安飞华
上海洪栋建设工程检测有限公司
摘要：本文简述高应变、静载两种检测原理，以建筑工程单桩承载力的试验为例，阐述高应变、静载检测过程，分析试验数据，找出产生差异的主要来源。
关键词：桩基础；高应变；静载；差异
引言
在建筑工程中，桩基部分为隐蔽工程，桩基检测可判断出其性能，为建筑上方荷载设计提供依据。在单桩荷载能力的测试过程，使用静载方式可直接获得承载力数据，但是测试环节消耗时间长、资金高。高应变属于动力测试桩基性能的方式，检测结果和静载相差较小，可补充静载试验存在的不足之处。
1 高应变和静载检测原理
1.1高应变检测原理
应用高应变检测主要是向桩顶部位置施加冲击力，测量柱桩体质点位置的应力与加速度的反映情况，结合曲线波动情况展开分析。属于单桩纵向荷载过程中的无损检测方式。使用重锤对桩顶施加力，促使桩和周围土间产生位移，激发桩端位置的支持力以及桩土位置的阻力。从桩运动方向看，可将其承受的应变力视为正向力，产生的向下位移、加速度变化视为正，向上运动视为负。锤击过程产生压力波沿下方向传播，此时在含有桩侧模阻力的位置会产生较大的压力波。促使压力返回桩顶部，此时桩顶处的力会增加。向下的压力波存在负向摩擦阻力，就会产生拉力回波。当波向桩顶部返回时，就会促使顶部力减小。应用高应变检测过程，需要结合这一概念判断出力曲线、速度曲线二者之间的关系。
1.2静载检测原理
应用静载检测是依托于单桩纵向静压荷载过程产生的试验曲线，对沉降数据展开深入分析，判断出曲线后续发展趋势。通常静载试验过程中将破坏荷载级数定为10~15级。测试环节级数的选取数量越少越好。当级数增加时，测试精度也有所提升，但是预测环节意义不明显。使用这种方法可控制直径较大的桩和长度较长桩的承载能力。
2 探析高应变和静载间的差异
2.1项目概况
本项目为工业园生产车间建筑工程，地基承载要求600kN，项目前期需要设计基地。为提高设计合理性，对场外10根试桩进行检测，桩径400mm。通过现场勘查，项目在0.5~1.0m土层为填土层，为粘性土；在1.0~2.0m的土层为高压缩黏土；2.0~4.4m为粉质黏土，其中粉粒的含量较高；4.5~9.8m为夹淤泥。结合现场地质，对试桩展开高压变试验，使用实测波形方法，利用动侧仪、应变和加速传感器、铸铁锤等检测设备进行检测。
2.2检测方法
2.2.1Case法
使用高应变曲线，利用Case软件，可直观测试出桩基承载能力，统计出10根桩基高应变速度曲线，按照其承载原理，将桩柱划分成不同类型。
第一，摩擦桩。此种桩侧方阻力在测试环节发挥了重要作用。现场测试时曲线中力与起跳点相同，因此二者到达波峰时所需时间相等，速度曲线在阻力的作用下产生分离。当冲击脉冲处于柱底位置时，曲线产生正向反射。通过检测结果可以总结出桩侧摩阻产生作用，阻力致使曲线出现正向反射，说明底部出持层力强度较弱。根据公式可知，当持力层越弱时，值越大。测试环节发现6号桩和7号桩测试曲线满足摩擦桩性质。
第二，端承桩，通过测试发现曲线力以及速度曲线存在相同的起跳点，处于同一波峰位置，之后力曲线与速度曲线受到桩侧阻力影响出现分离。当脉冲处于柱底位置时，曲线出现小幅度反射。这种情况说明桩端内侧阻力起到承载作用。经测试1号、2号、4号、5号、9号、10号桩均为端承桩。
第三，摩擦承桩，这种桩基类型主要是端阻力起作用，侧阻可以忽略。在测试环节，发现力曲线、速度曲线处于相同起跳点，同时到波峰处，之后在阻力作用下分开，距离越来越大。当脉冲处于柱底位置时，从正向速度转为反向速度。此时曲线呈现出强烈的反向反射。此时可以判断出桩端位置的阻力较强。通过分析，3号桩和8号桩属于摩擦承桩。
2.2.2拟合法
使用拟合法演示高应变过程应变参数，对参数进行人为设置，分析处理应变曲线。通过拟合曲线，显示出桩模型内的参数和实际相符，拟合结果准确。利用拟合软件展开分析，按照柱中端阻、侧阻承载比例，判断出桩基类型。其中摩擦桩中端阻力荷载≤10%，因此可以忽略。从拟合结果可直接判断出端阻、侧阻大小。结果显示6号桩和7号桩的端阻小于总荷载10%，因此判断出这两根桩为摩擦桩。端承桩的端阻高于总荷载10%，侧阻主要发挥作用，拟合曲线显示，1号、2号、4号、5号、9号、10号桩柱的端阻较大，超出总荷载10%，侧阻发挥主要作用，所以判断出上述6根桩是端承桩。摩擦承桩中侧阻超过总荷载10%，实际端阻其主要作用，结合拟合曲线，可以发现3号桩和8号桩中端阻大于侧阻，起主要作用，因此判断出这两个桩为摩擦承桩。
2.3静载试验和结果分析
2.3.1试验方法
静载试验适用于和建筑荷载、加载速率相近的试验过程，该项目试验过程结合《建筑桩基检测规范》，突出静载试验位置，通过试验获得直观、精准的结果，展现出建筑沉降情况。现场试验过程按照静载试验加载和卸载规范，保证试验数据精准。试验过程使用慢速荷载试验方法，确定出单桩在纵向耐压极限荷载，为施工设计提供数据支持。与此同时，对压应变测试结果进行验证。试验过程配重800kN。项目选取10根桩进行静载试验。分别施加800kN的荷载，试验过程共有8根桩柱出现压坏状态，剩余2根未出现压坏状态。结合静载曲线，将静载试桩划分为三种不同类型：
第一，摩擦桩，指的是当处于纵向极限荷载状态时，桩顶部的荷载主要由侧阻承担，端阻非常小可以忽略。试验环节6号桩和7号桩极限荷载约为560kN，当荷载增至560kN时，静载曲线产生骤降，同时沉降没有收敛。根据这种现象能够确定出端桩处于软土层内部，并且阻力相对较小。一旦侧阻超过承载极限时，就会导致桩发生整体下降，测试结果两桩沉降量分别为30.63mm、30.24mm，最终导致沉降量较大被损坏。第二，端承桩，这种桩的端部、侧阻均发生作用，侧阻发挥主导作用，此时桩端刚刚接近持力层，还未到达较深位置。桩柱此时静载极限值处于640kN~800kN范围之内。测试过程1号桩、2号桩、4号桩、5号桩、9号桩、10号桩等静载曲线表现为缓变形状态，整体发生沉降分别为20.47mm、23.75mm、28.22mm、26.71mm、27.30mm、33.07mm，说明端阻发挥整体作用，产生较大位移。第三，摩擦承桩，为端阻主要发挥作用。在静载试验过程，当静载＞800kN时，沉降量为9.03mm和13.57mm，沉降值＜40mm没有被破坏。试验过程中3号桩和8号桩处于持力层位置上，端阻大于侧阻，承载性能良好。
2.3.2数据分析
由于静载试验的数据结果具备真实性，和实际建筑荷载、加载等速率较为接近。因此，试验过程可真实地观察高应变试验和静载试验二者产生的实验数据差异，进而展开总结和分析。
1号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为668kN，属于端承桩；使用拟合法测量出端阻力为190kN、侧阻为476kN、极限荷载为666kN，属于端承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为640kN，类型为端承桩。
2号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为619kN，属于端承桩；使用拟合法测量出端阻力为186kN、侧阻为465kN、极限荷载为651kN，属于端承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为640kN，类型为端承桩。
3号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为872kN，属于摩擦承桩；使用拟合法测量出端阻力为745kN、侧阻为113kN、极限荷载为858kN，属于摩擦承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为800kN，类型为摩擦承桩。
4号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为652kN，属于端承桩；使用拟合法测量出端阻力为190kN、侧阻为475kN、极限荷载为665kN，属于端承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为640kN，类型为端承桩。
5号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为692kN，属于端承桩；使用拟合法测量出端阻力为308kN、侧阻为422kN、极限荷载为730kN，属于端承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为720kN，类型为端承桩。
6号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为581kN，属于摩擦桩；使用拟合法测量出端阻力为42kN、侧阻为525kN、极限荷载为567kN，属于摩擦桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为560kN，类型为摩擦桩。
7号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为572kN，属于摩擦桩；使用拟合法测量出端阻力为43kN、侧阻为510kN、极限荷载为553kN，属于摩擦桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为560kN，类型为摩擦桩。
8号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为844kN，属于摩擦承桩；使用拟合法测量出端阻力为551kN、侧阻为329kN、极限荷载为871kN，属于摩擦承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为800kN，类型为摩擦承桩。
9号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为739kN，属于端承桩；使用拟合法测量出端阻力为313kN、侧阻为434kN、极限荷载为748kN，属于端承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为720kN，类型为端承桩。
10号桩在高应变过程使用Case法测量出极限荷载为702kN，属于端承桩；使用拟合法测量出端阻力为305kN、侧阻为414kN、极限荷载为720kN，属于端承桩。使用静载试验方法测量出桩极限荷载为720kN，类型为端承桩。
2.4分析承载力
结合上述数据和高应变曲线，可以得出使用Case软件对桩承载力展开分析时，需要将阻尼系数考虑其中，参与试验的10根桩处于同一场地当中，在实际试验过程需要选取不同的阻尼系数。阻尼系数为动静对比确定出无量纲的系数，因此在单桩承载力的试验过程，测试精准度和阻尼系数选择有紧密关联。当持力层中地基的强度越小时，阻尼系数越大，结合地质资料以及勘察报告等综合确定阻尼系数。在高应变测试过程，通过拟合曲线可以观察出拟合值处于2.0位置，表明试验过程的拟合度较高。所有模型当中桩土模型选取参数和实际基本相符，说明使用拟合法展开高应变测试的方法可靠。在高应变过程中，使用Case软件测试与拟合方法测量出桩纵向静压荷载、承载能力等各项数值基本吻合，结果误差处于＜10%，表明高应变方法测试桩承载能力的结果精准度较高。对比Case软件与拟合法测试承载力，误差大小处于0.3~5.3%的范围之内，可以说明在有效测试的曲线下，使用以上两种试验方法获取的承载力数据非常理想。结合上述分析，可以知晓当高应变测试环节，桩参数的选取合理时，就可使用拟合法获取到有效曲线。无论是借助Case软件还是使用拟合方法，都可获得极限荷载值。所以，在本工程中，软土层较厚，可使用高应变试验方法，辅助静压法测试出预应力桩的极限荷载能力。
2.5分析承载类型
根据试验数据分析，在高应变过程使用Case方法和拟合法都可测量到的桩实际承载类型，并与静荷载的试验结果契合度较高。当桩为摩擦柱时，主要指纵向处于极限荷载条件下，顶部的荷载由侧阻承担，根据高应变、静载试验中的数据，桩侧阻承载力为500kN时。且桩处于软土层当中，此时端阻较小。侧阻超出极限时，整体由于沉降量过大造成破坏。设计荷载640kN，导致摩擦桩实际承载能力难以满足要求，所以6号和7号桩位置不可建造荷载＞500kN建筑物。端承桩侧阻发挥主要作用，桩端刚入持力层，没有到特定深度，端阻通过位移发挥作用。承载力可达640~800kN，能够满足建筑荷载需求。施工环节，为保证建筑使用年限更长，可延长端承桩或者增大其直径，以提升其承载性能。摩擦成桩中端阻发挥主要作用，在高应变、静载试验之后，当荷载＞800kN时，沉降量和40mm相差较大时，说明3号桩和8号桩处于持力层位置，承载能力较强，具备发挥空间。
2.6测试误差分析
在高应变测试环节，分析模型时使用多种假设，受到现场地形影响，导致应变结果产生误差。通过分析，误差主要体现在以下几方面：第一，仪器误差。当前市场上存在的测量仪器的种类较多，部分仪器生产应用时间较短，存在较强的地域性，可能难以满足不同区域的测量要求，因此产生测量误差。第二，当测试现场周围存在干扰源时，可能对原始波源产生影响，导致曲线收集时产生叠加现象，使数据出现误差。第三，现场工况可能影响测试结果，对桩直径和长度的测试环节，未能掌握现场工况，合理选择桩土参数，导致测试结果产生较大误差。第四，人员素质因素。测试过程技术人员实践经验是产生误差的重要因素。高应变测试环节具备较强的理论性和专业性，如果测试人员不熟悉现场地质信息，选择合理的测试方法，就会影响测试精准性。与此同时，数据处理环节，需要人为选择测试参数，这些过程都需要技术人员具备较高的专业素养。
3 结束语
总而言之，高应变桩基检测过程实践性强。使用Case法与拟合法测试出桩基承载能力以及承载类型。结合不同承载类型的差异性，确定承载力的加载。通过分析，两种方法都能较为准确地测量出桩身承载。和静载测试相对比，误差处于可控范围之内。在测试环节，应结合产生误差的原因，控制测试过程仪器的选择，保障技术人员参数选择的合理性，提高高应变和静载试验结果的精准性。
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从249.05万t增至1648.19万t。以20%的年增量测算，2018年涂料产量将接近3400万t。石墨烯凭借优异的物理化学性能，将其添加进涂料中可广泛应用于防腐涂料、导电涂料、阻燃涂料、散热涂料及其他涂料中。
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表1 近年来中国石墨烯相关政策
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论文作者:安飞华
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：荷载论文; 应变论文; 测试论文; 测量论文; 极限论文; 曲线论文; 过程论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;