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摘要：随着城市化进程的快速发展，摩天大楼的数量也随之增加。在建造高层建筑时，要确保建筑物的安全，就要保证建筑桩基质量，并将其作为安全质量的依据。因此，研究高层建筑桩基单桩检测技术应用具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。
关键词：高层建筑;桩基;单桩检测技术;应用;
1 工程概况
某住宅小区，上部结构为21层建筑，地下部分有两层地下室结构，包括地下停车场。从施工平面图可以看出，住宅小区的平面为矩形，长宽为 70×22m。 基础结构的选取为桩-筏板基础，地势多为平坦，经过清理后符合施工要求。地基土按岩性划分，可以将其分为6层。经过检测，地基土体对钢筋混凝土结构中的混凝土无腐蚀作用， 但是对钢筋有轻度的腐蚀性。成桩方式为转孔灌注桩。单桩基础的设计参数如下：选取C40强度等级的混凝土，直径 1m，长度为10m的桩基础。主筋为6φ14的通长钢筋。 根据规范要求，设计计算得出的单桩极限承载力为Qu=6800kN。
2 有限元模型的建立与计算
2.1 数值模拟模型参数
在本项目中，模型中的土体属性、几何参数以及边界条件如下： 地基土本构模型取为 M-C 理想弹塑性模型分析，持力层为砂砾，水平土压力系数为 1.0，简化土体的几何尺寸为二维模型， 为了将边界的影响降低，将尺寸定为 50×50m;桩身采用各向同性弹性材料模型，由钢筋混凝土构成，桩长10m，直径1m。在上部逐级施加8000kN/m 的上部荷载，每一级1000kN/m;模型底部约束其X和Y向位移，左右两端约束其X方向的位移，顶部自由。 地基土选取二维平面应变四边形单元（CPE4）进行计算。
2.2 数值模拟结果
本项目主要是研究高层建筑桩基检测技术的实用性，确定单桩承载力，并且与我国现行规范和数值模拟等两种方法确定的单桩承载力进行对比分析，试解释三者之间误差的原因。在本次数值计算过程中，桩顶荷载将分级加载，每一级加载为1000kN/m，最终加载至8000kN/m为止 。
当桩顶荷载增加到到8000kN/m时，曲线上升的趋势陡增，而且增量达到了6.05mm。根据我国有关规范，基础单桩的极限承载力的確定可以用这个方法：当 Q-s曲线出现明显的陡变时， 可以取相应的陡降起点的荷载作为单桩极限承载力。因此，可以认为地基土在该点处因竖向变形过大而发生了破坏。 取曲线发生陡增的拐点所对应的桩顶荷载，即7000kN/m作为基础单桩的极限承载力。
3 不同计算方法下的单桩承载力对比分析
3.1 用规范方法确定单桩竖向承载力
单桩的极限承载力由两部分控制，一是桩身材料的强度特性，二是桩周土强度特性以及桩与土体之间的接触关系。 一般来说第二部分对单桩极限承载力具有决定性作用。不同的方法考虑的作重点有所不同，因此计算出的单桩极限承载力数值会有偏差。 这里采用我国现行规范法计算单桩极限承载力。规范指出单桩极限承载力Qu与安全系数K相除可以得到竖向承载力的标准值， 且安全系数取为2，即：Rk=Qu/2（1）且规范中规定了R=1.2Rk（2）即R=3Qu/5 （3）因Qu=6800kN，代入公式（3）可知单桩竖向承载力的设计值为4080。 用本方法计算出来的单桩竖向承载力的主要影响因素是单桩极限承载力和安全系数，对土层强度和稳定性因素等的考虑较少，也没有考虑桩土间的接触情况。
3.2 用静荷载试验法得到单桩极限承载力
静荷试验法是在试验桩顶部设置千斤顶来加上逐级增强的静载来模拟试验桩的工程环境，并以桩身截面的应变、沉降或者结构开裂的情况作为分析指标，用来判断桩体的极限承载力等。桩顶沉降的主要影响因素是桩端阻力和桩周摩阻力的分配因素。为了避免偶然性的干扰，本次试验布置了三根试验桩。 试验桩位置的选取要符合穿过具有代表性的地层。分别对三个试验桩进行静力荷载施加和参数收集分析。各个试验桩都布置应变计和位移计等传感器以测量测试参数。现场静荷试验的步骤如下：
从零开始施加桩顶荷载，每一级荷载施加完成之后第0、5、10、30、60min 读取桩顶的沉降值;之后每30min 测量一次。当1h之内的沉降变化量少于0.1mm 时可以认为已经达到稳定;（2）当桩顶位移达到稳定时 ，施加下一级桩顶静载;（3）当累计沉降量达到40mm，或沉降量一直增加不稳定， 或桩顶的竖向变形比前一级荷载作用的沉降量大五倍以上，或Q-s曲线出现明显拐点，或桩体出现明显破坏，都可以认定为已达到极限承载力。（4）卸载时 ，以1000kN/h 的速率卸掉每一级荷载;（5）每卸载掉一级荷载按照步骤 （1）的方法测量沉降回弹。 当稳定时再卸掉下一级荷载。根据现场静力荷载试验，可以知道不同的试验桩的Q-s曲线都是缓慢变化型，见图1。 从图1可以看出， 三根桩的沉降变形都随着桩顶荷载 Q的增大而缓慢变大，到后期这种趋势有所增强，总体呈现出缓慢增加的趋势。 这与数值模拟的结果一致。
根据以上方法去判定桩体，3号试验桩没有达到极限承载力的判定条件，故认为还没有达到。1、2号桩体桩身发生了部分破坏 ，因此取其前一级加载为极限承载力，即7200kN/m。综上所述，考虑到不同桩位的受力有所差异，取三个试验桩中的最小值为静荷载试验法的单桩竖向承载力， 即7200kN为静载试验的承载力特征值.
3.3 高应变动力检测法
计算单桩极限承载力高应变动力检测法即是利用特殊定制的击锤对桩顶进行击打，击打产生的锤击力会以压缩波的形式在桩体内向下传播，当这种压缩波到达桩底后，会有一部分反射回桩顶，达到桩顶后也会有一部分压缩波被向下反射回桩底。从而使振动波不断在桩顶和桩底间反射循环，并不断衰减。通过安装在桩顶的速度和应变传感器可以捕获到这种振动信号。这种振动信号通过一系列数字处理后可以计算出单桩竖向的极限承载力。
结论
1） 通过有限元数值模拟，可以知道在桩顶荷载下，桩周土的沉降分布呈现出“马蹄铁”的形状，且越靠近桩体沉降越大，主要的平面影响范围在5m 之内。2）不同的单桩竖向承载力计算方法计算结果不同。 通过规范计算法得出的结果是最小的，这是因为这种方法较少考虑地基土的承载能力。用这种方法计算得到的单桩竖向承载力最安全。3）通过对比分析两种现场试验法，可知高应变动力试验法不仅准确度接近静荷载试验法，而且在时效性、便捷性和资源节省方面更具有优势。因此完善这种方法并逐步成为高程桩基检测方法的主流是未来的方向。4）通过有限元法和现场试验法的对比分析，可以证明现场试验法的合理性。之所以通过有限元法计算得出的单桩竖向极限承载力的数值会比较小，是因为地层、地下水条件等模拟因素的简化，使有限元计算中的承载力主要来自于桩端阻力，而桩侧的摩阻力考虑较少。
参考文献
[1]魏纲，魏新江，洪杰.高层建筑桩基单桩检测技术应用影响研究[J].防灾减灾工程学报，2019，30（增刊 1）：299-304.
[2]叶飞，毛家骅，纪明，等.高层建筑桩基单桩检测技术应用发展趋势[J].隧道建设，2019，35（08）：739-752.
关键词：高层建筑;桩基;单桩检测技术;应用;
1 工程概况
某住宅小区，上部结构为21层建筑，地下部分有两层地下室结构，包括地下停车场。从施工平面图可以看出，住宅小区的平面为矩形，长宽为 70×22m。 基础结构的选取为桩-筏板基础，地势多为平坦，经过清理后符合施工要求。地基土按岩性划分，可以将其分为6层。经过检测，地基土体对钢筋混凝土结构中的混凝土无腐蚀作用， 但是对钢筋有轻度的腐蚀性。成桩方式为转孔灌注桩。单桩基础的设计参数如下：选取C40强度等级的混凝土，直径 1m，长度为10m的桩基础。主筋为6φ14的通长钢筋。 根据规范要求，设计计算得出的单桩极限承载力为Qu=6800kN。
2 有限元模型的建立与计算
2.1 数值模拟模型参数
在本项目中，模型中的土体属性、几何参数以及边界条件如下： 地基土本构模型取为 M-C 理想弹塑性模型分析，持力层为砂砾，水平土压力系数为 1.0，简化土体的几何尺寸为二维模型， 为了将边界的影响降低，将尺寸定为 50×50m;桩身采用各向同性弹性材料模型，由钢筋混凝土构成，桩长10m，直径1m。在上部逐级施加8000kN/m 的上部荷载，每一级1000kN/m;模型底部约束其X和Y向位移，左右两端约束其X方向的位移，顶部自由。 地基土选取二维平面应变四边形单元（CPE4）进行计算。
2.2 数值模拟结果
本项目主要是研究高层建筑桩基检测技术的实用性，确定单桩承载力，并且与我国现行规范和数值模拟等两种方法确定的单桩承载力进行对比分析，试解释三者之间误差的原因。在本次数值计算过程中，桩顶荷载将分级加载，每一级加载为1000kN/m，最终加载至8000kN/m为止 。
当桩顶荷载增加到到8000kN/m时，曲线上升的趋势陡增，而且增量达到了6.05mm。根据我国有关规范，基础单桩的极限承载力的確定可以用这个方法：当 Q-s曲线出现明显的陡变时， 可以取相应的陡降起点的荷载作为单桩极限承载力。因此，可以认为地基土在该点处因竖向变形过大而发生了破坏。 取曲线发生陡增的拐点所对应的桩顶荷载，即7000kN/m作为基础单桩的极限承载力。
3 不同计算方法下的单桩承载力对比分析
3.1 用规范方法确定单桩竖向承载力
单桩的极限承载力由两部分控制，一是桩身材料的强度特性，二是桩周土强度特性以及桩与土体之间的接触关系。 一般来说第二部分对单桩极限承载力具有决定性作用。不同的方法考虑的作重点有所不同，因此计算出的单桩极限承载力数值会有偏差。 这里采用我国现行规范法计算单桩极限承载力。规范指出单桩极限承载力Qu与安全系数K相除可以得到竖向承载力的标准值， 且安全系数取为2，即：Rk=Qu/2（1）且规范中规定了R=1.2Rk（2）即R=3Qu/5 （3）因Qu=6800kN，代入公式（3）可知单桩竖向承载力的设计值为4080。 用本方法计算出来的单桩竖向承载力的主要影响因素是单桩极限承载力和安全系数，对土层强度和稳定性因素等的考虑较少，也没有考虑桩土间的接触情况。
3.2 用静荷载试验法得到单桩极限承载力
静荷试验法是在试验桩顶部设置千斤顶来加上逐级增强的静载来模拟试验桩的工程环境，并以桩身截面的应变、沉降或者结构开裂的情况作为分析指标，用来判断桩体的极限承载力等。桩顶沉降的主要影响因素是桩端阻力和桩周摩阻力的分配因素。为了避免偶然性的干扰，本次试验布置了三根试验桩。 试验桩位置的选取要符合穿过具有代表性的地层。分别对三个试验桩进行静力荷载施加和参数收集分析。各个试验桩都布置应变计和位移计等传感器以测量测试参数。现场静荷试验的步骤如下：
从零开始施加桩顶荷载，每一级荷载施加完成之后第0、5、10、30、60min 读取桩顶的沉降值;之后每30min 测量一次。当1h之内的沉降变化量少于0.1mm 时可以认为已经达到稳定;（2）当桩顶位移达到稳定时 ，施加下一级桩顶静载;（3）当累计沉降量达到40mm，或沉降量一直增加不稳定， 或桩顶的竖向变形比前一级荷载作用的沉降量大五倍以上，或Q-s曲线出现明显拐点，或桩体出现明显破坏，都可以认定为已达到极限承载力。（4）卸载时 ，以1000kN/h 的速率卸掉每一级荷载;（5）每卸载掉一级荷载按照步骤 （1）的方法测量沉降回弹。 当稳定时再卸掉下一级荷载。根据现场静力荷载试验，可以知道不同的试验桩的Q-s曲线都是缓慢变化型，见图1。 从图1可以看出， 三根桩的沉降变形都随着桩顶荷载 Q的增大而缓慢变大，到后期这种趋势有所增强，总体呈现出缓慢增加的趋势。 这与数值模拟的结果一致。
根据以上方法去判定桩体，3号试验桩没有达到极限承载力的判定条件，故认为还没有达到。1、2号桩体桩身发生了部分破坏 ，因此取其前一级加载为极限承载力，即7200kN/m。综上所述，考虑到不同桩位的受力有所差异，取三个试验桩中的最小值为静荷载试验法的单桩竖向承载力， 即7200kN为静载试验的承载力特征值.
3.3 高应变动力检测法
计算单桩极限承载力高应变动力检测法即是利用特殊定制的击锤对桩顶进行击打，击打产生的锤击力会以压缩波的形式在桩体内向下传播，当这种压缩波到达桩底后，会有一部分反射回桩顶，达到桩顶后也会有一部分压缩波被向下反射回桩底。从而使振动波不断在桩顶和桩底间反射循环，并不断衰减。通过安装在桩顶的速度和应变传感器可以捕获到这种振动信号。这种振动信号通过一系列数字处理后可以计算出单桩竖向的极限承载力。
结论
1） 通过有限元数值模拟，可以知道在桩顶荷载下，桩周土的沉降分布呈现出“马蹄铁”的形状，且越靠近桩体沉降越大，主要的平面影响范围在5m 之内。2）不同的单桩竖向承载力计算方法计算结果不同。 通过规范计算法得出的结果是最小的，这是因为这种方法较少考虑地基土的承载能力。用这种方法计算得到的单桩竖向承载力最安全。3）通过对比分析两种现场试验法，可知高应变动力试验法不仅准确度接近静荷载试验法，而且在时效性、便捷性和资源节省方面更具有优势。因此完善这种方法并逐步成为高程桩基检测方法的主流是未来的方向。4）通过有限元法和现场试验法的对比分析，可以证明现场试验法的合理性。之所以通过有限元法计算得出的单桩竖向极限承载力的数值会比较小，是因为地层、地下水条件等模拟因素的简化，使有限元计算中的承载力主要来自于桩端阻力，而桩侧的摩阻力考虑较少。
参考文献
[1]魏纲，魏新江，洪杰.高层建筑桩基单桩检测技术应用影响研究[J].防灾减灾工程学报，2019，30（增刊 1）：299-304.
[2]叶飞，毛家骅，纪明，等.高层建筑桩基单桩检测技术应用发展趋势[J].隧道建设，2019，35（08）：739-752.