樁基靜載儀標(biāo)準(zhǔn)修編技術(shù)探討

竇春暉，柳義成，趙 暉

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456)

樁基靜載荷試驗是測定靜載荷作用下，樁基承載力的試驗，包括軸向抗壓和水平靜載荷試驗[1]。交通部為確保水運(yùn)工程質(zhì)量，規(guī)范樁基靜載儀在水運(yùn)工程領(lǐng)域的生產(chǎn)和使用，于2004年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水運(yùn)工程 樁基靜載儀》(JT/T574-2004)，并依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)制定了部門檢定規(guī)程《水運(yùn)工程 樁基靜載儀》[JJG(交通)028-2004]。樁基靜載儀的交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)執(zhí)行了十余年，隨著電子技術(shù)與樁檢測技術(shù)的發(fā)展，目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的形勢，亟待修編。交通運(yùn)輸部于2016年發(fā)布了樁基靜載儀標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃，本文針對樁基靜載儀標(biāo)準(zhǔn)修訂中的技術(shù)進(jìn)行探討。

1 標(biāo)準(zhǔn)修編的原則

樁基靜載儀交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在修訂時，依據(jù)此類產(chǎn)品的國內(nèi)生產(chǎn)水平，內(nèi)容上以國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)為依據(jù)，形式上按《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)劃》(GB/T 1.1-2009)的要求修編。

在對樁基靜載儀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂的過程中，按以下的原則執(zhí)行：

(1) 協(xié)調(diào)性原則。與現(xiàn)行的法律法規(guī)協(xié)調(diào)一致。

(2) 適用性原則。儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)，需要符合當(dāng)前的技術(shù)水平，技術(shù)指標(biāo)的確定需要符合當(dāng)前廠家所能達(dá)到的技術(shù)水平。

(3) 科學(xué)性原則。樁基靜載儀標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該符合國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的需求，符合行業(yè)強(qiáng)制性施工標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中對樁基靜載儀的需求。

(4) 溯源性原則。靜載儀作為試驗檢測設(shè)備，屬于計量器具，因此該儀器檢測方法，需要參考相應(yīng)計量器具的檢定規(guī)程，確保量值溯源鏈的完整以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

2 標(biāo)準(zhǔn)修編內(nèi)容分析

樁基靜載儀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修編主要分為兩個部分：標(biāo)準(zhǔn)型式的修編和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的修編。標(biāo)準(zhǔn)型式修編主要包括對標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)、章節(jié)順序的調(diào)整以及編輯性的修改；技術(shù)內(nèi)容的修編，主要對樁基靜載儀的技術(shù)要求、檢驗方法和檢驗規(guī)則部分進(jìn)行修編，并根據(jù)技術(shù)內(nèi)容的改變，更新規(guī)范性的引用文件。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)型式的修編

在標(biāo)準(zhǔn)的型式上，與交通運(yùn)輸部對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用要求一致。在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上以及通用描述上對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修編，增加“術(shù)語與定義”的內(nèi)容，使標(biāo)準(zhǔn)對樁基靜載儀的定義更加清晰；將原標(biāo)準(zhǔn)中測量范圍、分辨力等技術(shù)參數(shù)調(diào)整至第4章作為“規(guī)格與技術(shù)參數(shù)”的內(nèi)容；調(diào)整第5章“技術(shù)要求”和第6章“試驗方法”的結(jié)構(gòu)與順序，使該部分內(nèi)容在結(jié)構(gòu)編排上前后一一對應(yīng)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)修編

技術(shù)內(nèi)容的修編，主要對樁基靜載儀的結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、檢驗方法和檢驗規(guī)則部分進(jìn)行修編，并根據(jù)技術(shù)內(nèi)容的改變，更新規(guī)范性的引用文件。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T574-2004在技術(shù)要求和測試方法方面存在的問題如下：(1)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的樁基靜載儀結(jié)構(gòu)，不包含位移和荷載傳感器，與樁基靜載測試系統(tǒng)混淆；(2)隨著技術(shù)的進(jìn)步，位移、荷載感器的測量范圍與原標(biāo)準(zhǔn)相比有所擴(kuò)大，準(zhǔn)確度也有所提升；(3)原標(biāo)準(zhǔn)中對壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，但缺少壓力傳感器檢測方法。

在制定標(biāo)準(zhǔn)修訂方案時，希望通過將樁基靜載儀荷載和位移通道聯(lián)合測試，模擬樁基靜載儀實際開展樁檢測工作狀態(tài)時對荷載和位移通道進(jìn)行測試的方式，保證樁基靜載儀測試方法的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。通過試驗，發(fā)現(xiàn)此方法面臨著如下兩個問題：(1)依照千斤頂檢定規(guī)程中所規(guī)定的千斤頂和反力架共同作用的方式開展測試試驗，此時荷載和位移并無直接關(guān)系；(2)無法有效地將位移量計量標(biāo)準(zhǔn)安裝于反力架或千斤頂上，樁基靜載儀位移傳感器的準(zhǔn)確度難以檢測。因此，在本次樁基靜載儀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容修編的過程中，采用位移和荷載通道單獨(dú)測試的方案。

3 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)修編

3.1 標(biāo)準(zhǔn)名稱和范圍

水運(yùn)工程領(lǐng)域，生產(chǎn)廠家和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對樁基靜載荷試驗所使用的儀器的命名以及包含部件并不相同。國內(nèi)比較知名的樁基靜載儀包括：徐州建筑工程研究所生產(chǎn)的JCQ-503系列靜力載荷測試儀，武漢巖海公司生產(chǎn)的RS系列樁基靜載荷測試分析儀和中巖科技公司生產(chǎn)的RSM系列靜載荷測試儀[2]?！豆匪\(yùn)工程試驗檢測機(jī)構(gòu)等級標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定設(shè)備名稱為“靜載試驗儀”，包括主機(jī)以及配套傳感器等部件。設(shè)備名稱以及包含部件不統(tǒng)一給設(shè)備的使用和管理帶來了困難，在標(biāo)準(zhǔn)修編的過程中，應(yīng)首先確定標(biāo)準(zhǔn)的名稱和范圍。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T574-2004命名為“水運(yùn)工程 樁基靜載儀”，本次標(biāo)準(zhǔn)修編交通運(yùn)輸部批準(zhǔn)的計劃中仍采用此名稱。樁基靜載儀可理解為在樁基靜載荷試驗中所使用試驗儀器的簡稱，因此修編時標(biāo)準(zhǔn)名稱不變。

JT/T574-2004中有對“樁基靜載儀”和“樁基靜載測試系統(tǒng)”的描述，規(guī)定樁基靜載儀由工業(yè)控制計算機(jī)、顯示器、輸入裝置和電源適配器組成[3]，并未包含位移和荷載傳感器。而標(biāo)準(zhǔn)中對樁基靜載儀技術(shù)參數(shù)的規(guī)定為位移、荷載傳感器組成的檢測通道的技術(shù)參數(shù)，使得標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容上不合理。為了進(jìn)一步明確樁基靜載儀的結(jié)構(gòu)組成，合理限定標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容，在標(biāo)準(zhǔn)第4章“結(jié)構(gòu)”部分刪除“樁基靜載測試系統(tǒng)”的描述，重新定義樁基靜載儀的結(jié)構(gòu)和檢測通道組成：“樁基靜載儀由主機(jī)、中繼器、傳輸電纜、測量傳感器組成。主機(jī)應(yīng)同時具備位移通道和荷載通道兩種接口。測量傳感器可分為位移傳感器和荷載傳感器(包括壓力傳感器和力傳感器)兩種類型，經(jīng)傳輸電纜接入中繼器，經(jīng)信號總電纜接入主機(jī)，形成位移檢測通道和荷載檢測通道?！毙薷暮蟮臉?biāo)準(zhǔn)明確了檢測通道的分類與組成，確定了檢測通道作為出廠、型式檢驗的主要對象。

3.2 規(guī)格及主要參數(shù)

樁基靜載儀儀器規(guī)格及主要參數(shù)包括位移、荷載通道的測量范圍、分辨力及其主要參數(shù)。樁基靜載儀規(guī)格及技術(shù)參數(shù)的修訂，主要參考2個技術(shù)規(guī)范：《港口工程基樁靜載荷試驗規(guī)程》(JTJ255-2002 )和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)。技術(shù)要求的修編還應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)前傳感器實際可以達(dá)到的技術(shù)能力。

3.2.1 位移通道測量范圍及分辨力

JT/T574-2004中對位移檢測通道測量范圍的規(guī)定為0～50 mm，隨著技術(shù)的進(jìn)步，部分廠家生產(chǎn)的樁基靜載儀配備了更大量程的位移傳感器。同時，建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和水運(yùn)檢測標(biāo)準(zhǔn)對樁基靜載儀位移通道都有相關(guān)要求： JGJ 106-2014對位移通道規(guī)定為測量誤差不得大于0.1%F·S，分度值/分辨力應(yīng)優(yōu)于或等于0.01 mm；JTJ 255-2002規(guī)定沉降儀表量程應(yīng)為30～100 mm。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定測量范圍的上限為100 mm，此量程也是當(dāng)前工程檢測中實際使用的位移測量最大測量能力。標(biāo)準(zhǔn)修編過程中，增加0～100 mm的測量范圍。位移的分辨力0.01 mm不變，符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2.2 荷載通道測量范圍及分辨力

樁基靜載儀荷載通道使用的傳感器有兩種：力傳感器和壓力傳感器。荷載測量可用放置在千斤頂上的荷重傳感器直接測定，當(dāng)通過并聯(lián)與千斤頂油路的壓力表或壓力傳感器其測定油壓并換算荷載時，應(yīng)根據(jù)千斤頂率定曲線進(jìn)行荷載換算[4]。

JT/T574-2004中壓力通道的測量范圍規(guī)定為0～60 MPa，主要因為該量程的油壓介質(zhì)壓力表為最常見的壓力表，使用自動壓力校驗儀校準(zhǔn)成本較低，適合大范圍生產(chǎn)和使用。當(dāng)前，部分儀器生產(chǎn)廠家已經(jīng)配置了量程為80 MPa、100 MPa及以上的壓力表，隨著工程檢測的需要仍會配置更大量程的壓力表，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無法覆蓋壓力表的測量范圍。由于配置壓力表的上限無法獲得，修編標(biāo)準(zhǔn)中壓力表的測量范圍只提供最小值，修改為：不小于60 MPa。對于數(shù)字壓力表，通?？梢蕴峁?.01 MPa的分辨力，與量程無關(guān)。

JT/T574-2004中壓力通道的測量范圍規(guī)定為0～500 kN。在工程檢測領(lǐng)域，壓力傳感器與壓力表相比，可測量的荷載小、成本高、準(zhǔn)確度低，僅徐州建筑工程研究所等少數(shù)廠家提供力傳感器。徐州建筑工程研究所生產(chǎn)的力傳感器處標(biāo)準(zhǔn)中提供的規(guī)格外，還生產(chǎn)0～1 000 kN，0～2 000 kN，0～3 000 kN，0～5 000 kN量程的力傳感器。標(biāo)準(zhǔn)修編時力檢測通道應(yīng)增加以上量程。對于數(shù)字力傳感器，通?？梢蕴峁?.1 kN的分辨力。

3.2.3 規(guī)格及主要參數(shù)修編結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)中樁基靜載儀規(guī)格及主要參數(shù)修編參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與調(diào)研結(jié)果，修編結(jié)果如表1所示。

表1 樁基靜載儀規(guī)格及主要參數(shù)Tab.1 Specification and main parameters of pile static load measuring instrument

3.3 性能參數(shù)

樁基靜載儀的性能參數(shù)為影響樁基靜載儀作為計量器具性能的重要參數(shù)，并且此參數(shù)可直接檢測并出示結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)中對樁基靜載儀性能參數(shù)的要求，為示值誤差和回程誤差。修編應(yīng)參照建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以及位移、壓力、力傳感器計量檢定規(guī)程的要求。

3.3.1 位移通道性能參數(shù)

樁基靜載儀的位移通道配置的位移測量傳感器通常分為容柵式和電感式兩種。容柵式優(yōu)點是受溫度影響小，漂移小，重復(fù)性穩(wěn)定性好，缺點是防潮性差。電感式優(yōu)缺點與容柵式正相反。標(biāo)準(zhǔn)在修訂的過程中，應(yīng)當(dāng)考慮兩類傳感器的技術(shù)指標(biāo)。位移傳感器廠家大多以《大量程百分表》(JJG379-2009)中的要求，作為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)程中，對量程為50 mm

3.3.2 荷載通道性能參數(shù)

建工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定力傳感器、壓力傳感器或壓力表的準(zhǔn)確度等級應(yīng)優(yōu)于或等于0.5級。水運(yùn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定千斤頂加載量的測量宜采用壓力表，也可采用壓力傳感器，壓力表應(yīng)選用0.35～0.5級的精密壓力表，壓力表的額定量程應(yīng)滿足千斤頂額定加載能力的需要。原標(biāo)準(zhǔn)中示值誤差不大于1.0% F·S的規(guī)定不符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在修編的過程中，將其修改為示值誤差不大于0.5% F·S?！督ㄖ鼗鶛z查技術(shù)規(guī)范》(JGJ340-2015)中規(guī)定力傳感器的測量誤差不應(yīng)大于1%[6]，《建筑基樁檢測規(guī)范》(JGJ106-2014)中規(guī)定力傳感器的準(zhǔn)確度等級應(yīng)優(yōu)于或等于0.5級，標(biāo)準(zhǔn)中選擇±0.5%作為力傳感器的示值誤差。在力傳感器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程中，未對力傳感器的回程誤差進(jìn)行規(guī)定，壓力傳感器回程誤差的要求為不大于最大允許誤差的絕對值。標(biāo)準(zhǔn)中對回程誤差的技術(shù)要求也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)的修改，并刪除了對力通道回程誤差的要求。

3.3.3 性能參數(shù)修編結(jié)果

性能參數(shù)修編結(jié)果見表2。與原標(biāo)準(zhǔn)相比，將荷載通道的兩種類型進(jìn)行了區(qū)分，增加了壓力通道示值誤差的要求，刪除了力通道回程誤差的要求，更具有科學(xué)性。

表2 性能參數(shù)Tab.2 Performance parameter

注：示值誤差按其量程百分比計算。

3.4 試驗方法

標(biāo)準(zhǔn)中試驗方法應(yīng)當(dāng)包括試驗設(shè)備和測試方法。樁基靜載儀標(biāo)準(zhǔn)中試驗設(shè)備需要依據(jù)荷載通道和位移通道的技術(shù)要求更改。在原有標(biāo)準(zhǔn)中增加壓力表的檢定設(shè)備(0.05級活塞式壓力計)，補(bǔ)充位移通道試驗設(shè)備。位移通道的檢定設(shè)備，可選用四等量塊或最大允許誤差為±30 μm的大量程百分表檢定儀[7]。

JT/T574-2004只提供了力傳感器的測試方法，并未提供壓力傳感器的測試方法?，F(xiàn)在大部分基樁靜載儀配置的力傳感器為壓力傳感器，因此在靜載試驗中應(yīng)用的壓力傳感器較多。因此在本次標(biāo)準(zhǔn)修編的過程中，增加了對壓力傳感器的測試方法，測試方法主要參考《彈性元件式一版壓力表、壓力真空表和真空表》(JJG52-2013)。根據(jù)國家計量檢定規(guī)程《力傳感器》(JJG391-2009)修改了力傳感器的試驗方法。位移通道的測試方法來自于《大量程百分表》(JJG379-2009)。

4 結(jié)語

JT/T574作為規(guī)范水運(yùn)工程領(lǐng)域樁基靜載儀生產(chǎn)和使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其修訂是十分必要和迫切的。本次標(biāo)準(zhǔn)修編，更正了標(biāo)準(zhǔn)中不符合水運(yùn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，使試驗設(shè)備和試驗方法更符合國家量值溯源的要求，為計量檢定規(guī)程的修編提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] JTJ255-2002,樁基靜載荷試驗規(guī)程[S].

[2] 鄧小榮.基于CAN總線的靜載荷試驗分析儀的設(shè)計[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[3] JT/T574-2004,水運(yùn)工程樁基靜載儀[S].

[4] JGJ106-2014,建筑基樁檢測規(guī)范[S].

[5] JJG379-2009,大量程百分表[S].

[6] JGJ340-2015,建筑地基檢查技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 蔡澤兵.樁基靜載荷測試分析儀校準(zhǔn)方法的初探[J].計量與測試技術(shù)，2011，38(4):13-14.

CAI Z B.The Discussion of Calibration Technique of Pile Static Load Test Analyzer[J]. Metrology & Measurement Technique, 2011,38(4):13-14.