浅谈高应变法检测与静载法检测在工程检测中的对比应用

黄智波 健研检测集团有限公司

1 前言

目前桩基础工程检测主要是检测单桩极限承载力和桩身完整性，而单桩极限承载力能否满足设计要求是一个很重要的检测内容。其中，静载检测方法和高应变检测方法用于检测单桩极限承载力[1]。静载检测方法的特点是检测结果直观、准确、可靠，但是检测成本高、检测周期较长、对场地条件要求较高，无法对桩基进行大面积检测。高应变检测方法的优点是检测成本较低、周期短、对场地条件要求较低，但是该方法属于半经验法，受桩周地质条件、施工质量、现场检测数据采集质量及检测人员的经验影响较大，其检测结果的可靠性还有待提高。本文结合桩基工程检测实例，介绍高应变法在工程检测中的应用及与静载法检测结果的对比，对如何提高高应变法检测的可靠性进行探讨。

2 高应变法检测的原理及方法

2.1 高应变法检测原理[2]

高应变法试桩是一种用重锤冲击桩顶，冲击脉冲在沿桩身向下传播的过程中使桩—土产生足够的相对位移，以激发桩周土阻力和桩端支承力的一种动力检测方法。岩土对桩的阻力作用、桩身力学阻抗的变化将通过速度时程曲线及实测的力得到全面的反应。桩土体系的相关性状可由波动理论获得，具体可分为以下两个阶段。首先，采用相关仪器对现场需测桩体进行数据的采集，并且采用凯斯法（CASE法）对基桩承载力进行初步估算；其次，在室内采用实测曲线拟合法（CC⁃WAPC法）来确定基桩的承载力[3]。

2.1.1 凯斯法测定单桩极限承载力

在检测桩基极限承载力时，凯斯法以一维应力波理论为基础，将桩体假设为等截面连续的弹性杆件，并对某个截面的应变和加速度时程曲线进行简化。在实际检测中，对桩体实测数据进行相应分析计算，最终确定桩基的极限承载力。由于该方法将土阻力模型视为钢塑性，通过分析计算得到的结果一般为接近承载力的估算值。因此，在使用凯斯法时，往往需要通过多次计算，得到最终结果，以确保桩基极限承载力计算的准确性。

2.1.2 实测曲线拟合法确定单桩极限承载力

在检测桩基承载力时，对桩体的波形进行先假定、再测量和最后计算的方法称为实测曲线拟合法，该方法是一种精确的波动方程解法。在检测时，需要检测人员预先假定桩周土的模型及其相关参数，并以实测桩顶的速度作为边界条件进行相关波动方程的求解，对比求解得到的波形曲线与实测的波形曲线，若两种波形曲线吻合度不高，则需调整桩周土的模型及其相关参数重新计算，直至两种波形较好吻合，此时得到的承载力即为桩基的极限承载力。由于该方法对桩周土及其参数的假定要求较高，因此检测人员需严格按照计算规则及相关标准进行假定。

2.2 高应变法测桩现场检测步骤

试验采用武汉岩海（RS-1616K）基桩动测仪进行检测，主要仪器设备由便携式主机、中继器、两个应变式传感器与两个加速度传感器、重锤组成，高应变现场检测简图见图1。

图1 高应变现场检测简图

现场检测步骤如下：资料收集→检测时间确定→桩头处理→传感器安装位置选择→桩侧打磨→打孔及膨胀螺栓安装→导向装置就位→布置锤垫→传感器安装→自由落锤就位→仪器参数设置→仪器状态确认→提升高度控制→锤击→贯入度测量→信号确认。

3 影响高应变检测结果的主要因素

影响高应变检测结果的主要因素有：选择合适的锤重、锤垫和落距，优先选用重锤低击使桩有足够的贯入度以激发桩端阻力；对受检桩桩头进行加固处理，确保桩头不会在试验过程中被破坏；对安装传感器的桩身表面进行平整处理，保证传感器的安装质量；重锤自由落体时，使重锤中心与桩中心重合，避免产生偏心锤击桩头；实测数据曲线分析时，参数选择不合理，也会影响高应变检测结果。

4 工程概况及地质条件

本项目位于某工业园区内，总投资475535 万元，采用“双闪”铜冶炼技术，建成后年产40万吨阴极铜。项目总用地面积882600m2（合1323.9 亩），本次实际用地面积626000m2（合939.00 亩），预留铜加工用地面积256600m2（合384.90 亩），建构筑物占地面积181600m2，总建筑面积191800m2。

设计桩基础采用PHC 管桩，桩径为500mm，壁厚为125mm，设计有效桩长约为50m，桩身混凝土强度为C80，设计单桩竖向抗压极限承载力为4000kN。本次共对3根试桩进行测试，桩号分别为S1、S2、S3，施工记录详见表1。工程地质资料见表2。

表1 施工记录

表2 工程地质资料

5 测试结果及分析

本工程分别采用了静载试验和高应变试验检测方法对S1、S2、S3 三根试桩进行检测，检测步骤严格按照JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》[4]执行。根据地勘报告提供的各土层承载力、施工记录和实测的力-速度曲线，采用武汉岩海CCWAPC 高应变拟合分析系统进行分析，分析结果得到的该3 根试桩拟合曲线见图2、图3、图4，单桩极限承载力见表3。

表3 CCWAPC拟合结果

图2 S1#桩拟合曲线

图4 S3#桩拟合曲线

通过静载试验得到的该3根试桩的Q-s曲线见图5。从图中可以得出以下结论：该3根桩在最大试验荷载作用下均未达到极限承载状态，按照JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》可知，该3 根桩的单桩竖向抗压极限承载力取最大试验荷载值4000kN。

图5 单桩竖向抗压静载试验Q-s曲线

将高应变试验结果和静载试验结果进行对比，结果详见表4。从表中可看出：S1桩高应变检测值比静载试验检测值高4.1%；S2 桩高应变检测值比静载试验检测值高3.7%；S3 桩高应变检测值比静载试验检测值高3.6%；总体而言，高应变检测值和静载试验检测值误差在5%以内，其可靠性还是相对比较高的。

表4 单桩竖向抗压静载荷试验结果与高应变检测结果对比

6 结束语

本文基于工程实例，通过对比分析高应变检测和静载试验检测方法的试验结果，得出以下几个结论：

（1）在减小高应变检测测试误差的情况下，该工程3 根桩高应变检测值和静载试验检测值误差在5%以内，误差较小，其结果相对可靠。

（2）不同的场地，因其地质条件、施工情况的不同，高应变检测参数的选择将影响其检测结果。因此不同的场地条件，应结合静载试验的结果，通过对比分析，积累经验，选择合理的参数，以保证高应变检测结果的可靠度。

（3）在保证高应变检测结果可靠的前提下，因其检测速度快、成本低的优势，可将高应变检测推广到基桩量大的工程进行大面积普查。

（4）由于本工程只对3 根桩进行的分析对比，样本数据有限；影响高应变检测方法可靠性的其他因素还需要进一步增加样本数据进行分析研究。