1.云南华丽高速公路建设指挥部 云南丽江 674100；2.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室 陕西西安 710064
摘要：高应变法检测目前展开了广泛的应用，但一些参数的取值不同，高应变结果会有着不同的表现。结合陕西省吴定高速公路桩基静动载试验，对弹限取值进行优化，通过对比分析得出以下结论：高应变试验与静载试验误差在15%以内，基于静载试验，推荐出黄土状土和老黄土桩侧、桩端弹限取值；高应变试验中侧摩阻力分布与静载荷试验中有所区别，但仍可以借助高应变法中较为密集的单元划分，来补充静载荷试验中的稀疏单元划分，从而获得更为完整准确的侧摩阻力分布规律。
0引言
高应变试验中的模型对试验有着很大的影响，在高应变试验常用的Simth模型中对各单元要预先选取三个参数：土的弹限、土的阻尼系数，以及土的最大静阻力。阻尼系数是用来表示由于加载速率引起土强度增加的量，即为一粘滞系数；弹限是指土单元在静力作用下达到极限阻力时对应的桩土相对位移。
当单元的位移量超过土的弹限后，土阻力便不再随位移增大而增大，而是保持不变并等于土的极限阻力。弹限是波形拟合法中的一个重要参数，弹限的大小直接关系到土阻力的发挥情况，改变土单元体的弹限不仅影响本单元土阻力，对上部和下部的计算曲线也有很大影响，将导致总阻力的重新分配。
史密斯（Simth）建议不分土质类别，桩侧和桩尖的弹限均取Q=2.54mm。但大量试验证明土的弹限值离散性很大，受土性、土类等诸多因素影响。如福尔汉德（Forehand）和里斯（Reese）建议对砂土取对1.3~5.1mm，对粘土取1.3~7.6mm；柯伊尔（Coyle），劳沃雷（Lowery）和赫契（Hirsch）建议加载时对砂土桩侧处取5.08mm桩尖处取10.16mm。
由以上可看出，弹限取值的差异性是明显的。拟合计算中往往没有考虑这种差异性，而是对所有桩侧土层取同一弹限值或者只是为了拟合质量数的要求而人为调整某些土单元的弹限值，这样取的弹限值并不能如实反映土体的性质，这样就不可避免的给动测结果带来了随意性。波形拟合法中土参数带有较强的区域性，本节希望通过本次的静载试验得出合理的黄土地区灌注桩的弹限取值，以求建立地区性经验。
1现场试验
1.1试验地区
试验区地貌单元沟谷黄土沟壑工程地质区地貌，两岸桥台位于黄土梁峁亚区上，桥台区地形起伏较小，地面标高介于1629.60~1644.59m，相对高差约14.99m。试验区无地表水分布，地下水埋藏深，钻孔深度范围内未见地下水分布。根据工程地质调绘和钻探揭示，结合岩土体的工程地质特征，地基土分为2个工程地质层，自上而下，分述如下：
1.3高应变试验
传感器部分包括两个加速度计和两个应变环，分成两组，对称的安装在桩下约2倍桩径的位置（本次试验桩径1.2m取2.5m）。之后在桩头铺上3到5mm细沙以保护桩头，并采取相应的措施保护连接采集仪的接线（用沙袋盖住，防止落锤滑落损伤接线），然后开始试验。试验目标是采集仪采集相应的曲线，得到符合要求的曲线即可。本次试验采用的动测仪系由武汉中岩科技生产的RSM-PDT（B）基桩高应变检测仪。需要分析计算时，将计算机储存的现场测试信号到处使用相应软件进行分析。
1.4静载荷试验
在高应变试验结束后，为了验证高应变试验结果，又对试验桩进行了单桩竖向静载荷试验。根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014，试验选用8个规格型号相同的液压千斤顶，通过液压泵上的液压表控制荷载，加载反力装置采用4根锚桩横梁反力装置，桩端阻力、桩侧阻力以及轴力的测量依靠在桩身中间预先埋设的钢筋计，沉降测量依靠位移计及位移自动采集仪。图2是静载荷试验装置布置示意图。
本文借用该方法，带入各层土的q~S曲线中，同样的方法可以得到相应土层的弹限。
而对于桩端土的弹限，目前尚没有明确的方法。本文才用的方法是将前几级荷载的曲线拟合为直线，按此段直线的斜率加载到最大土阻力时，对应的桩土位移作为桩端土弹限Q，如图所示：
通过以上分析，结合了类似图3与图4的曲线图可以得到弹限值如下表2所示：
波形拟合法中，弹限并不需要是唯一确定的值，其值在一定区间内变化是可以被认可的，此区间可以根据拟合质量数的要求来调节。本文中波形拟合法使用三者均值作为初始弹限取值进行调节。
图中，我们可以发现试桩的桩侧阻力随着深度的变化不断变化，不同深度的桩侧阻力大小不同，但三根试桩随着深度变化的变化却有着相似的规律，都会先变大再变小。静载荷试验中桩在9.5m的位置达到一个极大值的峰值，且在16m的位置达到一个极小值的峰值。而高应变试验试桩的结果中在11.47m的位置出现一个极大值的峰值，并且在14.38m的位置也会有一个极小值的峰值。
我们知道峰值的出现，与桩周土的性质有关，其实质是桩土相互作用的变化，类似于人工挖孔桩的混凝土护壁或是冲击钻进成孔桩泥浆护壁在桩侧形成的泥皮。而由于钢筋计的加密能力有限，我们无法精确的定位出桩土相互作用发生变化的位置（如当S3试桩在9.5m的位置获得峰值，我们无法确认是否准确的变化点就在9.5m，可能9m或12m出现的才是最大值，因为钢筋计在相应的位置并没有布置），此时我们就可以借助高应变中得到的数据，更精确的定位峰值点（相对而言高应变的划分更加密集）。
3.3桩端阻力与桩侧阻力占比
根据静载荷试验数据，我们可以找到试桩到达极限承载力状态下的桩端阻力，也就是19.5m所对应的桩基轴力。
根据表中的数据，我们可以发现：两种测试方法中，桩端阻力与桩侧阻力的占比是相距较大的，这是由于本次试验的条件有限，试验次数较少，波形拟合效果一般，无法准确的划分桩侧阻力与桩端阻力，我们发现只有成孔方式为冲击钻孔的S3试桩较为接近。最直接的原因就是，我们高应变法中做出的假设与实际情况差距较大。例如单元的截面积与弹性模量与桩的相同这一假设，很明显的在人工挖孔桩中就无法满足这一假设。而冲击钻孔的成孔方式相较来说更符合波形拟合法中做出的假设。
4结语
在对行波理论和高应变测桩理论深入分析的基础上，对高应变法深入了解的基础上，通过工程实例中的三根试桩的动静对比试验发现：
（1）试验证明在更改了弹限后，高应变法中的波形拟合法仍然适用。在实测波形准确可靠的情况下，能够得到令人满意的测试结果。本次三根试桩的高应变法得出结果与静载荷试验的误差都控制在了15%以内。
（2）通过静载试验得出，黄土地区高应变试验中，黄土状土桩侧弹限取值推荐为4.29mm，老黄土桩侧弹限取值推荐为6.36mm，桩端黄土状土弹限取值推荐为3.67mm。
（3）对比中发现，由于拟合效果一般，动测试验中的侧摩阻力分布与静载荷试验中有所区别，但仍可以借助高应变法中较为密集的单元划分，来补充静载荷试验中的稀疏单元划分，更准确的定位桩土作用发生变化的准确深度，从而获得更为完整准确的侧摩阻力分布规律。
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论文作者:熊彩凤1,杜承哲2,周志军2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/18
标签：阻力论文; 应变论文; 载荷论文; 波形论文; 单元论文; 黄土论文; 峰值论文; 《基层建设》2018年第18期论文;