众所周知，在大面积沉桩作业之前，都要进行试桩项目。那么什么是试桩？简而言之，就是根据地勘报告或者当地类似项目的施工经验，通过试桩测试来选定桩型、确定打桩设备及单桩的竖向承载力，从而指导下一步施工。

试桩的目的是为了避免全面动工之后，发现桩型、打桩设备不匹配，或者承载力不满足设计要求造成的经济损失。一般来讲，试桩项目要解决或者回答以下几个问题：

（1）锤的性能判定，利用现有打桩设备，能不能将桩打到设计标高？

（2）在打桩过程中，桩身应力在不在可控范围内？通俗来说，就是打桩过程中桩会不会被打坏掉？

（3）停锤标准是什么？打到设计标高后，单桩竖向承载力满不满足设计要求？

打桩监控是高应变测试的一项重要功能，将传感器预先安装在桩身上，从起锤到终锤的每一次锤击相当于做一次高应变，由于在整个打桩过程中持续的进行测试，那么得出的样本数据多，岩土工程师获得的信息也比常规的承载力复核更丰富。再结合PDI公司的GRLWEAP模拟打桩过程软件，可以很好的回答以上几个问题。

一、锤的性能判定

桩作为连接上部结构与下部持力层的构件，它是需要满足一定的尺寸要求，也就是说我这个桩要打到设计标高，否则上部结构施工就无法开展。

在打桩前，我们可以通过GRLWEAP软件试算一下，在现有的锤击设备下，桩能不能打到设计标高。

在锤模型界面（图1），选好锤的编号，输入实际的锤垫与桩垫等装配件参数，锤模型即刻建立好，简单快捷。在输入好土模型、桩模型后，经过试算就能模拟出详细的打桩过程。我们观察每米的锤击数，就能得知桩是否能打到设计标高。如图1所以，在30米处每米锤击数就有1200击，32米1900击，34米直接为9999，可见在此锤击设备下，桩是不能打到标高的，需要更换。

当然，GRLWEAP软件是一个建模软件，其模拟的准确程度取决与土模型、桩模型、锤模型建立的是否正确，所以，准确的地勘报告与锤参数资料是必不可少的资料。经过大量实际工程案例的应用支撑，只要地勘报告详实准确，锤参数可靠，GRLWEAP软件模拟结果与实际打桩过程非常的匹配。

图1：GRLWEAP软件锤模型建立界面与报告输出界面

在实际的打桩过程中，我们可以利用PDA-S软件直接读出每次锤击作用下，实际传输到桩身中的能量EMX以及锤的实际效率ETR，获取这些参数可以帮助我们更好的了解锤的实际工作状况。

由于冲程可变，以及桩垫、锤垫在打桩过程中厚度变化，加上设备使用周期问题，所以即使同一台桩机，他每一锤的实际效率也是不一样的。

EMX，含义为传输到桩身中的最大能量。这个参数非常的重要，是评价锤性能最直观的指标，其物理意义其实就是锤对桩实际做的功。需要注意的是，这个EMX并不是指锤的额定能量，由于碰撞、机械损耗，锤在作业时实际做的功是要小于锤的额定能量ER的。那么EMX/ER的比值就是ETR，意义为能量传输比。举个例子见图2，EMX为212.3KN-m，即212千焦，该锤在1米的冲程下的额定能量为350KJ，故能量传输比ETR为：212/350=60.6%。

图2

在数据采集前或过程中，我们可以打开数据限制设置框，对能量进行实时观察，选中Display Line选项，如果超限了，就会在采集屏幕上发出警告，提醒更改锤击能量，能量限制见图3。

图3

二、桩身应力观察与控制

上一节我们讲到锤击能量问题，也就是说桩机提供的能量要足够，以确保桩能克服土阻力沉到设计标高，那么是不是锤击能量越高越好呢？显然不是的，越高的锤击能量，打击力就会越大，桩身的应力也会增大，如果桩身应力超过桩身材质的屈服强度，桩就会被打坏掉。如混凝土桩比较关注桩身的拉应力，我们就可以在PDA-S软件中实时观察TSX参数（图4）。

表1 C60~C80混凝土的轴心抗拉强度（28d）MPa

图4

如果在打桩监控中发现压拉应力一直超限，那么就要采取一定的措施来减小这种趋势，压力应力限制见图5，如更改设计桩型，增大桩身截面积，或者在保证顺利沉桩的前提下，减小锤的打击能量。同样，为了方便观察数据，我们也可以在数据限制栏里输入相应的压拉应力限值，如果打桩过程中应力超限，就会在屏幕上发出警告信息。

图5

三、停锤标准及承载力监控

根据各个项目的实际情况，设计方案的不同要求，停锤标准也是多种多样，有的以控制标高为主，有的以进入持力层深度为主，有的以最终贯入度为主，有的以最后1米的锤击数为主，甚至在某些特殊情况下，还要考虑总锤击数不超过多少锤。由于贯入度与锤击数在施工现场容易获取，也比较直观，所以一般以它两作为停锤标准的情况比较多。

那么这里面就有一些细节问题需要讨论：

（1）如果以贯入度或锤击数作为停锤标准，必须有一个前提，就是锤的输入能量要一定。很多设计方案里只给出了锤击数，并没有给出输入能量，其实这是不严谨的。比如说以最后1米总锤击数超过300击作为停锤标准，那么这个1米300击是在液压锤的哪个冲程或者柴油锤的几档下的300击呢？假设用液压锤1米冲程符合停锤标准，1.5的冲程下锤击数又低于300击了，这时候该不该停锤呢？所以我们做打桩监控的时候也要注意这一点，最好提前与设计单位进行确认。

（2）符合停锤标准后，我们就可以做承载力验收了。一般情况下，我们挑选终锤前的1-2锤PDA测试信号进行CAPWAP拟合，得出初打承载力值即短期承载力。经过一定时间的休止期后，桩周土重新固结，再进行高应变测试，此时得出我们的复打承载力值即长期承载力。

那么设计单位会采用哪个承载力作为设计承载力呢？这里面就有一个经济性与安全性的考量了。

①如果业主更关注项目的经济性，而且结构设计等级低，那么通常情况下，可以用长期承载力作为最终的设计承载力。也就是说我们的初打承载力不需一定要满足设计值，只需要经过一定休止期后的长期承载力满足即可。比如说，设计极限值1000吨，经过试桩后，测得初打承载力为500吨，复打承载力可以达到1000吨，那么我们就可以以初打承载力500吨作为工程桩承载力的验收标准。 长期承载力与短期承载力的比值，我们称为恢复系数，或称时间效应。

②如果业主更关注项目的可靠性，而且结构设计等级高，可以使用短期承载力作为最终的设计承载力值。这种情况下，初打承载力就要满足设计要求。比如说，设计极限值为1000吨，测得初打承载力为500吨，那么此时承载力验收就不合格。设计单位就要修改设计方案，重新选择桩型。

（3）当然，试桩结果只能从宏观上指导下一步施工，在实际的工程桩施工中，有很多特殊情况发生。比如说，桩没到标高已经打不下去了，如果承载力复核符合设计要求，一般会截桩，承载力不符合设计要求，那要么重新选择合适的打桩设备，要么就要更改设计方案了。还有更特殊的，桩打到标号了，但是承载力验收不合格，这时候就要进行补救了，如加一节或多节桩。

四、PDI-PLOT软件的应用

一般来说，将桩打到设计标高，所需的锤击数都在几千锤左右，这么庞大的数据量整理起来非常困难。为了解决这个难题，PDI公司推出了PLOT软件，可以将每一锤的详细数据整理并绘制图形，让岩土工程师可以更直观的观察各项数据在打桩过程的变化情况。

PLOT操作非常简单，只需要导入PDA文件，软件就会自动生成表格并绘制趋势图。图6纵坐标为锤击数，上下横坐标为打桩监控中的各项参数，非常的直观。图6中左起第3幅图，蓝色曲线为最大拉应力随锤击数的变化关系，从1156锤（编号○1）到1658锤（编号○2）拉应力一直在升高，这就提醒我们要注意在此土层中打桩拉应力增大的问题。

图6

五、打桩监控报告内容

综上所述，岩土工程师在出具打桩监控报告里应体现以下几点内容：

（1）停锤贯入度或每米锤击数，可现场观测得出

（2）恢复系数关系（或时间效应系数），可通过初打与复打PDA测试整理得出

（3）拉、压应力与锤击能量，可通过PDI-PLOT软件整理得出

（4）单桩竖向极限承载力，可通过CAPWAP拟合得出

所以，利用我们的CAPWAP软件与PLOT软件可以非常轻松的生成数据表格和绘制趋势图。当然，你也可以制成以下简明表格形式方便业主与设计查阅。