CASE法動靜對比分析在公路施工中的應(yīng)用

潘安

（福建盛杭工程質(zhì)量檢測有限公司，福建 福州 350009）

0 引言

靜載試驗一直是基樁承載力檢測中最有效、最普遍的檢測方法，相對于公路工程而言，該試驗方法存在成本與設(shè)備的顯性缺陷。某些場地過于軟弱無法滿足試驗條件要求，故部分建設(shè)單位欲采用高應(yīng)變動測法檢測承載力，以此來減少靜載試驗數(shù)量，加快施工工期。但是我國基樁高應(yīng)變檢測技術(shù)尚未成熟，由于高應(yīng)變檢測具有區(qū)域性，對于一些尚未經(jīng)過動靜對比的地區(qū)，高應(yīng)變檢測結(jié)果往往偏離實際。高應(yīng)變檢測不像靜載試驗?zāi)菢又庇^清晰，雖然高應(yīng)變檢測已有成熟的規(guī)范存在，但是現(xiàn)場檢測操作規(guī)范性要求仍然比較高，稍有不慎將會導(dǎo)致實測數(shù)據(jù)失真。為了降低成本而盲目地選用高應(yīng)變檢測，可能帶來無法挽救的工程事故。結(jié)合項目實例，對CASE 法中Jc值進行分析，并提出合理化區(qū)間。

1 動靜對比研究方案

由于福州位于東南沿海閩江入?？?，大部分地區(qū)地基為海相沉積軟土，淤泥埋藏很淺，其上只有1～2m 厚的可塑性黏土表土層。第一層淤泥層可達5～25m，幾乎遍布福州市區(qū)，個別地區(qū)淤泥層可達50m。因而，預(yù)應(yīng)力管樁的持力層基本設(shè)置在30～40m 以下的砂土狀強風化花崗巖上。該公路路基項目中基樁的樁側(cè)均存在大于25m 的淤泥軟弱層，深厚軟弱層專指沿海地區(qū)軟土地質(zhì)條件。

其一，同一根基樁先做高應(yīng)變檢測再做靜載試驗。

其二，靜載試驗是破壞性試樁。

其三，樁側(cè)均存在大于25m 的淤泥軟弱層，深厚軟弱層專指沿海地區(qū)軟土地質(zhì)條件。

其四，Jc值的確定通過動靜對比試驗得到：

式（1）中：Rs為擬合單樁極限承載力；R 為靜載試驗測得的單樁極限承載力；F(t1)為檢測過程實測的值。

其五，CASE 法單樁極限承載力：

式（2）中：Rsp為單樁極限承載力，kN；

t1為力峰值，t2為樁底反射位置；

Pmt1、Pmt2為與t1、t2時刻對應(yīng)的力值，kN；

Vmt1、Vmt2為與t1、t2時刻對應(yīng)的速度值，m/s；

Jc為CASE 阻尼系數(shù)；

Z 為樁身阻抗,kN·s/m。

其六，CASE 法阻尼系數(shù)Jc值的計算：

式（3）中：Rs為單樁極限承載力；R 與F(t1)為檢測過程實測的值。由此可以反推Jc值。

2 CASE 法動靜對比分析在公路施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

該工程位于長樂市文武砂鎮(zhèn)四站村附近，路基采用預(yù)制樁，樁型為PHC-500-125AB，總樁數(shù)786 根，樁長15.0～20.0m，持力層為砂土狀強風化花崗巖。

根據(jù)工程勘察報告，該場地巖土層構(gòu)成及特征自上而下分述如下：填中砂，厚度為1.10～2.50m。雜填土，厚度為0.80～3.30m。中砂，厚度為6.10～13.90m。（泥質(zhì)）粉砂，厚度為1.20～19.20m。淤泥質(zhì)土，厚度為1.90～3.50m。中砂，厚度為3.00～21.90m。（泥質(zhì)）粉砂，厚度為2.70～9.30m。淤泥質(zhì)土，厚度為4.00～13.10m。粉質(zhì)黏土，厚度為1.20～6.60m。圓礫，厚度為1.20～6.60m。（含泥）中砂，厚度為 1.10～5.30m。粉質(zhì)黏土，厚度為 0.70～13.20m。（含泥）中砂，厚度為1.10～8.70m。全風化花崗巖，厚度為1.50～8.60m。砂土狀強風化花崗巖，厚度為3.10～19.50m。

2.2 靜載試驗

預(yù)應(yīng)力管樁30#、39#、45#、46#、68#、71#樁的設(shè)計極限承載力為2500kN，加載分為9 級，每級為250kN，第一級為500kN，依次等量加載。加載至2500kN 時，繼續(xù)加載，第10 級2750kN，第11 級3000kN，終止加載條件嚴格按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）執(zhí)行。

靜載試驗結(jié)果：30#、39#、45#、46#、68#、71#樁的靜載試驗承載力分別為2750kN、3000kN、2750kN、3000kN、2750kN、2750kN。

其中30#、39#、45#樁靜載試驗曲線如圖1-圖3所示。

圖1 30#樁的Q-s曲線

圖2 39#樁的Q-s曲線

圖3 45#樁的Q-s曲線

2.3 高應(yīng)變檢測

高應(yīng)變檢測采用4t 重錘，預(yù)制樁安裝保護樁帽，重錘落距設(shè)置為1.0m，并設(shè)置水準儀測量樁頂沉降量，檢測過程嚴格按照規(guī)范要求。

其中71#樁高應(yīng)變檢測曲線如圖4所示。

圖4 71#樁擬合曲線圖

其中71#樁的RCAPWAP 擬合結(jié)果見表1。

表1 RCAPWAP 擬合結(jié)果表

檢測樁號為30#、39#、45#、46#、68#、71#樁的實測曲線上F(t1)值分別為：2495kN、2765kN、2622kN、2902kN、2631kN、2689kN；將實測曲線輸入RCAPWAP 擬合軟件，按照地勘資料，利用實測速度曲線擬合力曲線得出擬合承載力結(jié)果：檢測樁號為30#、39#、45#、46#、68#、71#樁的擬合承載力分別為2623kN、2879kN、2970kN、2808kN、2744kN、2634kN。

2.4 動靜對比分析

實測樁頂位移為3.1～4.8mm，說明高應(yīng)變檢測能夠有效發(fā)揮試樁的承載力，曲線擬合質(zhì)量系數(shù)在合理范圍內(nèi)（0.49%～3.69%），說明樁周土參數(shù)選取合理，曲線擬合法所得承載力能有效反映樁身實際承載力。結(jié)合式（3），計算出該項目持力層為砂土時，CASE 法阻尼系數(shù)Jc的取值范圍宜為0.02～0.10。

高應(yīng)變檢測的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)通過室內(nèi)曲線擬合法分析后，得出單樁豎向抗壓極限承載力值，結(jié)合式（3）計算出該樁所處樁尖土類型的CASE 法阻尼系數(shù)Jc值，將上述Jc值代入式（2）并結(jié)合相應(yīng)試樁的高應(yīng)變檢測現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，得出單樁豎向抗壓極限承載力CASE 法值。CASE 法承載力、靜載試驗極限承載力及兩者之間的誤差統(tǒng)計見表2。

表2 動靜對比分析

由表2可知，CASE 法所得擬合承載力普遍偏高于靜載極限承載力，因為靜載破壞性試驗單級跨度為250kN，是CASE 法計算承載力的誤差影響因素，所得靜載試驗極限承載力略為保守

由表2可知CASE 法誤差均在10%以內(nèi)，誤差在可以接受范圍內(nèi)，可見所選取的Jc值合理有效。

由表2可知，Jc值取得越小，CASE 誤差越小，結(jié)果越可靠，樁頂實測位移在3～6mm 之間能較好地激發(fā)樁身承載力。

由于靜載試驗數(shù)據(jù)單級荷載跨度為250kN，故對靜載試驗承載力有所低估。針對6 根樁的實測數(shù)據(jù)，將Jc=0.04 代入實測數(shù)據(jù)，重新計算CASE 法承載力，將其結(jié)果與動靜對比分析結(jié)果比較。從表2可以看出，當取Jc=0.04 時，CASE 法承載力與靜載試驗承載力的誤差在可以接受范圍內(nèi)。綜上所述，持力層為砂土狀強風化花崗巖，且樁側(cè)伴有深厚軟弱層的管樁，高應(yīng)變檢測CASE 法阻尼系數(shù)Jc取值范圍宜為0.02～0.10。為降低人為誤差，建議阻尼系數(shù)Jc取0.04。

3 結(jié)論

高應(yīng)變法檢測技術(shù)是從打入式預(yù)制樁發(fā)展起來的，通過實測預(yù)制樁打入時的樁身應(yīng)力、錘擊能力的傳遞、樁身完整性變化，檢測樁身極限承載力。目前確定承載力最常用的方法是CASE 法和曲線擬合法，對這兩種方法結(jié)合靜載試驗展開研究和討論，得出以下結(jié)論：

其一，分析PHC 管樁在深厚軟弱層地區(qū)的高應(yīng)變檢測結(jié)果，CASE 法阻尼系數(shù)Jc取值范圍應(yīng)為0.04～0.10，且取值越小，結(jié)果越符合實際，從工程質(zhì)量安全方面考慮，建議取值為0.04。

其二，根據(jù)靜載試驗與CASE 法誤差可知，CASE法計算承載力往往高于靜載試驗承載力。