單樁承載力試驗方法探討
單樁豎向承載力反映了樁在豎向承載力作用下，不喪失穩(wěn)定、不造成破壞、不產(chǎn)生過大變形時的最大荷載，其大小取決于樁身所處的地質(zhì)情況和樁的本身性能等。如何確定樁的承載力一直是樁基工程的重要課題。迄今為止，確定樁基承載力的方法大體可分為兩類(如表1)：（1）直接法——通過對實際樁進行動的或靜的現(xiàn)場試驗來確定，如靜載試驗，動力測樁法等；（2）間接法——通過其它手段，分別得到樁端阻力和樁身阻力后相加求得，無需對樁進行試驗，如承載力理論公式法及原位測試中的標準貫入法、靜力觸探法，旁壓試驗法等。間接法一般比直接法簡單，但因不是在具體樁上取得數(shù)據(jù)，故可靠性較差，一般只用于初步設(shè)計中作為估算樁承載力的一種手段。本文著重探討第一類方法。
單樁承載力確定方法分類 表1
1. 動力測定樁承載力的方法
樁基動測法是基于動力理論和樁土結(jié)構(gòu)的邊界條件而建立起來的，其承載力的測試結(jié)果在精度方面還不能令人們滿意，但是它卻因操作簡單快速，不完全受場地條件的限制，且大都能準確地進行樁基完整性檢測而被廣泛應(yīng)用。
動力測樁法一般是在樁頂作用一動荷載，如瞬態(tài)豎向作用力或簡諧振動力等，使樁產(chǎn)生顯著的加速度和土阻尼效應(yīng)。在樁側(cè)安裝力、速度、加速度或位移傳感器，以量測樁土系統(tǒng)的振動響應(yīng)，用波動理論分析和研究應(yīng)力波沿樁土系統(tǒng)的傳遞和反射，并用以下三種方法對所采集的信號進行分析和處理：(1)時域波形分析；(2) 頻域波形分析；(3) 傳遞函數(shù)分析，從而判斷樁身阻抗變化和確定單樁承載力。按測試時土的動應(yīng)變大小，動測法又可分為低(小)應(yīng)變動測法和高(大)應(yīng)變動測法兩類。
1.1 低應(yīng)變動測法
低應(yīng)變動測法測樁時，土應(yīng)變基本處于彈性階段。用于確定單樁承載力的低應(yīng)變動測法主要有：
(1)水電效應(yīng)法
水電效應(yīng)法是利用大電流脈沖放電原理，在樁頂面臨時安裝一個剛性水管，裝滿水，在水管中放一個電極，以瞬間放電產(chǎn)生寬頻帶窄脈沖荷載作用于樁頂面，根據(jù)水聲法收到振動響應(yīng)信息來判斷樁的完整性和計算單樁承載力。
(2)動力參數(shù)法
通過簡便的敲擊，激起樁上體系的豎向自由振動，實測樁的基本自振頻率，或同時測定樁的頻率和樁頂動速度，根據(jù)單自由度彈性體系振動理論，推算出單樁動剛度，再進行適當?shù)膭屿o對比修正，換算成單樁豎向承載力的推算值。
(3)球擊頻率分析法
球擊法假定樁為具有彈性支撐的剛體，樁周土及樁端土為無質(zhì)量的彈簧，當樁體在單脈沖激振力作用下產(chǎn)生振動時，土樁將一起振動，由此求得樁體的自振頻率和響應(yīng)頻率，然后結(jié)合樁周土的內(nèi)摩擦角和樁土各自容重估算單樁承載力。
(4)共振法
此法利用樁土體系在縱向力振動下，頻率逐漸遞增，測量樁土的共振頻率和振動波在體系中的傳播特性，由此計算樁體彈性系數(shù)及剛度系數(shù)，進而推算單樁承載力。
（5）機械阻抗法
機械阻抗法是一種結(jié)構(gòu)動態(tài)分析方法，它通過測定施加給樁的激勵函數(shù)和樁的動態(tài)響應(yīng)函數(shù)來識別樁的動態(tài)特性。而樁的動態(tài)特性與樁身混凝土的完整性和樁土相互作用的特性密切相關(guān)。此法或采用掃頻激振的方法進行穩(wěn)態(tài)激振，或采用沖擊方法進行瞬態(tài)激振，測取樁土體系的動剛度
，按下式估算單樁容許承載力
，式中，
為樁的動靜對比系數(shù)，
為容許沉降。 至于低應(yīng)變法能否用來確定樁承載力，一直是一個爭論焦點。而有些學(xué)者則認為，使土產(chǎn)生足夠大的塑性變形是用任何方法直接測定樁承載力的必要條件，低應(yīng)變法根本沒有也無法在一定程度上激發(fā)樁周土的阻力并加以實測，實測的僅是樁土系統(tǒng)的某些動力參數(shù)，然后經(jīng)過經(jīng)驗來估算承載力，所提供的樁承載力絕非實測的承載力。低應(yīng)變法的不可靠性已經(jīng)受到了很大的關(guān)注，有學(xué)者歸納其原因為：①測試方法，測試設(shè)備有待改進；②所依托的理論模式本身有問題。總的來說，現(xiàn)在工程界對于低應(yīng)變法估算樁承載力持否定態(tài)度者
占主導(dǎo)地位，應(yīng)該加強樁基檢測工作管理，對樁基檢測單位進行資格審查。
1.2 高應(yīng)變動測法
高應(yīng)變動測法就是用高能量的沖擊荷載考核樁土體系。一般說來，沖擊下樁身瞬時動應(yīng)變峰值要和靜載荷試驗至極限承載力時的靜應(yīng)變值大體相當。在這種情況下，樁主體系進入充分的非彈性工作階段，樁和樁周土之間出現(xiàn)瞬時的剪切破壞模式，從而相當充分地激發(fā)樁周土對樁的全部阻力作用。因此，它實際上仍屬于荷載試驗的范疇，只是利用快速施加的動荷載取代了緩慢的靜荷載。
高應(yīng)變動測的特點是：① 高應(yīng)變動測既能確定單樁豎向承載力，又能檢測樁身結(jié)構(gòu)完整性。② 監(jiān)測預(yù)制樁打入時的樁身應(yīng)力和錘擊能量傳遞比，為沉樁工藝參數(shù)及樁長選擇提供依據(jù)。③ 和靜載相比，高應(yīng)變動測經(jīng)濟快捷，可填補許多靜載試驗所無法做到的空白 (受條件和環(huán)境的限制無法進行靜載試驗、對工程樁的大面積質(zhì)量普查等)。④ 高應(yīng)變檢測特別是在判定預(yù)制樁接頭問題、多道缺陷等情況時，能夠在查明這些缺陷是否影響豎向抗壓承載力的基礎(chǔ)上，合理判定缺陷程度。
高應(yīng)變動測法主要有：
（1） 波動方程法
此法采用重錘敲擊樁頂，使樁產(chǎn)生貫入度。以一維波動方程為基礎(chǔ)，將樁土系統(tǒng)簡化為分離單元模式，以錘速或?qū)崪y錘擊力作為初始條件，用計算機程序進行計算，預(yù)測單樁極限承載力。
（2）錘貫法
此法根據(jù)樁被貫入時的貫入阻力來反映承載力的大小。試驗時每樁落距由低到高擊5～12擊，量測每錘的動荷載Qd和相應(yīng)的貫入度Sd,當用Qd～ΣSd曲線法分析時，可以和靜荷載試驗的Q～S曲線一樣確定極限承載力。
（3）動靜試樁法
由加拿大伯明樁錘公司和荷蘭建筑與施工技術(shù)公司聯(lián)合研制，它通過特殊的裝置改變動測中沖擊力為緩慢荷載，將動力試樁時的荷載作用時間1～20ms，延續(xù)到200～600ms，從而獲得可分解的荷載試驗曲線，最終通過分析處理得到Q～S曲線確定單樁承載力。
由于高應(yīng)變法測樁時，樁周土已達到塑性變形，克服了低應(yīng)變法最易受指責(zé)的缺陷，所以被認為是一種可行的確定樁承載力的方法。但動測法是通過短暫的瞬態(tài)荷載預(yù)測樁的長期荷載，由于土的阻尼作用，必然產(chǎn)生動阻力，在確定靜阻力時要扣除動阻力部分，同時計算過程都是把樁土系統(tǒng)用一定的模式進行簡化，另外，還有別的原因，所以，動測法的精度是無法和傳統(tǒng)靜載壓樁試驗相比的。具體說，高應(yīng)變法誤差的主要來源有：(1) 測試誤差；(2) 計算誤差；(3) 與樁土相互作用機理不符合時引起的誤差；(4) 樁未被打動時的誤差；(5) 時效問題等。
