高应变检测在大直径灌注桩中的应用研究

杨志琛 刘春青

摘要：本文对高应变检测在大直径灌注桩中的应用进行研究。通过对大直径灌注桩的静动对比及高应变曲线拟合法、CASE法和静载试验三者之的对比，讨论高应变检测大直径灌注桩的可行性及如何提高高应变检测大直径灌注桩的极限承载力的准确度。

关键词：高应变法、静载试验、静动对比、大直径灌注桩

中图分类号：C93文献标识码： A

检测单桩竖向抗压承载力最常用的方法有静载试验法和高应变动测法。前者原理简单，结果可靠，但场地要求高，费用昂贵，周期长，易出安全事故[1]。后者对场地要求少，时间短，费用低，难出安全生产事故，但它是一种间接的分析法，若基桩的实际造型与理论模型相符合，桩土的相对位移充分，能完全激发土的阻力，则试验结果与静载结果相近，否则误差很大[2]。本文对规范[2]中不宜采用高应变法进行竖向抗压承载力检测的大直径灌注桩的承载力检测进行研究。

1高应变在大直径灌注桩检测中方法的探讨

高应变法一般分为CASE法和曲线拟合法两种，基本理论都是以打入桩的性质为基准的。打入桩的基本特征是：桩身材料基本均匀，特别是桩身截面的几何尺是基本不变的，因此截面均匀的中小直径桩，高应变法是比较准确、可靠[2]，尤其适合CASE法。

曲线拟合法在理论上比CASE法要严格，基本假定及应用限制更少，应用范围要广泛得多。它允许桩身波阻抗截面是不均匀的，也充分考虑到了桩身材料内阻尼以及锤击能量向桩周土中辐射损耗的辐射阻尼等问题，使得计算的可靠性大大提高[2]。

一般来说，大直径钻孔灌注桩的桩身或多或少地会产生扩缩颈以及桩身不均匀现象，而使桩身截面阻抗不均匀。当桩身阻抗变化明显时，严格来讲CASE法是不适用的。为保证结果的可靠，笔者认为合理的处理方法是对所有的动测试桩都采用曲线拟合法进行计算分析（或者进行大量的静动对比，分析静载试验结果、曲线拟合法及CASE法计算结果，积累可靠的经验后再用CSAE法计算）,还应根据桩的现场施工情况和部分桩的孔径测试结果，了解试桩桩身变化情况，并将其作为已知的桩身基本参数进行分析。

2大直径灌注桩高应变试验时锤重的选择

高应变测试的目的是确定桩土对桩的静阻力（静极限承载力），而非桩在使用过程中并不存在的动阻力，但动阻力在高应变测试中是不可避免的。土的静阻力和桩土之间的相对位移有关，因此在高应变测试时，使桩土之间产生足够的位移而非速度。为了测到真实的极限承载力，即让土的静阻力完全发挥，就必须使桩土之间产生足够大的位移，而为了避免计算动阻力而造成误差，应尽量降低桩身速度。另外由波动理论可知锤击作用时间越长，和静载作用下的承载力性状就越接近，越有利高应变承载力的测试[2]。

因此在高应变测试中，只要桩有足够大的位移及足够的作用时间，其承载力结果与静载试验所测的结果才会接近，就能取代静载试验，这就是我们通常要求高应变试验时的“重锤低落”，单击贯入度宜在2～6mm之间[2]。对于大直径灌注的高应变检测时锤重要越重越好，锤重应最少大于预估单桩极限承载力的1.5%。

3大直径灌注桩承载力检测的对比研究及应用

3.1 工程概况

场区各岩土层的地基承载力特征值fak、压缩模量Es1-2建议值、桩的极限侧阻力标准值qsik及极限端阻力标准值qpk、岩石单轴饱和抗压强度frc建议值见表3-1，持力层为中风化石灰岩。 表3-1

3.2检测结果分析

1）静载试验结果

本工程共完成6根桩的抗压静载试验，静载Q-s曲线见图3-1。

2）高应变试验拟合结果

本工程高应变试验所用的锤为15t，为所测桩极限承载力的1.7%，试验时桩能够有足够大的位移，作用时间也比较长，这样测得的限承载力能够真实的反应桩的实际极限承载力。高应变采用实测曲线拟合法进行分析，结果汇总表见表3-2，其中试5#桩的实测曲线及拟合分析成果见图3-2。表3-2

图3-2试5#桩实测、拟合、模拟Q~s曲线、桩身剖面及土阻力分布

3）高应变试验拟合结果和静载试验结果的对比

本工程的大直径灌注桩静载试验时虽未压到破坏，但是高应变试验时实测桩的贯入度在2～6mm之间，故也能进行桩的静动对比。由上述可知高应变拟合结果跟静载试验结果基本是一致的。这说明只要高应变试验时桩能够有足够大的位移，作用时间也比较长，大直径灌注桩（含Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩），也能用高应变检测其极限承载力，且高应变曲线拟合结果跟实际极限承载力比较接近，结果准确、真实、可靠的。

3.3大直径灌注桩检测时高应变CASE法和曲线拟合法的对比研究

上述工程有部分桩承载力不合格，高应变试验时的位移非常大，因曲线拟合结果跟静载结果非常相吻合，故能用曲线拟合的结果推算出CASE法的结果，进而推算出CASE的阻尼系数。高应变曲线拟合法和CASE法计算结果对比见表3-3，其中试8#桩的高应变曲线拟合法成果图和CASE法成果图的计算见图3-3和图3-4。 表3-3

图3-3试8#桩实测、拟合、模拟Q~s曲线、桩身剖面及土阻力分布

图3-4试8#桩高应变拟合曲线和CASE法结果

本工程为大直径钻孔灌注桩，锤重足够大使检测时桩的位移都非常大，高应变曲线拟合法和CASE法都能较好的反应桩的极限承载力，故大直径灌注高应变检测时只要有足够的位移，还是可以用高应变法检测桩的极限承载力的。

4结论

采用高应变法检测大直径灌注桩经济效果十分明显，与静载试验相比在设备、人员、效率、工作条件及检测费等方面都有明显的优势。通过对大直径灌注桩的高应变曲线拟合结果和静载试验结果的对比分析，发现只要合理选择重锤，使高应变试验时桩能够有足够大的位移，作用时间也比较长，即通常说所得“重锤低落”，就能用高应变法检测大直径灌注桩的极限承载力。但用高应变检测大直径灌注桩的极限承载力时，应尽量用曲线拟合法经行分析，因灌注桩大部分都不符合CASE法的基本假设，用CASE法检测的承载力可能偏低，且各单位总结出的CASE法阻尼系数Jc值都是以等截面、均匀的桩的基础上总结出来的，用在灌注桩尤其是大直径灌注桩上，可能很不准确，Jc值很难选取。

参考文献：

[1] 李德庆，李澄宇，李澄海.桩基工程质量的诊断技术[M].中国建筑工业出版社，2009.08.

[2] 《建筑基桩检测技术规程》JGJ106-2014宣贯及基桩检测疑难问题解析培训班[J].济南，2014.6.24.