單樁豎向抗壓極限承載力靜動對比試驗分析

宋 杰 　 肖 杰 　 王玉寬

(中兵勘察設計研究院，北京　100053)

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單樁豎向抗壓極限承載力靜動對比試驗分析

宋 杰 肖 杰 王玉寬

(中兵勘察設計研究院，北京100053)

分別介紹了靜載試樁和高應變動力測試樁的方法原理，利用靜載荷試驗與高應變動力測試技術，檢測了某工程混凝土灌注樁的極限承載力，并對檢測結果進行了對比分析與誤差分析，為工程樁的設計施工提供了依據。

樁基礎，承載力，靜荷載試驗，高應變動力測試

0　引言

樁基礎是一種歷史悠久、應用廣泛的深基礎形式[1]。高層建筑、港口碼頭、橋梁隧道以及道路等工程中，樁基礎被廣泛采用。樁基礎屬于隱蔽型工程，為確保工程安全可靠，樁基礎的質量檢驗至關重要[2]。基樁的承載力和樁身完整性檢測是基樁質量檢測中兩項重要的內容[3]。

單樁靜載荷試驗是檢驗試驗樁極限承載力和工程樁承載力最可靠、最直觀的手段，在工程中已得到普遍應用，其作為一種標準方法，可給設計方提供完整可靠的承載力參數。但傳統的靜荷載試驗耗時長、成本高、工期長且缺乏代表性，不便于大范圍使用。新發展的高應變測試技術因其經濟、快捷的特點被大量使用，但該法受基樁類型、水文地質條件、施工技術及檢測人員經驗等因素影響較大，且技術難度較大，故其準確性低于靜載試樁法，但在靜動對比試樁資料的基礎上，可以作為檢驗單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求的輔助方法。但必須將相同其他條件下的大量靜動對比試驗作為參照，以檢驗高應變測樁的模型參數合理性及測試精度。

1　單樁靜荷載試驗測試技術

1.1試驗原理

利用堆載重力將豎向荷載均勻傳至基樁上，使樁及樁周土產生應變，通過實測不同荷載作用下的樁頂沉降量，得到Q—s,s—lgt等輔助曲線，綜合分析樁基承載力參數。壓重平臺反力裝置見圖1。

1.2單樁豎向抗壓極限承載力的確定

1)根據荷載—沉降曲線：Q—s曲線發生明顯陡降的起始點對應的荷載值[4]；2)根據沉降隨時間的變化：取s—lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值[4]；3)根據樁頂總沉降量確定：對緩變型Q—s曲線取s=40 mm對應荷載[4]。

2　高應變動力測試技術

2.1試驗原理

高應變動力試樁法目的是檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性。設單樁為一均勻彈性體，當樁頂受到錘擊力時，產生的彈性應變以縱波形式沿樁軸向向下傳播，直至樁底，并克服土阻力使樁體貫入土中，應力波沿樁身傳遞規律遵循一維波動方程[5]。從應力波理論可知，對于均勻樁，力和速度是成比例的。若樁身質量有問題，某一截面的阻抗會發生變化，就會改變這種比例關系。

根據樁身完整性系數β判定標準如表1所示。

表1　高應變動測判斷標準表

高應變檢測裝置見圖2。

2.2實測曲線擬合法

將力與速度實測信號中的某一個作為邊界條件，假定每個單元的樁—土模型參數，根據行波理論計算出樁頂另一變量的曲線并將該計算曲線與測試曲線比較，調整參數直至計算變量與測試信號達到較好擬合狀態，最終得到樁身摩阻力、端阻力、樁身分段土阻力沿樁身分布情況，并據此模擬靜載荷試驗Q—s曲線。

3　工程實例分析

該項目位于北京市房山區，部分區域基礎采用混凝土灌注樁基礎，在灌注樁試樁試驗階段，采用靜載荷試驗法和高應變法進行檢測。試樁共4組13根混凝土灌注試驗樁。混凝土灌注試驗樁施工參數及試驗荷載一覽表見表2。

表2　混凝土灌注試驗樁施工參數及試驗荷載一覽表

3.1靜載荷試驗成果及分析

根據載荷試驗曲線的特征，綜合分析如下：

對于TP2及TP3組，試樁加至最大試驗荷載時，Q—s曲線急劇下降，s—lgt曲線明顯向下彎曲，試樁達到破壞，據規范要求，取前一級荷載值為其單樁豎向抗壓極限承載力。該兩組極差均不超過平均值的30%，取其算數平均值為單樁豎向抗壓極限承載力[4,6]。對于TP1及TP4組，試樁加至最大試驗荷載時，均達到破壞狀態，最終沉降量均大于40.00 mm，Q—s曲線呈緩變形曲線，s—lgt曲線開口逐漸變大，據規范要求，可取s=40.00 mm對應的荷載值為其單樁豎向抗壓極限承載力。其中TP4組極差不超過其平均值的30%，取其平均值為單樁豎向抗壓極限承載力[4,6]；TP1組極差超過了平均值的30%，取其最小值為單樁豎向抗壓極限承載力。試驗結果詳見表3。

表3　載荷試驗結果表

3.2高應變動測試驗成果及分析

試樁使用質量3.5 t重錘沖擊樁頭，使樁在土中產生足夠的相對運動。利用高應變測試儀采集應變和加速度信號，據此換算出樁身(傳感器安裝位置)的受力和速度相應信號。對試驗樁實測信號曲線進行綜合分析，根據表1樁身完整性判定標準，高應變動力檢測的4根樁，樁身完整，BTA=100(β=1.0)可判為Ⅰ類樁，檢測結果見高應變檢測成果表及單樁豎向抗壓極限承載力見表4。

表4　高應變法檢測結果表

4　靜動對比試驗結果分析與建議

根據單樁豎向抗壓靜載荷試驗及高應變動力檢測成果得靜動

對比試驗成果如表5所示。從靜動對比試驗結果可知，盡管該類樁靜動試驗結果有良好的一致性，但總體來說，靜載試驗結果與動測試驗結果之間存在一定的誤差。大多數樁的高應變動測結果較靜載荷試驗結果高1.43%～14.07%，誤差較小，說明該類樁的高應變試驗結果是可靠的。產生差異的原因可能有以下幾個方面：

1)考慮到高應變動測和靜載荷試驗在理論、現場試驗、室內曲線擬合、分析計算方法上的明顯不同，這種誤差在所難免；

2)高應變試驗時動力比較大，使得樁身會產生較大的位移量，動阻力也隨之增大，而后期曲線擬合中難以完全消除動阻力的影響，導致高應變法測樁的承載力總體上高于靜載試樁承載力；

3)檢測人員的經驗對樁—土參數的合理設定及分布至關重要。土的力學參數及其沿樁身分布均為假定狀態，受現場試驗人員的經驗和環境條件制約較大，且后期曲線擬合存在多解性，不同技術人員進行波形擬合情況也不相同。需要通過大量工程實踐積累靜動對比試驗，以不斷完善高應變測試參數及測試精確度。

表5　靜動對比試驗成果表

建議利用試驗結果設計工程樁時要充分考慮地層變化及樁端持力層深度變化對基樁承載力的影響，施工過程中應嚴格控制進入持力層的深度及終孔指標等參數，以確保工程樁的施工質量和承載能力。

[1]陳希哲.土力學地基基礎[M].北京:清華大學出版社,1989:319-320.

[2]陳劍.人工挖孔灌注樁應變動力檢測[J].建筑技術開發,2003，30(3):40-41.

[3]陳凡,徐天平.基樁質量檢測技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2003:2-3，192-217.

[4]JGJ 106—2014,建筑基樁檢測技術規范[S].

[5]楊文領,傅敏.單樁承載力的高應變動測和靜載荷試驗對比分析[J].浙江建筑，2011,9(28)：25-27.

[6]GB 50007—2011,建筑地基基礎設計規范[S].

[7]黎雙邵.曹妃甸灌注樁單樁承載力的靜動對比試驗研究[D].天津:天津大學,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，助理工程師；肖杰(1986- )，男，工程師；王玉寬(1968- )，男，工程師

TU473.11

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