彭序陽

樁基礎(chǔ)作為一種十分重要的基礎(chǔ)形式，在建筑工程、道路工程、橋梁工程以及港口工程中得到廣泛的使用[1～2]。樁側(cè)的摩阻力和樁端的端承力共同組成了樁基的豎向承載力，全世界范圍的從業(yè)人員就該項(xiàng)課題實(shí)施了大量的室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，就測(cè)定樁基的豎向承載力歸納總結(jié)出多種測(cè)試方法。本文則重點(diǎn)回顧了靜載荷試驗(yàn)法、動(dòng)力測(cè)樁試驗(yàn)法、自平衡測(cè)試法和原位測(cè)試法等四種方法的基本原理、重要性及各自的適用范圍。通過以上方式分別測(cè)試獲得單樁與土相互作用的樁側(cè)阻力和樁端阻力，并以此來最終確定單樁的豎向承載力。

1 靜載荷試驗(yàn)法

對(duì)于工程現(xiàn)場(chǎng)中原型樁的研究，靜載荷試驗(yàn)法被廣泛認(rèn)可為針對(duì)該場(chǎng)合目前最有效可靠的試驗(yàn)方法。因?yàn)橄啾绕渌椒?，樁的類型、入土深度、尺寸、施工方法、所在地質(zhì)條件和荷載特性等都能最大程度接近實(shí)際的工程情況。其它的方法，例如經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法[1]，是在靜荷載試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上提出的；而靜力觸探法、動(dòng)測(cè)法等[1]，靜載荷試驗(yàn)法則被用作其試驗(yàn)的校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

靜載荷試驗(yàn)法有很多優(yōu)點(diǎn)，它是檢測(cè)確定樁基承載力的基本方法，同時(shí)也是目前最可靠最直接的方法，在國際上得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外很多地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐都是基于此方法，并作為依據(jù)跟其他試驗(yàn)方法相比較。但是，靜載荷試驗(yàn)法也并非沒有缺點(diǎn)，例如：該方法的工期長(zhǎng)、成本高、占用施工場(chǎng)地等，由于這些原因的存在，也促使更多的研究人員更加努力的尋求其余更好的方法用于工程實(shí)踐中。

2 動(dòng)力測(cè)樁試驗(yàn)法

動(dòng)力測(cè)試法是一系列測(cè)試方法的總稱，這些測(cè)試是通過在被研究的樁上施加動(dòng)力作用，然后測(cè)定其在被施加動(dòng)力作用下的響應(yīng)，并以測(cè)定的結(jié)果來分析樁的工作狀態(tài)。在樁上施加的動(dòng)力（或稱激振力）可以是沖擊力，也可是瞬時(shí)脈沖荷載（瞬態(tài)激振）或持續(xù)的周期荷載（穩(wěn)態(tài)激振）等。

IssacsD.V[3]提出了一種解應(yīng)力波波動(dòng)方程的動(dòng)力測(cè)樁法，然后SmithE.A.L[4]在此基礎(chǔ)做了更深層次的研究，并把該方法投入實(shí)際運(yùn)用之中。將應(yīng)力波理論作為基礎(chǔ)，再經(jīng)過不斷發(fā)展，形成了現(xiàn)有的動(dòng)力測(cè)樁技術(shù)。運(yùn)用該種測(cè)樁方法原理為將一動(dòng)荷載施加于樁頂，這樣在樁上會(huì)出現(xiàn)明顯的加速度以及土的阻尼效應(yīng)，然后測(cè)量樁一土系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)，以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)來分析應(yīng)力波在樁土系統(tǒng)上的傳播和反射，分析樁身的阻抗變化情況，最終確定單樁的豎向承載力。

動(dòng)力測(cè)試法的應(yīng)用非常廣泛，可用于測(cè)量樁在動(dòng)力荷載作用下的樁身性狀變化情況、確定樁的豎向承載力、檢驗(yàn)樁身質(zhì)量、打入樁沉樁的性狀預(yù)測(cè)及樁基施工機(jī)械設(shè)備（錘等）性能的監(jiān)控等。在目前，樁基動(dòng)力測(cè)試領(lǐng)域中最常見、最注重的工作之一就是確定樁的承載力。動(dòng)測(cè)法有多種實(shí)現(xiàn)形式，高應(yīng)變法是以應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)，而通過實(shí)測(cè)波形的擬合法，在當(dāng)下被看作是最有效的動(dòng)測(cè)法[4]。采用這種測(cè)樁方法，是在樁的頂部施加一較大的沖擊荷載（沖擊錘重一般大于等于預(yù)估樁極限承載力的1%），這樣瞬時(shí)的高應(yīng)變狀態(tài)將在樁一土系統(tǒng)產(chǎn)生，并使樁產(chǎn)生明顯的貫入深度（貫入度的要求一般為大于等于2mm），然而很多情況下在分析計(jì)算決定樁土參數(shù)仍然要依靠經(jīng)驗(yàn)。所以，要進(jìn)一步提高高應(yīng)變法精度的關(guān)鍵就是必須將參數(shù)值的選取和常規(guī)的土工試驗(yàn)參數(shù)結(jié)合起來。

3 自平衡測(cè)試法

采取自平衡測(cè)試法測(cè)定大直徑樁的單樁承載力時(shí)，該方法比其他方法更加可靠和有效。在20世紀(jì)80年代中期，美國的Osterberg教授率先進(jìn)行了對(duì)樁承載力自平衡測(cè)試法的研究。在美國，目前該方法已被大范圍的使用，而這些年來在加拿大、法國、日本及香港自平衡測(cè)試法也漸漸被推廣開來。自1996年起，龔維明等[5]在這種方法的研究上取得了顯著而有效的成果，他們對(duì)關(guān)鍵設(shè)備-荷載箱、位移量測(cè)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究開發(fā)。這種方法是將一個(gè)荷載箱埋設(shè)置樁的中下部，然后通過油壓管在垂直方向上施加壓力，當(dāng)壓力增大到一定程度時(shí)，荷載箱就會(huì)分離，進(jìn)而引發(fā)了樁側(cè)阻力及樁端阻力的相互作用，直至樁達(dá)到極限狀態(tài)而被破壞。然后通過對(duì)測(cè)得的兩條向上、向下的曲線進(jìn)行分析，被測(cè)樁的抗拔承載力和樁下段的抗壓承載力都可被相對(duì)精確的獲得，然后通過計(jì)算，即可確定到單樁的抗壓承載力。但是Osterberg法在純摩擦樁和端承樁上的運(yùn)用遇到了一些阻礙，因?yàn)槿魶]有采取輔助措施或進(jìn)行預(yù)處理等辦法，一旦樁身阻力或樁端阻力其一達(dá)到極限而是樁遭到破壞，后續(xù)的測(cè)試很難繼續(xù)進(jìn)行。針對(duì)這一問題，黃鋒等[6]在進(jìn)行大量研究之后提出了對(duì)該測(cè)試法的改良措施，可以證實(shí)在Ostetherg法中樁承載力的發(fā)揮受樁周圍土體非連續(xù)變形的影響相當(dāng)有限，并且Ostetherg試驗(yàn)和傳統(tǒng)的壓樁試驗(yàn)測(cè)得的樁的總承載力（摩阻力和端承力之和）的結(jié)果是非常接近的。

4 原位測(cè)試法

常見的采用原位測(cè)試法確定基樁承載力的方法有：靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)和旁壓試驗(yàn)三種[6]。在它們之中，靜力觸探試驗(yàn)己作為國家規(guī)范被多個(gè)國家采用，我國鐵道和建工等多個(gè)部門多年年來也針對(duì)試驗(yàn)方法此做了大量的研究。動(dòng)力觸探試驗(yàn)主要可分為標(biāo)準(zhǔn)貫入和圓錐動(dòng)力觸探兩種方式，而錘擊數(shù)N都是他們分析土層的物理力學(xué)性質(zhì)的唯一試驗(yàn)指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在國際上被大量運(yùn)用，并且累積了一定的經(jīng)驗(yàn)公式。圓錐動(dòng)力觸探則因能夠連續(xù)貫入，并且操作簡(jiǎn)單便捷，進(jìn)而使標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的缺點(diǎn)得到彌補(bǔ)。旁壓試驗(yàn)法為法國創(chuàng)造，并且已有一系列規(guī)范被制定。而在我國，國產(chǎn)的旁壓儀的工作壓力偏低，對(duì)于過深的土層強(qiáng)度和變形參數(shù)的測(cè)定尚有難度。

5 以上方法不足

上述方法的研究，基本都把三維的樁-土體系簡(jiǎn)化為一維體系來研究，實(shí)質(zhì)是把樁看作一維桿件，把土對(duì)樁造成的影響用若干參數(shù)進(jìn)行替換。如果要用更加貼近真實(shí)情況的三維體系進(jìn)行的理論分析研究，因?yàn)閿?shù)學(xué)和力學(xué)上的障礙難以得到顯著的成效。曹勝敏[7]在其博士論文中研究了高樁碼頭樁豎向荷載下樁-土耦合作用。其研究結(jié)果指出：影響高樁碼頭樁基豎向承載性能的因素眾多，樁側(cè)土的性質(zhì)及土層分布、樁端土層的性質(zhì)、幾何特性等都對(duì)其性能造成影響。該試驗(yàn)研究了豎向荷載作用下樁-土耦合作用，但碼頭高樁并非只承受豎向荷載的作用，還要承受水平荷載、傾斜荷載等多種荷載的聯(lián)合作用，多種荷載的作用使樁基的性狀更加復(fù)雜。因此，應(yīng)進(jìn)一步完善本文使用的模型，進(jìn)行研究和計(jì)算分析，并獲得期望的成果。在建筑結(jié)構(gòu)中，樁基并非一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，更多情況是的群樁基礎(chǔ)共同發(fā)揮作用，所以有必要在單樁研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展群樁基礎(chǔ)下的樁-土藕合及力學(xué)、穩(wěn)定行為的研究[8]。

6 結(jié)束語

本文回顧并總結(jié)了當(dāng)前評(píng)估樁基豎向承載能力模型試驗(yàn)的幾種基本方法：靜載荷試驗(yàn)法、動(dòng)力測(cè)樁試驗(yàn)法、自平衡測(cè)試法以及原位測(cè)試法的基本原理、重要性及適用范圍。靜載荷試驗(yàn)法是檢測(cè)確定樁基承載力的基本方法，同時(shí)也是目前最可靠最直接的方法，但該方法并不是沒有缺點(diǎn)，如成本過高、工期過長(zhǎng)、施工占地面積大等都制約了它的應(yīng)用；動(dòng)力測(cè)試法是通過在被研究的樁上施加動(dòng)力作用，然后測(cè)定其在被施加動(dòng)力作用下的響應(yīng)，并以測(cè)定的結(jié)果來分析樁的工作狀態(tài)，其應(yīng)用范圍十分寬廣。

采取自平衡測(cè)試法測(cè)定大直徑樁的單樁承載力時(shí)不失為一種更加可靠和有效的方法；原位測(cè)試法則主要是通過靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)和旁壓試驗(yàn)三種方式來確定基樁承載力。但以上幾種方法亦存在其各自的缺點(diǎn)，望在今后的科研工作中能夠?qū)m宜于各種不同情況下的方法進(jìn)行改進(jìn)，為進(jìn)一步研究樁-土系統(tǒng)之間作用的機(jī)制，確保樁基礎(chǔ)在工程使用中的安全、適用性和耐久性能等方面提供一定的參考。

[1]朱守鵬，劉齊茂.樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用研究綜述及展望[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，24（3）：253～257.

[2]張波.粘土與加筋材料接觸面力學(xué)特性研究與工程應(yīng)用[D].南京：東南大學(xué)，2005.

[3]Issacs D.V.Reinforced concrete pile formulas[J].Transaction of the Institution of Engineers，Australia.1931：312～323.

[4]Smith E.A.L.Pile drivinganalysisby thewaveequation[J].Joumal of the Soil Meehanics&Foundations Division.Proceedings of the American Society of Civil Engineers，1960，86（SM4）：33～61.

[5]龔維明，鄒小平.鉆孔灌注樁樁底壓漿設(shè)計(jì)施工分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，1996，04：78～82.

[6]黃鋒，李廣信，鄭繼勤.單樁在壓與拔荷載下樁側(cè)摩阻力的有限元計(jì)算研究[J].1999，06：98～104.

[7]曹勝敏.高樁碼頭樁豎向荷載下靜動(dòng)力學(xué)行為研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2008.

[8]孫訓(xùn)海.土工合成材料界面特性研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.