿海地区软土地质条件。

其四，Jc值的确定通过动静对比试验得到：

式（1）中：Rs为拟合单桩极限承载力；R 为静载试验测得的单桩极限承载力；F(t1)为检测过程实测的值。

其五，CASE 法单桩极限承载力：

式（2）中：Rsp为单桩极限承载力，kN；

t1为力峰值，t2为桩底反射位置；

Pmt1、Pmt2为与t1、t2时刻对应的力值，kN；

Vmt1、Vmt2为与t1、t2时刻对应的速度值，m/s；

Jc为CASE 阻尼系数；

Z 为桩身阻抗,kN·s/m。

其六，CASE 法阻尼系数Jc值的计算：

式（3）中：Rs为单桩极限承载力；R 与F(t1)为检测过程实测的值。由此可以反推Jc值。

2 CASE 法动静对比分析在公路施工中的应用

2.1 工程概况

该工程位于长乐市文武砂镇四站村附近，路基采用预制桩，桩型为PHC-500-125AB，总桩数786 根，桩长15.0～20.0m，持力层为砂土状强风化花岗岩。

根据工程勘察报告，该场地岩土层构成及特征自上而下分述如下：填中砂，厚度为1.10～2.50m。杂填土，厚度为0.80～3.30m。中砂，厚度为6.10～13.90m。（泥质）粉砂，厚度为1.20～19.20m。淤泥质土，厚度为1.90～3.50m。中砂，厚度为3.00～21.90m。（泥质）粉砂，厚度为2.70～9.30m。淤泥质土，厚度为4.00～13.10m。粉质黏土，厚度为1.20～6.60m。圆砾，厚度为1.20～6.60m。（含泥）中砂，厚度为 1.10～5.30m。粉质黏土，厚度为 0.70～13.20m。（含泥）中砂，厚度为1.10～8.70m。全风化花岗岩，厚度为1.50～8.60m。砂土状强风化花岗岩，厚度为3.10～19.50m。

2.2 静载试验

预应力管桩30#、39#、45#、46#、68#、71#桩的设计极限承载力为2500kN，加载分为9 级，每级为250kN，第一级为500kN，依次等量加载。加载至2500kN 时，继续加载，第10 级2750kN，第11 级3000kN，终止加载条件严格按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）执行。

静载试验结果：30#、39#、45#、46#、68#、71#桩的静载试验承载力分别为2750kN、3000kN、2750kN、3000kN、2750kN、2750kN。

其中30#、39#、45#桩静载试验曲线如图1-图3所示。

图1 30#桩的Q-s曲线

图2 39#桩的Q-s曲线

图3 45#桩的Q-s曲线

2.3 高应变检测

高应变检测采用4t 重锤，预制桩安装保护桩帽，重锤落距设置为1.0m，并设置水准仪测量桩顶沉降量，检测过程严格按照规范要求。

其中71#桩高应变检测曲线如图4所示。

图4 71#桩拟合曲线图

其中71#桩的RCAPWAP 拟合结果见表1。

表1 RCAPWAP 拟合结果表

检测桩号为30#、39#、45#、46#、68#、71#桩的实测曲线上F(t1)值分别为：2495kN、2765kN、2622kN、2902kN、2631kN、2689kN；将实测曲线输入RCAPWAP 拟合软件，按照地勘资料，利用实测速度曲线拟合力曲线得出拟合承载力结果：检测桩号为30#、39#、45#、46#、68#、71#桩的拟合承载力分别为2623kN、2879kN、2970kN、2808kN、2744kN、2634kN。

2.4 动静对比分析

实测桩顶位移为3.1～4.8mm，说明高应变检测能够有效发挥试桩的承载力，曲线拟合质量系数在合理范围内（0.49%～3.69%），说明桩周土参数选取合理，曲线拟合法所得承载力能有效反映桩身实际承载力。结合式（3），计算出该项目持力层为砂土时，CASE 法阻尼系数Jc的取值范围宜为0.02～0.10。

高应变检测的现场检测数据通过室内曲线拟合法分析后，得出单桩竖向抗压极限承载力值，结合式（3）计算出该桩所处桩尖土类型的CASE 法阻尼系数Jc值，将上述Jc值代入式（2）并结合相应试桩的高应变检测现场实测数据，得出单桩竖向抗压极限承载力CASE 法值。CASE 法承载力、静载试验极限承载力及两者之间的误差统计见表2。

表2 动静对比分析

由表2可知，CASE 法所得拟合承载力普遍偏高于静载极限承载力，因为静载破坏性试验单级跨度为250kN，是CASE 法计算承载力的误差影响因素，所得静载试验极限承载力略为保守

由表2可知CASE 法误差均在10%以内，误差在可以接受范围内，可见所选取的Jc值合理有效。

由表2可知，Jc值取得越小，CASE 误差越小，结果越可靠，桩顶实测位移在3～6mm 之间能较好地激发桩身承载力。

由于静载试验数据单级荷载跨度为250kN，故对静载试验承载力有所低估。针对6 根桩的实测数据，将Jc=0.04 代入实测数据，重新计算CASE 法承载力，将其结果与动静对比分析结果比较。从表2可以看出，当取Jc=0.04 时，CASE 法承载力与静载试验承载力的误差在可以接受范围内。综上所述，持力层为砂土状强风化花岗岩，且桩侧伴有深厚软弱层的管桩，高应变检测CASE 法阻尼系数Jc取值范围宜为0.02～0.10。为降低人为误差，建议阻尼系数Jc取0.04。

3 结论

高应变法检测技术是从打入式预制桩发展起来的，通过实测预制桩打入时的桩身应力、锤击能力的传递、桩身完整性变化，检测桩身极限承载力。目前确定承载力最常用的方法是CASE 法和曲线拟合法，对这两种方法结合静载试验展开研究和讨论，得出以下结论：

其一，分析PHC 管桩在深厚软弱层地区的高应变检测结果，CASE 法阻尼系数Jc取值范围应为0.04～0.10，且取值越小，结果越符合实际，从工程质量安全方面考虑，建议取值为0.04。

其二，根据静载试验与CASE 法误差可知，CASE法计算承载力往往高于静载试验承载力。