卫晓鹏

摘要：静载试验和动测法各具优缺点，利用两种方法的特点，相互结合，以动求静。

关键词：动测法、静载试验、高应变、静动对比

TJ765.4

一、前言

随着现代科技发展的日新月异，为了满足人们居住及生活的需要，高层建筑及复杂结构建筑的数量越来越多，桩基础因其承载力高、抗震性能好、适用多种地质条件而被广泛应用于高层建筑中。然而在建项目的质量问题和重大质量事故频频发生已引起国家的高度重视，对于建筑而言，基础的重要性毋庸置疑，由于桩基工程的质量问题，往往会直接危及主体结构的正常使用与安全。因此我们借助打桩过程监测及基桩检测，及时反馈基桩施工信息及检测桩基础的施工质量，排除桩基础在出现施工异常及地质异常情况下存在的安全隐患，从而保证整个建筑物的安全性。目前我国基桩检测技术，特别是基桩动测技术得到飞速发展，因其能够有效降低檢测费用和缩短检测周期，但是却存在一定的局限性及误差，尤其是在基桩承载力检测上。因此采用静载荷试验及动力检测相结合的方法，能够在更准确的判定基桩承载力、桩身完整性的基础上，大幅降低检测费用及缩短检测周期。

二、基桩动测及静载检测的优缺点

1、基桩动测的优缺点

目前应用较多的动测法分为高应变法和低应变法两种方法。高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，低应变的主要功能为检测桩身完整性，目前在工程桩验收检测中均大量应用。

高应变动力检测由于现场检测仅需使用吊车吊起重锤后，利用重锤自由落体，锤击桩顶，使桩侧和桩端土阻力充分发挥，通过安装在桩两侧的应变及加速度传感器记录锤击桩顶时产生的土阻力及加速度等信息，通过后期计算或者实测曲线拟合的方式得到单桩承载力。与现场静载试验相比，省去大量配重的运输及组装过程，能够有效节约检测成本，且高应变检测一根桩的时间一般以“小时”计，但静载检测则以“天”计，也大大缩短检测周期。

虽然动测法是以一维杆波动理论为基础的高、低应变两种方法，但是两种方法的成熟性是相对的。所谓动测法理论体系较为完备只有将桩视为一单独自由杆件时才能成立，而考虑桩与土相互作用机理后，其复杂性不言而喻。所以要特别强调机理明确、具有可靠经验。如：反射波法判定桩身完整性的某些局限性、短波长窄脉冲时的尺寸效应等。高应变法检测桩的承载力方面属于半直接法，因为它只能通过应力波直接测量得到打桩时的土阻力，与桩的承载力无直接对应关系，我们需要的单桩承载力需从打桩土阻力中提取，同时还需要将静阻力与桩的沉降建立关系。于是要假设桩～土力学模型及其参数，而模型及其参数的建立和选择只能是近似的、甚至是经验性的，他们是否合理、准确，都需要大量的工程实践经验积累和特定桩型和地质条件下的静动对比来不断完善。

2、基桩静载荷试验的优缺点

单桩静载试验是采用接近于实际工作条件的试验方法，可确定单桩承载力，是目前最直观、最准确、最可靠的单桩承载力试验方法。目前，静载试验主要用在为设计提供依据及为工程桩验收提供依据两个方面，尤其是为设计提供依据的静载试验，通过分级加载，直至试验桩“破坏”，确定单桩承载力极限值，是通过动测法而无法实现的。且对于设计等级较高的桩基；地质条件较复杂、施工质量可靠性低的桩基；本地区采用的新桩型、新工艺等桩基时，在检测单桩承载力时，必须用静载试验。因为动测法测这些桩时无法准确的选择模型，且缺少相关实践经验，利用错误的土工参数，必然得到是错误的结果。

单桩静载试验通常采用压重平台反力装置，由配重、次梁、主梁、千斤顶等构成。常见的配重为沙包和混凝土构件。由于考虑偏心的问题，配重一般都需大于预估最大试验荷载的1.2倍。因此静载试验的设备非常繁重，完成一组静载试验需要大型吊车及很多运输车才能完成，在实施的难度上比动测要大很多，而通常检测一根桩的周期，一般也为3～5天，因此一个工程检测通常都需要半个月甚至一个月的时间。所以检测时间长、耗资巨大、抽样率低便成为静载试验最大的弊端。

三、静动对比法的优势及应用

1、静动对比法的优势

目前，随着桩基础的大量采用，很多工程的基桩检测工作在工期及费用上都有了更高的要求，主要是在有基桩承载力检测要求时，一方面静载试验作为主要国内外公认的标准方法已沿用多年并列入规范规程，另外快速发展的动测法，尤其是高应变动力测试法，具有快速经济的优点，也被广泛应用。由于对两种试验方法认识程度和接受时间早晚的差异或其他种种原因，人们有时还不能十分客观地对待两种测试方法，过分强调某一方法的长处或不足，从而人为阻碍了两种测试手段在解决桩基测试问题中的综合应用，费资费时却不能更好地解决工程实际问题。如果我们能够了解这两种方法的优缺点和主要解决的问题，以及如何综合利用静动两种检测方法，通过静动对比法更能有效地以动求静，从而减少静载试验，更多地利用动测法满足工程需要。这样以来，我们就可以在保证检测结果准确、真实、有效的前提下，缩短检测工期，降低检测费用。

2、动测及静载试验的误差分析

静动对比的关键在于降低基桩检测中高应变检测与静载检测的对比误差率。那么首先我们只有弄清楚高应变动力检测及静载试验两种方式检测基桩承载力的误差主要出现那些方面后，通过相互对比，才有可能尽力的减小这些误差，真实、准确的得到最终的检测结果。

高应变动力检测的误差主要出现在以下两个方面：

其一，在没有获得可靠的现场数据的情况下，室内分析是没有意义，所以动测数据的可靠性直接影响试桩的测试结果。现场信号采集尤其是灌注桩的信号采集有较大的难度，比如在现场采集信号时，桩头强度不高而被重锤击碎；落锤偏心或者锤垫选择不当造成测试信号严重畸变；传感器安装点的混凝土质量欠佳，锤击后可能导致塑性变形或裂缝，从而产生持续的压力波或者拉力波而使信号尾部“不归零”；传感器没有上紧或者安装传感器部位混凝凝土面不平整导致传感器自振；锤重匹配不当或落距选择不当而导致激励能量过高或不足等等，种种原因都可能使现场采集的数据失真。

其二，即使在现场采集的信号质量非常高，在室内分析时，也同样存在诸多误差，因为高应变本身就是一种动态加载的方式，是在排除动力效应的基础上获得桩的静承载力，因此是否完全进入塑性状态是评价承载力的关键，然而实际操作上是非常难控制的。另一个方面，高应变动力检测对实测时域波形的分析处理，主要为凯斯法及实测曲线拟合法，凯斯法假设桩身阻抗基本恒定、动阻力集中于桩端，但实际上砼是匀质的弹塑性材料，并且桩径越大，与一维弹性体的假定相关愈远。而且动阻力并非只来自桩尖，尤其是以摩阻力为主的摩擦桩或端承摩擦桩，情况更是如此。并且实验室研究表明：动阻力和桩端运动速度也并非线性相关。曲线拟合法无论是从理论模型方面，还是拟合软件方面均不够完善，公认最优秀的CAPWAP软件并没有考虑土的加工软化和硬化因素，而且软件采取了线性的桩尖缝隙模型，这种模型往往只能反映打入式预制桩的反弹情况。还有在动阻力模型方面，程序采用的是线性粘滞阻尼模型（除了桩尖可以选择Smith阻尼模型外），这种模型建立的是阻尼力和桩的速度的线性相关关系，但实验室研究表明，阻尼的最大值和速度随时间的变化不是呈线性关系，所以这种模型与实际情况往往有很大误差。

静载试验出现误差的方面较之动测要少很多，但是有些误差也是不可避免的，比如分级的粗略，往往不能准确的测得单桩的极限承载力；由于静载时间周期长，基准桩及基准梁会因为昼夜温差大出现温度效应而变形，造成试验的数据不准确；还有进行较大承载力单桩的静载试验时，由于配重量巨大，支墩的下沉会使桩周土产生负摩阻等等，不过即使如此，静载试验中产生误差方面要少很多，而且大多可控，对于承载力检测结果的影响也是在一个可以接受的范围内。

3、静动对比法的应用

静载试验虽然可以比较准确测得基桩承载力极限值，但是我们从试验本身获取的信息却十分有限，不能区分桩侧阻力及端阻力（除非进行内力测试），也不能查明桩身阻抗的变化，更不能进行预制桩的施工监控等等。但是通过动测和静载试验对比法，便可以很容易的获取这些信息。如河南洛阳某工程采用螺旋钻成孔泥浆护壁混凝土灌注桩，桩径600㎜，桩长28米，通过静载试验，当加载至2700kN时，沉降急剧增大，Q～S曲线出现陡降，根据现场情况，确定破坏形式为刺入剪切破坏，比预估极限承载力明显偏低，随后采用高应变动测验证检测，发现该工程多根试桩贯入度很大，端阻很小，究其原因为施工时采用正循环清孔不彻底，造成桩底沉渣过厚，影响端阻的发挥。由于静载试验难度大，试验周期长，且仅仅利用静载试验扩大检测，也是无法确定承载力异常的真真原因。但是利用动测，我们很容易获得桩周、桩端的土阻力分布情况，桩身阻抗变化情况，而且省时省力，在合理进行设计和施工中都有着重要意义。

静载试验的抽样率很低，根据规范要求一般为不少于总桩数的1%，而动测相对与静载试验的抽样率要高很多，一般为不少于总桩数的5%，所以动测更能够体现出整个桩基工程施工质量的真实情况，通过静动对比，采用高应变法为主要检测手段，利用静载试验对其中有代表性的桩进行验证，经过对比，对高应变模型选取及曲线拟合时参数的选择上，都有很大帮助，能大幅减少高应变动测的误差。

总而言之，动测是未来检测发展的趋势，动测的优势不言而喻，但是动测的不确定性却极大程度的遏制了动测的发展，以至于我国近些年来动测水平的发展一直处于停滞状态。因此静动对比，是打破动测发展瓶颈最好的方法，“以动求静”是静动对比的关键，也是最终检测结果是否准确的关键，而两者的结合，恰恰可以取长补短、共同发展。

参考文献：

[1] 陈凡、徐天平：《基桩质量检测技术》， 中国建筑工业出版社, 2003

[2] CAPWAP Manual,November 1997,Gobel Rauseche Likins and Associates,Inc.