从工程实践浅析基桩高应变法检测承载力误差问题
唐国英;何德华
【摘 要】高应变法检测是基桩检测技术的一种重要手段,但是该方法检测承载力存在误差,因此受到许多争议.本文以广东惠州地区两项工程的检测实践为例,分别采用前后两组不同拟合参数,对检测数据进行了承载力拟合计算,分别得出了前后两种不同的计算结果.并通过动、静两种方法的对比检测,分析了高应变法检测承载力误差产生的主要原因,粗略探讨了对高应变法检测的一些认识.
【期刊名称】《震灾防御技术》
【年(卷),期】2015(010)003
【总页数】11页(P547-557)
【关键词】高应变法检测;承载力;误差;拟合参数
【作 者】唐国英;何德华
【作者单位】广东省地震局,广州510070;广东省地震局,广州510070
【正文语种】中 文
基桩的主要作用是承受轴向垂直荷载，因此竖向承载力是否满足设计要求是衡量基桩是否合格的重要指标。目前，检测基桩竖向承载力所采用的方法主要有高应变法和单桩静载试验两种。其中，高应变法检测技术20多年前在我国开始应用和推广，现在已经成为基桩检测技术的一种重要手段。它具有许多优点，如检测时间短、费用低、效率高、抽检范围广，并且还能提供单桩极限承载力、桩侧摩阻力大致分布、桩底端承力大小、桩身质量结构完整性等丰富信息，因此应用越来越广泛（林慧常，2012）。但是，高应变法检测承载力也存在误差的问题，目前受到了许多争议，甚至有些地方建设质量监督管理部门不建议采用该检测方法。为此，笔者仅从广东某些工程预应力管桩检测的实践出发，并通过拟合计算结果与静载试验结果的比对（陈桂科，2001），浅析高应变法检测承载力存在的误差问题。
高应变法检测是用重锤冲击桩顶部，使桩土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，
用应力波理论进行分析，描绘力和速度时程曲线，从而判定桩的极限承载力和评价桩身质量结构的完整性（宋兵等，2009）。
高应变法检测承载力的计算一般用实测曲线拟合法，采用较复杂的桩-土力学模型，选择实测力或速度或上行波作为边界条件进行拟合。具体做法是：将桩分为若干个小单元，假定每一个小单元的桩、土模型及其参数，以实测的速度作为桩顶的边界条件输入，求解波动方程后，反算出桩顶的力曲线，并与实测的桩顶力曲线相比较，如果不重合或不相符，则调整桩、土模型及其参数再进行计算，直至达到较好的拟合计算效果为止（王彪等，2013）。
2.1 高应变法检测及拟合分析
下面分别介绍广东惠州地区某A#和B#工程锤击法预应力管桩的高应变检测及拟合分析情况。
检测仪器采用武汉岩海公司生产的RS-1616K(P) 基桩动测仪，锤击系统使用矩形架自由落锤装置，锤重4吨，检测时落锤高度约1m。数据处理使用沿海公司研发的拟合分析软件，
其中拟合参数Qs、Qt、Js、Jt值分别代表桩侧弹限值、桩底弹限值、桩侧CASE阻尼系数、桩底CASE阻尼系数（广东省标准，2008）。笔者在广东沿海地区对Qs、Qt、Js、Jt的经验取值范围分别是：1.0—4.0mm、1.5—13.5mm、0.1—3.0、0.1—1.0。桩底弹限Qt值的提高会引起承载力的增大，它对承载力的影响非常明显。国内高应变试桩专家王雪峰博士建议桩底弹限Qt值最大为13.0mm左右。
笔者分别对两项工程的检测数据进行了分析处理，先按地方经验值选择拟合参数进行计算，Qt值取13.0mm左右，得到一个初始承载力；然后再调整拟合参数，将Qt值提高到16.0mm左右，得到另一个承载力。对比前后两次拟合计算结果，后者明显增大了。
（1）A#工程
该批桩桩径均为Ф500mm，高应变法检测桩号为114#、169#、231#三根桩，单桩承载力特征值分别为2100kN、1500kN、2100kN，配管长度分别为9m、10m、12m，按承载类型属端承桩。桩周土层从上到下依次为：粉质粘土、砂质粘性土、强风化花岗岩、中风化花岗岩，桩端持力层进入强风化花岗岩。三根桩的实测速度曲线底部均有同向反射波，脉冲都比较宽，其中114#、169#桩波幅很大，231#桩波幅稍小。实测力和速度时程曲线见图1
a。
分别对三根桩进行拟合计算，Qs取值范围在2.70—2.96mm之间；Js取值范围在0.14—0.54之间；Jt取值范围在0.16—0.24之间；Qt取值范围在13.17—13.42mm之间。取经验值的最高范围。三根桩拟合计算极限承载力分别为1770kN、1463kN、2787kN，这也是向委托单位提供检测报告的结果。拟合计算结果见表1，拟合计算曲线见图1b。
对拟合参数Qs、Qt、Js、Jt值作出调整，主要提高Qt值。参数调整后，Qs取值范围在1.04—1.95mm之间；Js取值范围在0.11—0.56之间；Jt取值范围在0.16—0.19之间；Qt取值范围在16.22—16.40mm之间。其中Qs、Js、Jt值变化不大，Qt值变化较大，拟合计算结果较之前提高了。参数调整后，三根桩拟合计算极限承载力分别为2014kN、1809kN、3298kN。拟合计算结果见表2，拟合计算曲线见图1c。
（1）B#工程
该批桩桩径均为Ф500mm，高应变法检测桩号为99#、147#、158#、175#、194#五根桩，单桩承载力特征值均为2000kN，配管长度分别为9m、10m、10m、10m、8m，按承
载类型属端承桩。桩周土层从上到下依次为：粉质粘土、全风化黑云母中细粒花岗岩、土状强风化黑云母中细粒花岗岩、块状强风化黑云母中细粒花岗岩、中风化黑云母中细粒花岗岩，桩端持力层进入土状强风化黑云母中细粒花岗岩。五根桩的实测速度曲线底部均有同向反射波，99#桩波幅较大、脉冲较宽；175#与194#桩波幅稍小、脉冲稍窄；147#与158#桩波幅很小，但脉冲较宽。实测力和速度时程曲线见图2a—图8a。
分别对五根桩拟合计算，Qs取值范围在3.14—3.32mm之间；Js取值范围在0.45—0.52之间；Jt取值范围在0.32—0.47之间；Qt取值范围在13.19—13.39mm之间。五根桩拟合计算极限承载力分别为1690kN、2009kN、2981kN、3038kN、2967kN。拟合计算结果见表3，拟合计算曲线见图2b—图8b。
对拟合参数Qs、Qt、Js、Jt值作出调整，同理主要提高Qt值。参数调整后，Qs取值范围在3.02—3.49mm之间；Js取值范围在0.46—0.55之间；Jt取值范围在0.33—0.47之间；Qt取值范围在16.14—16.30mm之间。同样，Qs、Js、Jt值变化很小，Qt值变化较大，拟合计算结果也较之前提高了。参数调整后，五根桩拟合计算极限承载力分别为2044kN、2338kN、3403kN、3429kN、3398kN，这也是向委托单位提供检测报告的结果。拟合计算结果见表4，拟合计算曲线见图2c—图8c。
2.2 静载试验
以下分别为八根桩的静载试验结果（广东省标准，2008）。
114#桩。当试验加载至第5级即2100kN时，本级沉降量为4.02mm，累积沉降量为15.07mm；加载至第6级即2520kN时，试验只持续5分钟，本级沉降量已达23.36mm，累计沉降量为38.43mm，曲线呈陡降型，无法继续加载，试验终止。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩限承载力为曲线陡降前一级所对应的承载力，即桩的极限承载力为2100kN。
169#桩。当试验加载至第4级即1200kN时，本级沉降量为1.81mm，累积沉降量为4.61mm；加载至第5级即1500kN时，本级沉降量达10.56mm，累计沉降量为15.17mm，超过前一级沉降量的5倍；试验继续加载至第6级1800kN，本级沉降量达17.24mm，累计沉降量32.41mm；试验加载至第7级2100kN，累计沉降量达到50.13mm，沉降量过大，且无法稳定，试验终止。根据规范的有关规定，某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，当桩顶沉降量稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载桩顶总沉降量超过40mm。所以选第6级对应的承载力1800kN作为该桩的极限承载力。
231#桩。当试验加载至第8级即3360kN时，本级沉降量为4.17mm，累积沉降量为21.39mm；加载至第9级即3780kN时，试验只持续5分钟，本级沉降量已达25.08mm，累计沉降量为46.47mm，超过前一级沉降量的5倍，曲线呈陡降型，试验终止。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩限承载力为曲线陡降前一级所对应的承载力，即桩的极限承载力为3360kN。
99#桩。当试验加载至第5级即2000kN时，本级沉降量为4.72mm，累计沉降量为15.99mm；加载至第6级即2400kN时，本级沉降量为25.01mm，累计沉降量为41.00mm，且本级沉降量超过前一级沉降量的5倍，曲线呈陡降型，试验终止。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩极限承载力为第5级所对应的承载力，即桩的极限承载力为2000kN。
147#桩。当试验加载至第6级即2400kN时，本级沉降量为5.83mm，累计沉降量为19.13mm；加载至第7级即2800kN时，5分钟内本级沉降量为22.12mm，累计沉降量为41.25mm，沉降持续且不稳定，无法加载，曲线呈陡降型，试验终止。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩极限承载力为第6级所对应的承载力，即桩的极限承载力为2400kN。
158#桩。当试验加载至第9级即3600kN时，本级沉降量为8.23mm，累计沉降量为37.44m
m；加载至第10级即4000kN时，5分钟内本级沉降量已达15.02mm，累计沉降量52.46mm，累计沉降量超过40mm，且无法稳定，试验终止。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩极限承载力为第9级所对应的承载力，即桩的极限承载力为3600kN。
175#桩。当试验加载至第9级即3600kN时，本级沉降量为8.42mm，累计沉降量为35.93mm；加载至第10级即4000kN时，本级沉降量为18.69mm，累计沉降量为54.62mm，累计沉降量超过40mm。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩极限承载力为第9级所对应的承载力，即桩的极限承载力为3600kN。
194#桩。当试验加载至第9级即3600kN时，本级沉降量为6.82mm，累计沉降量为33.63mm；加载至第10级即4000kN时，桩突然下沉，沉降持续且不稳定，无法加载，试验终止。根据规范的有关规定，推定该桩的单桩极限承载力为第9级所对应的承载力，即桩的极限承载力为3600kN。
