無線測控靜力載荷測試儀檢測單樁承載力應用研究

胡朝彬 片 磊 高承成 李廣元 張 娜 王 穎

(1.天津華北地質勘查局，天津 300170； 2.天津華勘基礎工程檢測有限公司，天津 300170)

傳統樁基靜載試驗是由人工觀測分級荷載作用下的沉降量,先根據千斤頂率定公式計算出每級的油壓，按照每級油壓通過手壓或手控電動泵對液壓千斤頂進行加壓同時跟進讀取機械百分表的讀數來完成。其測試工具原始,工作條件艱苦,工作強度大,測試精度較低。樁基靜載測試系統——JCQ-503B靜力載荷測試儀是在這種測試困境下應運而生。JCQ-503B靜力載荷測試儀由主機和前端測控器組成，主機與測控器之間采用無線通信方式，自動化程度高，自動記錄測試精確數據，其利用了電子測量技術結合新型的無線通訊組網技術，配合壓力傳感器或力傳感器、容柵式位移傳感器、高壓油泵、千斤頂等設備進行單樁靜荷載測試。JCQ-503B靜力載荷測試儀能實時顯示測試數據及Q—S，S—lgt等相關曲線，實際監控數據采集效果良好。通過實例分析，試樁承載力檢測全程均采用自動觀測，采集各個時間點位上的沉降量數據精度高，試樁Q—S曲線拐點較易判斷。

1 測試中應注意的問題及故障解決辦法

1.1 測試中應注意的問題

檢測現場電氣接線應嚴格按照系統電氣接線圖進行，先保證接地可靠安全連接。在通電前應保證所有的電纜、位移傳感器系統、壓力傳感器及油路系統連接好。當位移傳感器連接好后，禁止對反力裝置進行諸如焊錨筋或加固之類的焊接操作，此操作極有可能損害傳感器，造成位移傳感器失靈。當使用的傳感器為非防水型，應采取防護措施，避免傳感器進水。前端測控器與加荷系統連接完后，應通電預熱30 min，以保證測試精度。在試驗開始后，禁止人員進入堆載垛下；如采用錨樁反力法，所有設備和人員應遠離錨筋一定的距離，以防錨筋在加載過程中崩斷甩出造成傷害。在加載完畢與卸載的變換過程中，應及時將油泵換向閥置于反向加壓位置。

1.2 測試中常見故障及解決辦法

儀器發生故障時，常見于傳感器連線和插頭的短路或斷路,一般先做這方面的檢查來排除。根據使用無線測控靜力載荷測試儀的實際經驗，對遇到的一些故障問題和現象作以下總結：

1)測試不穩定。檢查自動靜載測試儀主機位置、測試現場的前端測控器或者通信無線線路之間是否有強的電磁干擾，例如高壓線、高壓發電機、變壓器、電臺或者通信發射塔等。這些強電磁干擾都會使得測試系統不穩定，傳輸數據不及時，這種對無線通信有極強干擾的測試現場，主機和前端測控器之間的通信可采用有線通信方式，保證測試能夠正常進行。

2)通信異常。當靜載儀主機與前端測控器發生通信異常時，應先檢查天線連接是否完好、再檢查天線是否有損壞。天線的位置不能放置過低，那樣會減小通信距離，降低信噪比。若主機和前端測控器之間地形太復雜障礙物較多，也可以配備大功率天線且把天線捆綁到高桿上立起以增強通信信號擴大通信距離。測試開始前，要調試儀器主機和前端測控器通信信道在同一信道上。同一個區域，多臺使用相同無線模塊的靜載儀器同時工作，可能會造成同頻干擾通信異常，可以通過更改儀器的信道數消除干擾及異常。

3)壓力值上不去。在加載時，加不上壓導致壓力值上不去的情況經常發生。首先檢查電動泵的油閥是否擰緊，其次檢查電動泵油箱內油量是否充足，最后再檢查電動泵及其油路是否漏油。也有可能是千斤頂的原因導致壓力上不去，如千斤頂滲油，說明千斤頂密封圈密封不嚴，需更換千斤頂。荷載傳感器等設備的電纜、插頭未接好或損壞也會導致壓力值上不去。在試驗的最后階段，壓力值上不去一般是由于壓重平臺反力裝置的堆載量偏低或堆載失衡。

4)控制荷載異常。控制荷載異常是指加載、補載工作狀態不正常。補載時電動泵突然啟動，產生油壓瞬時突變，對壓力傳感器產生一個強沖擊，使傳感器輸出一個較大瞬時值。壓力傳感器測量油路油壓，再根據千斤頂的率定公式換算出載荷值。這是由于電動油泵啟動時產生的沖擊與大噸位千斤頂較小的標定系數產生矛盾，致使荷載值大幅增大，超過了本級設定的荷載值，而實際上荷載值并未加足。緊接著電動油泵停轉，沖擊作用瞬時消失，荷載值再次下降。補載下限值與荷載值差達到補載要求，電動油泵再次啟動進入補載狀態。電動油泵如此反復工作，致使控載失常。這就要求在搭配荷載傳感器與千斤頂時一定要注意其合理性。

2 應用結果分析

把握好測試中應注意的問題，運用好以上故障解決辦法，結合具體案例對采集的數據進行分析研究才是我們的聚焦所在。下面就以天津武清泗村店某工程兩批次場外試樁為例，對JCQ-503B無線測控自動靜載測試儀的檢測結果進行應用研究。本工程基礎采用后壓漿鉆孔灌注樁，樁徑為700 mm。第一批次的4根樁設計試樁樁長39 m，第二批次的4根樁設計試樁樁長49 m，設計極限承載力均為9 000 kN，要求加載至破壞或9 000 kN為止。

2.1 靜載裝置設計

靜載試驗采用壓重平臺堆載法，支墩與混凝土試塊鋼梁等配重合計約13 000 kN，由于支墩支撐的配重遠遠大于試樁周邊地面承載力，需先對試樁試驗場地進行地基處理。試樁的兩側同時開挖長10 m，寬3 m，深3.5 m的四邊形的處理坑，取出上部的淤泥質土，換填為碎砂石，每換填0.5 m的厚度，25 t的挖掘機碾壓8次～10次，換填至地表碾壓后，再鋪設500 mm厚、強度等級為C40的鋼筋混凝土墊板。

根據國家行業標準JGJ 106—2014建筑基樁檢測技術規范試樁中心與支墩邊之間的距離應不小于4D(D為樁徑)且大于2.0 m。本次試驗采用混凝土試塊作為支墩，且支墩下2倍～3倍寬影響范圍內的地基土經過了加固處理。試樁樁徑為700 mm，故試樁中心與支墩邊的距離取2.1 m。

第1,2批次樁均按照9 000 kN進行加載分級，采用兩臺6 300 kN的千斤頂并聯加載。樁頭平整后在樁頂鋪設少量細沙，然后放置1塊1 m×1 m，厚度為 20 mm 的 Q235 鋼板。將兩臺6 300 kN的千斤頂并聯放置在鋼板上，千斤頂上放置2根并排的規格為13 m×1.2 m×0.55 m的主梁，主梁之上為次梁，次梁規格為12 m×0.55 m×0.4 m，與主梁垂直方向架設在混凝土試塊支墩上。

2.2 靜載試驗方案

根據JGJ 106—2014規范，試驗采用慢速維持荷載法，分級荷載為預估最大試驗荷載值9 000 kN的1/10，即900 kN，第一級加載取分級荷載的2倍進行，以后各級均逐級加載。試驗全程均通過JCQ-503B樁基靜載儀進行無線測控。樁頂下沉量會實時傳到主機進行監視，壓力值也通過壓力傳感器傳到主機。

在每級加載后觀測沉降量，當達到相對穩定后可進行下一級加載。當每小時內沉降增量不超過0.1 mm，并連續出現兩次，達到穩定標準判定為穩定。主機根據下沉量和壓力值繪制相應的Q—S，S—lgQ，S—lgt曲線，并隨時在電腦屏幕上顯示。

2.3 靜載試驗結果分析

通過第一批次4根樁的Q—S曲線(如圖1所示)可見:4根樁的Q—S曲線均為陡降型，拐點明顯，且最終沉降均超過了40 mm，當SZ1，SZ3號樁最大加載到試驗荷載7 650時Q—S曲線出現明顯拐點，根據JGJ 106—2014規定取前一級荷載值作為其單樁豎向抗壓極限承載力，即SZ1，SZ3號樁均為7 200 kN。同樣根據Q—S曲線，SZ2，SZ4號樁的單樁豎向抗壓極限承載力分別為6 300 kN，6 750 kN。最終取SZ1～SZ4的承載力平均值6 862 kN為試樁的單樁豎向抗壓極限承載力的統計值(見表1)。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗結果

SZ2,SZ4兩根樁較SZ1,SZ3兩根樁在加載過程中Q—S曲線提前出現拐點，所得到的承載力較低。結合4根聲波透射法樁身完整性曲線進行分析，SZ2，SZ4樁底顯示有不同程度的離析或加泥異常，應判定為沉渣造成的超聲波樁底信號異常。同樣的施工工藝，同樣的樁型參數、同樣的地質條件而得出的承載力偏差較大，說明樁底沉渣對樁基抗壓承載力有較大影響。結合以往靜載試驗采用傳統加載人工方法的諸多實例，人工觀測得到的Q—S曲線拐點沒那么明顯，亦分析不出造成承載力離散度較大的原因。

通過Q—S曲線可以得出:在0 kN～4 500 kN加載段，Q—S曲線基本呈線性關系，試樁的沉降隨荷載增加的變化規律基本相同。通過曲線斜率可以看出隨荷載的繼續增大沉降速率也逐漸增大，加載過程中沉降增量明顯程度SZ2>SZ4>SZ3>SZ1，試樁的極限承載力大小與沉降增量明顯程度基本為反比關系。

第一批4根試樁的承載力檢測結果未達到業主的期望值，在同一塊場地再次施工4根試樁，在齡期滿28 d后進行靜載試驗。同樣采用上述靜載裝置設計與靜載施工方案對第二批4根試樁進行靜載試驗。

通過第二批次4根樁的Q—S曲線(如圖2所示)可見:SZ5號樁當加載到最大試驗荷載9 000 kN時根據設計要求可停止加載，Q—S曲線為緩變型，無明顯拐點，未達到極限荷載，最大沉降量為15.62 mm，卸載至0 kN時樁頂的殘余沉降量為7.71 mm。SZ5號樁的回彈率為50.64%，根據其緩變型Q—S曲線趨勢，其豎向抗壓承載力遠未達到極限。SZ6～SZ8號樁3根樁的Q—S曲線則均為陡降型，拐點明顯，且最終沉降均超過了40 mm，當SZ6，SZ8號樁最大加載到試驗荷載8 550時Q—S曲線出現明顯拐點，根據JGJ 106—2014規定取前一級荷載值作為其單樁豎向抗壓極限承載力，即SZ6，SZ8號樁均為8 100 kN。同樣根據Q—S曲線，SZ7號樁的單樁豎向抗壓極限承載力為7 650 kN。

SZ5～SZ8的聲波透射法樁身完整性曲線顯示，4根樁底沉渣控制均較好，無離析加泥。但SZ5試樁的單樁豎向抗壓極限承載力明顯大于SZ6～SZ8，在加載至9 000 kN時仍沒有破壞的跡象，且Q—S曲線為緩變型，根據JGJ 106—2014規范4.4.2條文說明，當樁長大于40 m時，還應考慮樁身彈性壓縮，樁身彈性壓縮估算值為16.61 mm，可取S=56.61 mm對應的承載力為其單樁極限承載力。SZ5試樁樁體豎向剛度K0(K0=Q/S)在荷載值較小時隨荷載的增大逐漸減小，當荷載加載值大于7 200 kN后，K0趨于穩定。經過查閱施工記錄，SZ5試樁在鉆孔完畢時正好遭遇暴雨，當時無法進行成樁灌注，雨后施工現場有大量積水，等排水后繼續施工，發現在下導管灌注時，導管在下至32 m處，導管下不去，應該是孔內有塌方造成的孔深不足，隨即進行了二次回鉆，回鉆后沖孔，然后進行灌注，灌注水泥的方量大于理論值8.5 m3，相當于SZ5試樁局部變成了擴孔樁，樁型參數被迫改變了。

通過Q—S曲線可以看出:在0 kN～4 500 kN加載段，4根樁曲線斜率基本相同。說明樁在樁徑不變，樁長大幅增加時，其端承摩擦樁的特性愈加明顯，樁側摩阻力由上而下逐漸發揮，隨著荷載的增加，樁身壓縮量和位移量逐漸增加，樁身下部摩阻力逐漸發揮，SZ6～SZ8在加載至4 500 kN以后，Q—S曲線斜率均有所加大，出現不同趨勢的破壞前兆性狀。

最終給出SZ5～SZ8試樁結果，剔除了檢測偏離較大的數據，取SZ6～SZ8的承載力平均值7 950 kN為試樁的單樁豎向抗壓極限承載力的統計值。本項目SZ5～SZ8試樁結果最后提交專家論證，試樁結果符合取值要求，與本地區經驗值吻合較好。

3 結論

1)通過第一批的4根試樁與第二批的4根試樁的Q—S曲線性狀進行比較分析：

a.第一批4根試樁樁長較短，又因施工單位對部分樁的樁底沉渣控制不力，導致在加載0 kN～4 500 kN時Q—S曲線的斜率不同，導致承載力的差別，斜率越大，最終的極限承載力越低。 b.第二批4根試樁樁長為49 m，施工單位對樁底沉渣控制嚴格，端承摩擦樁的性狀明顯。在加載0 kN～4 500 kN時Q—S曲線的斜率差別不大，則最終的極限承載力離散度不大。Q—S曲線緩變型的試樁體豎向剛度在荷載值較小時隨荷載的增大而逐漸減小，當荷載值大于特征值后的某點后，K0趨于穩定，不再減小。

2)無線測控靜力載荷測試系統具有安全性高、測讀數據精確、靈敏度高、分辨率好等特點，有很高的實用價值。克服測試中應注意的細節問題，解決好測試中常見故障并掌握故障解決辦法，能提高檢測效率，得到精準的Q—S，S—lgt等關系曲線。根據Q—S曲線，可依據規范確定單樁承載力的極限值，也可通過Q—S關系曲線初步分析導致承載力偏差較大的原因，對后續樁基施工具有指導意義。