单桩承载力试验方法探讨
单桩竖向承载力反映了桩在竖向承载力作用下，不丧失稳定、不造成破坏、不产生过大变形时的最大荷载，其大小取决于桩身所处的地质情况和桩的本身性能等。如何确定桩的承载力一直是桩基工程的重要课题。迄今为止，确定桩基承载力的方法大体可分为两类(如表1)：（1）直接法——通过对实际桩进行动的或静的现场试验来确定，如静载试验，动力测桩法等；（2）间接法——通过其它手段，分别得到桩端阻力和桩身阻力后相加求得，无需对桩进行试验，如承载力理论公式法及原位测试中的标准贯入法、静力触探法，旁压试验法等。间接法一般比直接法简单，但因不是在具体桩上取得数据，故可靠性较差，一般只用于初步设计中作为估算桩承载力的一种手段。本文着重探讨第一类方法。
单桩承载力确定方法分类 表1
1. 动力测定桩承载力的方法
桩基动测法是基于动力理论和桩土结构的边界条件而建立起来的，其承载力的测试结果在精度方面还不能令人们满意，但是它却因操作简单快速，不完全受场地条件的限制，且大都能准确地进行桩基完整性检测而被广泛应用。
动力测桩法一般是在桩顶作用一动荷载，如瞬态竖向作用力或简谐振动力等，使桩产生显著的加速度和土阻尼效应。在桩侧安装力、速度、加速度或位移传感器，以量测桩土系统的振动响应，用波动理论分析和研究应力波沿桩土系统的传递和反射，并用以下三种方法对所采集的信号进行分析和处理：(1)时域波形分析；(2) 频域波形分析；(3) 传递函数分析，从而判断桩身阻抗变化和确定单桩承载力。按测试时土的动应变大小，动测法又可分为低(小)应变动测法和高(大)应变动测法两类。
1.1 低应变动测法
低应变动测法测桩时，土应变基本处于弹性阶段。用于确定单桩承载力的低应变动测法主要有：
(1)水电效应法
水电效应法是利用大电流脉冲放电原理，在桩顶面临时安装一个刚性水管，装满水，在水管中放一个电极，以瞬间放电产生宽频带窄脉冲荷载作用于桩顶面，根据水声法收到振动响应信息来判断桩的完整性和计算单桩承载力。
(2)动力参数法
通过简便的敲击，激起桩上体系的竖向自由振动，实测桩的基本自振频率，或同时测定桩的频率和桩顶动速度，根据单自由度弹性体系振动理论，推算出单桩动刚度，再进行适当的动静对比修正，换算成单桩竖向承载力的推算值。
(3)球击频率分析法
球击法假定桩为具有弹性支撑的刚体，桩周土及桩端土为无质量的弹簧，当桩体在单脉冲激振力作用下产生振动时，土桩将一起振动，由此求得桩体的自振频率和响应频率，然后结合桩周土的内摩擦角和桩土各自容重估算单桩承载力。
(4)共振法
此法利用桩土体系在纵向力振动下，频率逐渐递增，测量桩土的共振频率和振动波在体系中的传播特性，由此计算桩体弹性系数及刚度系数，进而推算单桩承载力。
（5）机械阻抗法
机械阻抗法是一种结构动态分析方法，它通过测定施加给桩的激励函数和桩的动态响应函数来识别桩的动态特性。而桩的动态特性与桩身混凝土的完整性和桩土相互作用的特性密切相关。此法或采用扫频激振的方法进行稳态激振，或采用冲击方法进行瞬态激振，测取桩土体系的动刚度
，按下式估算单桩容许承载力
，式中，
为桩的动静对比系数，
为容许沉降。 至于低应变法能否用来确定桩承载力，一直是一个争论焦点。而有些学者则认为，使土产生足够大的塑性变形是用任何方法直接测定桩承载力的必要条件，低应变法根本没有也无法在一定程度上激发桩周土的阻力并加以实测，实测的仅是桩土系统的某些动力参数，然后经过经验来估算承载力，所提供的桩承载力绝非实测的承载力。低应变法的不可靠性已经受到了很大的关注，有学者归纳其原因为：①测试方法，测试设备有待改进；②所依托的理论模式本身有问题。总的来说，现在工程界对于低应变法估算桩承载力持否定态度者
占主导地位，应该加强桩基检测工作管理，对桩基检测单位进行资格审查。
1.2 高应变动测法
高应变动测法就是用高能量的冲击荷载考核桩土体系。一般说来，冲击下桩身瞬时动应变峰值要和静载荷试验至极限承载力时的静应变值大体相当。在这种情况下，桩主体系进入充分的非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏模式，从而相当充分地激发桩周土对桩的全部阻力作用。因此，它实际上仍属于荷载试验的范畴，只是利用快速施加的动荷载取代了缓慢的静荷载。
高应变动测的特点是：① 高应变动测既能确定单桩竖向承载力，又能检测桩身结构完整性。② 监测预制桩打入时的桩身应力和锤击能量传递比，为沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。③ 和静载相比，高应变动测经济快捷，可填补许多静载试验所无法做到的空白 (受条件和环境的限制无法进行静载试验、对工程桩的大面积质量普查等)。④ 高应变检测特别是在判定预制桩接头问题、多道缺陷等情况时，能够在查明这些缺陷是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度。
高应变动测法主要有：
（1） 波动方程法
此法采用重锤敲击桩顶，使桩产生贯入度。以一维波动方程为基础，将桩土系统简化为分离单元模式，以锤速或实测锤击力作为初始条件，用计算机程序进行计算，预测单桩极限承载力。
（2）锤贯法
此法根据桩被贯入时的贯入阻力来反映承载力的大小。试验时每桩落距由低到高击5～12击，量测每锤的动荷载Qd和相应的贯入度Sd,当用Qd～ΣSd曲线法分析时，可以和静荷载试验的Q～S曲线一样确定极限承载力。
（3）动静试桩法
由加拿大伯明桩锤公司和荷兰建筑与施工技术公司联合研制，它通过特殊的装置改变动测中冲击力为缓慢荷载，将动力试桩时的荷载作用时间1～20ms，延续到200～600ms，从而获得可分解的荷载试验曲线，最终通过分析处理得到Q～S曲线确定单桩承载力。
由于高应变法测桩时，桩周土已达到塑性变形，克服了低应变法最易受指责的缺陷，所以被认为是一种可行的确定桩承载力的方法。但动测法是通过短暂的瞬态荷载预测桩的长期荷载，由于土的阻尼作用，必然产生动阻力，在确定静阻力时要扣除动阻力部分，同时计算过程都是把桩土系统用一定的模式进行简化，另外，还有别的原因，所以，动测法的精度是无法和传统静载压桩试验相比的。具体说，高应变法误差的主要来源有：(1) 测试误差；(2) 计算误差；(3) 与桩土相互作用机理不符合时引起的误差；(4) 桩未被打动时的误差；(5) 时效问题等。
