桩基础动测方法综述

桩基础动测方法综述

摘要在土木工程的施工建设过程中，桩的使用对于其具有重要的基础意义，而确定桩的最大承载力是保障土木工程建设质量的重要前提，亦是地基稳定的必然保证，一旦土木工程在其施工建设的过程中，工程体积、质量过大且超过桩的最大承载力，不仅会影响到其正常的使用寿命，亦会对人的安全造成严重的威胁，因此，要重视桩基础承载力的测试，并选用合适的测试方法。

关键词桩基础；动测方法；工作性状

桩的承载力试验主要包括两个方面的试验测试，且这两个方面对于桩的牢固性及工程体的稳定性都具有重要的作用，因此，在桩的承载力试验测试中，要重视其测试的完整性，也即包括对桩神的结构承载力测试以及地基对桩的承载力测试，以确保承载力测试结果的完整性及准确性，并为工程体的施工建设提供一定的基础。

一、桩基础动测方法概论

针对桩承载力的实验测试方法主要有两种，一种是静载试验测试方法，另一种则是本文所重点介绍的动测方法。在运用静载试验测试方法进行桩承载力的测试中，存在两个方面的缺陷：一是其并不能全面的反应桩的承载力，也即不能分别反应出桩身的结构承载力及地基对桩的承载力；二是该种试验测试方法费用的高昂，且其测试结果并不能准确反应出全部桩的承载力。

而动测法则在一定程度上克服了静载测试方法的一些缺点，其在对桩承载力的测试过程中充分应用了电子技术、计算机等相关的、较为先进的现代科技成果，以更加准确、全面的测量动力作用下桩的动态响应，并根据动态响应结果及规律建立相应的简化分析模型，以某些动力学原理、相关的动力计算公式为分析手段，完成桩承载力的测试工作。与静载试验测试方法相比，其在某些方面具有一些不可比拟的优势，如较低的试验费用、较高的测试效率等。基于此，动测方法与静载试验方法，其在工地上的应用范围更加广泛，并因其高效、快速的测试优势，甚至可以利用此法对工地上所有的桩进行承载力的测试，以便全面了解桩的质量。

通过对动测方法的进一步研究，可以发现，该方法在实质上是在对桩施加一定压力的基础上，通过对其动态反应的分析来确定桩的实际承载力并解决相应的工程问题，如将冲击力应用在桩承载力的测试中，亦可将瞬时脉冲荷载等作用在桩上，用作桩承载力的测试，这些皆被称作对桩的动力测试方法。

二、桩的工作性状

1、桩的工作性状表现

在桩工作性状的研究上，就目前的研究情况来看，主要集中于常用的竖桩工作性状研究，也即对其支承垂直荷载时的工作情形研究。

在此研究的工作过程中，可以发现，此时竖桩的压力主要来自于水平向的土压力，桩上垂直荷载、桩与土之间的距离、桩侧阻力、桩端阻力四着之间是试验过程中呈现出明显的联系，并通过对比研究实验发现，单桩在进行其荷载的传递过程中，其表现特征首先出现在桩侧阻力变化上，并在桩的上半部分最先发挥出来；而桩端阻力的发挥则是随着桩侧阻力的逐渐向下推移而逐渐显现出来的。下图表示桩的荷载传给地基土的不同形式：

2、打入桩的时间效应分析

在对打入桩的时间效应研究中发现，桩的承载力在将桩打入软粘土中的初期阶段增长的速度较快，而在此后的一段时间内，其承载力持续增大，并增长速度有所放缓。

综上所述可知桩的承载力是随着时间的不断推移而逐渐增大的，究其原因，主要是由于以下两点：一是桩所在位置的粘性土层屠神具有一定的强度，但因其触变性征的存在，在该位置进行打桩时，由于桩挤压力的存在，使得粘性土层的强度在一定程度上受到破坏，而这种破坏随着时间的不断推移及粘性土层的自我

修复能力、桩的固定逐渐得到恢复，进一步加强了桩的牢固性，提高了桩的承载力；二是桩周土壤强度的增强，也即在桩逐渐巩固并与周围的土壤混为一体的过程中，空隙水压力逐渐消散，致使桩周围的土壤在桩挤压力的作用下变得更加固结、密度更大，致使其土壤强度的大力增加，对桩的稳固性其到了进一步的支持和巩固作用，增大了桩的承载力。

3、群桩效应

在土木工程的建设及打桩的过程中，要注意区分单桩和群桩之间的区别。相关试验研究证明，在桩承载力的测试上及桩在土木工程的建设应用上，单桩与群桩之间是有着一定差异的。在进行群桩承载力的测试上，要明确一个概念，也即群桩效应，当各桩之间的中心距小于六倍桩径时，在桩的承载力上就会出现群桩效应。据相关的案例研究发现，即使单桩的承载力实验结果满足土木工程建设的需求，但当其形成群桩效应时，其在很大程度上就不能再继续满足土木工程的建设。因此，在进行群桩承载力的测试中，要经过单桩承载力的折减进行估算。

三、常用动测方法简述

近几年来随着动测方法在桩承载力测试中应用的逐渐推广及相应测试设备、测试技术的不断提高和改进，在桩承载力的测试应用尚已存在多种动测方法，笔者就实际工程建设中常用的桩动测方法作一简单的介绍，并以应变大小为介绍依据，具体表现如下：

1、桩的低应变试验方法

桩的低应变试验方法种类繁多，且其相关的试验设备较为简单，操作方法易于掌握，但在桩的承载力试验测试中存在一定的缺陷，如其不能进行桩的极限承载力的测量等，归属于该类动测方法体系的主要包括以下几种：

（1）动力参数法

该动测方法在桩承载力的测试过程中应用的主要依据是周光龙教授简化的单自由度质量弹簧系统，并利用铁锤对其进行敲击测试体系的固有频率，以此为依据，结合相应的计算公式，计算出该质量弹簧系统的动刚度数值并结合相应的经验公式，算出桩最终的承载力。

（2）共振法

该方法主要是通过桩的共振频率及其特性曲线来进行桩的垂直及水平承载

力测试。在使用该动测方法时，依然要对桩土体系的综合动刚度进行计算，并以此为依据进行桩的容许承载力估算。

在进行裙桩承载力测试及桩体质量检查的过程中，通过共振法所得的动刚度值尤为重要，其数值的大小直接关系着桩质量的好坏，当动刚度值较大时则说明同批桩中有桩存在鼓肚的现象；若较小，则证明裙桩中有桩存在缩颈或桩身断裂现象。

（3）机械阻抗法

该动测方法主要是基于不同频率域内测量桩的动态反应来进行桩质量、承载力及结构的试验测试。

在利用该方法进行桩试验测试的过程中，首先要将桩的整个结构进行简化，也即将其转化为易于试验测试的基本模式，该模式主要由集中质量、无质量的弹簧及阻尼三部分组成；最后再根据相关的公式计算出桩的长度、导纳的几何平均值、桩的动刚度，并以此为依据进行桩承载力的估算或者是桩结构质量的判断。

关于低应变试验方法除以上三种之外，还包括水电效应法、超声波探伤法、反射法等一些较为常见的桩基础动测方法，并应用在土木工程建设的施工过程中。

2、桩的高应变试验方法

桩的高应变试验方法是为弥补低应变试验方法的不足而被逐渐研究和开发出来的，利用该种动测方法可以较为准确的提供桩的实测承载力。就目前应用较为普遍的高应变试验方法主要包括以下三类，具体表现如下：

（1）动力打桩公式

该方法是土木工程建设中常用的动测方法，其主要是依据打桩时实测柱的贯入度以及相应的打桩公式来进行单桩承载力的计算。就其目前存在的打桩公式来看，其虽说拥有较多的种类，但都有着一些本质上的相同性，也即皆遵守能量守恒原理，并由此推导而出。打桩公式因其推导值的准确性，成为工地施工过程中的常用监测工具。

（2）锤击灌入法

该动测方法主要适用于中小型打入桩的承载力测试中，在适用该方法时，要