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（整期优先）网络出版时间：2024-06-17

作者: 周祥张东

建筑科学 >城市规划与设计

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建筑工程桩基承载力检测方法优缺点及在承载力实际工作中成果分析

周祥张东

四川省第十地质大队 621000

摘要：桩基承载力检测方式包括静载测试、高应变动力测试、钻芯法检测以及自平衡检测等，基于此，本文总结建筑结构中桩基承载力测试方式的优点和缺点，最后就承载力检测方法在基础建设方面的具体运用做了浅析，以供参考。

关键词：建筑物；桩基；承载力测试

0前言

新时期，高层构筑物需要强度很高的地基，桩基是土建结构中非常重要的基础。桩基处理中必须做好检测工作，这是系统评估单桩承载力与桩体性能的关键途径，还可以评估桩基结构是否达标，并且补强不达标的桩体。由于桩基比较隐蔽，因此检测与事故后的解决都非常难，所以，桩基规划前与建设后均要展开检测工作，确保桩基结构质量。本文仅对竖向抗压中承载力检测的方法和结果进行简要论述。

1、建筑结构中桩基承载力测试办法的优缺点

1.1堆载法静荷载测试方式

静载堆载实际图片桩基结构质量的优劣由承载力和桩体质量所决定，其中最重要的因素即承载力。精准测量单桩承载力，可以保障建筑结构基础规划和顶部结构规划质量。一般会采取静荷载检测方式，桩基检测旨在掌握单桩承载力，这是测量单桩竖向承载力最稳定、最直观的办法，其以固定时段的下沉量为稳固标准，经增加不同压力，读取桩体下沉量，以获得荷载和下沉量的曲线，根据检测结的分析来掌握桩基承载力高低。

静荷载能够直接、稳定测试桩基竖向抗压承载力，但建筑建设中基准桩隐患常常被检测者忽略，极易导致基准桩打桩深度不够，检测时存在位移现象[1]。静荷载测试法用来测量桩基承载力，主要涉及桩基竖向承载力与水平承载力的测量，一般采取竖向静荷载测试，适合用来测量试桩的承载力，不得做破坏性测试。

优点：受力条件非常类似桩基实际受力条件；测量精度很高，相对偏差在10%左右；操作方便，最直接、最稳定，适用性好。

缺点：受场地条件影响大，某些场地条件较差的工作场地，不具备荷载平台的搭建。工作强度高，风险性大，某些设计承载力特征值较大的（比如设计承载力特征值大于10000kN）桩基在平台搭建方面难度极高，存在很大的安全隐患。某些检测单位还没有自动化设备，检测者十几个小时一直处于荷载下方，极易疲劳、犯困，降低检测效率及效果，还一直面临安全危险，人为影响因素复杂。

1.2高应变动测方式

高应变现场图片桩基高应变动测试方式指用重锤瞬态锤击桩上方，让桩周土出现塑性变化，在桩端部测量力与速率的时程曲线，采取应力波理论研究获得桩基的技术参数，揭露桩基在靠近极限阶段状态下的基本性能，研究桩体效果，掌握桩基极限承载大小，作用在于判断桩竖向防压承载力是不是符合设计标准[1]。该方法判断桩体水平整体型空隙、预制桩端部等问题时，可以在发现这些“问题”是否降低竖向防压承载力的同时，科学判断问题严重性，用于补充检验低应变法。如今，很多地方采取高应变发加大承载力与完整性测试频率，已经是比较常用的方法。

优点：检测工具较静载轻便，测量迅速，成本少，受场地条件影响小，是高应变动测方式最大优势，因此能够对建筑展开大比例测量；同预制桩和钢桩打桩阶段测量桩体应力，测定锤击频率，为确定沉桩技术参数与桩长带来依据。

缺点：锤击力量如果太大将会损坏桩基，特别是灌注桩；高应变是间接法求出桩的承载力，精准性比静荷载测试法要低；桩体有明显问题的桩不适宜采取高应变动测法测量承载力；高应变现场测试及资料分析需要极高的专业知识和工作经验，不是每个检测单位都能够达到这个要求；高应变适用范围有限，必须针对桩型、设计基础等级、桩径、设计承载力大小（锤重因素）等因素来确定是否适用。

1.3钻芯法

d28ff9b4c35e6361f54168e589eb06b 该方法是用钻心机在桩顶从上至下钻取数量孔数的桩体砼与桩头持力层芯样，然后采样防压，一次判定桩长、桩体完整度、桩体砼强度、沉渣厚度、持力层质量是否符合设计标准。该方法适用于仅适用于灌注桩，当检测设备或现场条件受限制，难以进行单桩静载荷试验的工程项目，可采用此方法进行持力层核验的方式进行，但从把握工程质量安全的角度出发，同时确保工程验收工作的顺利开展，采用此方法需要各方责任主体单位共同确认，必要时进行专家论证。

优点：钻芯法非常直观，是测量基础完整性的最后环节，能够用于检验声波透射方式与低应变动测的结果；能够采样防压测量桩体砼强度是否符合设计规定；能够测量桩下沉渣厚度；能够测量桩下持力层强度以及厚度是否符合设计规定；特定工程场地条件下，经论证可以代替传统静载荷的方法。

缺点：测量区域只限于钻芯孔，尽管孔位布局均匀，但是依旧比较随机；难免会破坏桩体完整度；很难对桩径很小的桩抽芯，钻芯孔会在钻入环节偏移桩体；测量成本多，测量机动性很差，钻机钻场要搭配机械；较传统静载荷检测方法，此方法在验证桩身承载力方面，结果可靠性不足。

1.4 自平衡法

桩基自平衡检测法的主要装置是荷载箱，由活塞、顶盖、底盖、箱壁及活塞4部分组成，主要功能是用于加载实验，在设计时，桩的外径要略大于荷载箱顶盖、底盖的外径，荷载箱的顶盖、底盖上布置有位移棒。桩基自平衡检测法的检测原理是：第一步，在桩身选择好荷载箱安装位置，第二步，沿垂直方向安装荷载箱，第三步，进行加载实验，同时取得荷载箱上、下部各自的承载力，并做好参数记录，第四步，以简单系数处理试验载荷，求得极限载荷。桩基自平衡检测法的关键环节是第三步，即进行加载实验以取得荷载箱上、下部各自的承载力，具体操作如下：首先，将钢筋笼同荷载箱焊接后放入桩体，浇筑混凝土成桩。其次，地面试验人员通过油泵向桩体加压，荷载箱随着压力的递增同时向上、向下发生变位，这样，桩侧阻力及桩端阻力得到发挥，这些技术参数将成为计算桩体极限载荷的依据。

优点：比静载检测设备轻巧，桩基直径越大越适用，也可直接读出桩基承载力，可以得到土层摩阻力；不受场地条件限制，可在水上、坡地、狭窄场地试桩，利于工程进度的推进；与传统锚桩法和堆载法相比，试验装置较为简单，不需要大量堆载物，也不需要笨重的反力装置，有效做到省时、省力、安全、环保等优势，且试验结果也可靠。

缺点：自平衡箱体的安装和制作会对检测结果产生直接影响，同时检测的桩基需要提前选定，对整批工程桩的检测会缺乏一定的随机性，不能根据现场施工状况来选定检测桩；自平衡检测结束后需要对荷载箱位置进行压降处理，可能会对桩基本身质量造成一定的影响；对于长度较短的桩，因为桩身无法提供足够的摩阻力，达不到自平衡的效果，只能在桩顶施加荷载或者反锚装置，使得过程复杂化。

1.5 锚桩法

5d1dc9ad64b4812e233be5d13c1864b0_w700d1q75cms 锚桩法和1.1中的堆载法静载荷测试的原理一样，只是将堆载装置换成锚桩装置。锚桩反力梁装置在具体的应用中又可根据反力锚的不同分为两种:将反力架与锚桩连接在一起提供反力的，俗称锚桩反力梁装置;将几只螺旋钻钻入地下使用地锚提供反力，俗称锚杆反力梁装置。锚桩反力梁装置就是将被测桩周围对称的几根锚桩用锚筋与反力架连接起来，依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起，由被连接的锚桩提供反力。提供反力的大小由锚桩数量、反力架强度和被连接锚桩的抗拔力决定。锚桩反力梁装置一般不会受现场条件和加载吨位数的限制，当条件允许时采用工程桩作锚桩是最经济的，但在试验过程中需要观测锚桩的上拔量，以免拔量，以免拔断，造成工程损失。

优点：比静载检测设备轻巧，安装快捷，特别对于大吨位试桩，节约成本方面效果显著；同样受场地条件制约较小，对于坡地、狭窄工地等场地条件，具有较高的适应性。

缺点：安装时荷载对中不易控制，试验开始阶段容易产生过冲，会对反力工程桩的承载力产生一定的影响，如果设置专用的反锚桩，则会大大增加工程成本；提供反力的锚桩在试验过程中会对桩间土扰动，从而影响试验桩的试验结果；对桩身承载力较大的灌注桩存在无法进行随机抽样的问题。

2、各类方法在承载力实际工作中成果的浅析

2.1静载法在承载力实际工作中成果的浅析

静载法包含上述的堆载法、自平衡法、锚桩法，其中堆载法和锚桩法的结果曲线和判定标准相同。

单桩竖向抗压极限承载力应按下列方法分析确定：

（1）根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q-s曲线，应取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值；

（2）根据沉降随时间变化的特征确定：应取s-lgt 曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值；

（3）对于缓变型 Q-s曲线，宜根据桩顶总沉降量，取s等于40mm对应的荷载值；对D（D为桩端直径）大于等于 800mm的桩，可取s等于0.05D 对应的荷载值；当桩长大于 40m 时，宜考虑桩身弹性压缩；

（4）不满足本条第1～3款情况时，桩的竖向抗压极限承载力宜取最大加载值。

针对规范确定的极限承载力取值办法，结合实际工作中可能出现的情况，这里列出下面几种可能的曲线及取值办法，仅供参考。

（a）正常的合理的Q-S曲线，最大加载值4000kN，特征值取值2000kN；

（b）第八级加载后，曲线出现陡降现象，考虑桩端土或者桩体破坏，极限值取值3200kN，特征值取值1600kN；

（c）加载开始位移较大，考虑没有进行预压，同时加载过程中出现曲线陡降，则考虑桩头可能出现破坏；

（d）加载过程中，第六级加载过程中，沉降值超过第5级两倍，并且不能稳定，端阻力未发挥作用（桩未打到位），此时极限值取值2000kN，特征值取值1000kN；

（e）对于桩径小于800mm的桩，总沉降超过40mm，极限值取值为超过40mm的一级作为极限值，特征值取值1800kN。

以上测试结果针对的是堆载法及锚桩法，自平衡法静载试验的检测结果可以通过相关公式及软件进行曲线的等效转换，转换方式如下：

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2.2高应变法在承载力实际工作中成果的浅析

高应变现场检测不像低应变检测容易获得信号曲线，一根桩的高应变曲线往往花费较高，要作好充分的准备。主要有：

传感器的检查，电锤和膨胀螺栓的检查；干扰防治：50Hz交流电对应力环有较大的干扰作用，应使用直流电；各传感器的连线要坚固，同时防止线中的金属和大地接触，最好架空；现场检测前，最好了解该桩的承载力，作低应变检测，了解桩身完整性，看地质资料，了解相关信息，做到心中有数。

信号质量的判断：

信号没有不规则的毛刺或振荡，没有明显的干扰；应力和速度归零，表明桩已静止；F(t)和ZV(t)在起始段重合且同时到达峰值，说明传感器、锤击系统和桩头基本正常；打击力在合理的范围；桩总阻力在合理的范围。

JGJ106对检测数据质量作出下列规定：

1、检测承载力时选取锤击信号，宜取锤击能量较大的击次。

2、当出现下列情况之一时，高应变锤击信号不得作为承载力分析计算的依据。

传感器安装处混凝土开裂或出现严重塑性变形使力曲线最终未归零；严重锤击偏心，两侧力信号幅值相差超过1倍；四通道测试数据不全；高应变实测的力和速度信号第一峰起始比例失调时，不得进行比例调整。

典型曲线定性评价

判别依据：

1、F和ZV曲线相对位置，分开距离大小；

2、桩尖反射的方向，以及桩阻抗变化处特征反射的方向。

应力波沿桩身传播，遇土阻力时要产生上行压力波。它使测点的力波上升，使速度波下降，所以土阻力愈大，力和速度二者分开距离愈大。

（a）、（b）波形表明，2L/c前力F和速度V波形分开距离不太大，桩尖反射强烈，说明桩身处于较差土层，侧阻力不大，桩尖未进入持力层，端阻力很小。

（c）波形表明，桩已进入好土层，侧阻增大，端阻力在提高。

（d）波形表明，2L/c以后，速度波往下拉很多，桩已进好持力层，端阻力大大增加。

这里也列举部分异常曲线的情况

（a）波形是打桩期间进行的测试，桩很容易打入。几乎无桩侧、端阻力；

（b）波形表示，桩侧阻力很小，几乎无端承力；

（c）波形表示，桩侧阻力很大；

（d）波形表示，侧阻力较小，端阻力很大；

（e）波形表示，仅有桩端阻力，无侧阻力；

（f）波形表示，侧阻力很大，端阻力很大。

2.3钻芯法在实际工作中成果的浅析

芯样抗压要点：每孔截取芯样：桩长＜10m时，可取2组；桩长10-30m时，取3组芯样；桩长＞30m时，不少于4组。

截取位置：上（下）部芯样截取位置距桩顶（底）不宜大于1倍桩径或1m，中间芯样宜等距截取。

芯样制作：每组芯样制作3个抗压试件，切割、磨平、补平， 0.95d≤试件高度≤1.05d。达到要求后可立即进行抗压强度试验。

桩身完整性判定标准

实际工作中，仅采用钻芯法来验证桩身承载力的情况比较特殊，在特殊场地条件或者设备运输不方便、承载力较大的情款下需要各方确认及经专家论证才能实施。此方法需要根据钻芯法检测的桩身混凝土完整性、沉渣厚度是否符合规范要求、嵌岩桩的嵌岩深度是否满足设计、桩底岩石抗压强度是否满足设计、桩底3d5m范围内有无软弱层、空洞、裂隙等多方面来验证后得出桩身承载力是否满足设计要求。

下面就实际工作可能遇到的部分情况做一个简要探讨。

南塘2 全拍-1（21米后基本没芯样）