作者：中国检测网  发布日期：2012-02-01  来源：www.chinatesting.com.cn

摘要：根据高应变锤击测桩Case法和实测曲线拟合法原理，分析桩土之间阻尼模拟，建立一个与工程实际相符合的阻尼模型，给出了该模型参数的取值方法，并根据模型推导了基桩的承载力。通过五根桩的算例验证了Case法和曲线拟合法在分析基桩承载力时的显著效果。

关键词：高应变法；Case法；实测曲线拟合法；波阻抗

       0 引言

目前，我国对检测基桩质量主要从其自身的完整性和承载力两个方面人手，方法有多种多样，最为常见的有静载、低应变、高应变、超声波和抽芯法等。但每一种方法都有其自身的不足：静载无法判断桩基的完整性问题；低应变、超声波和抽芯法只能对桩基的完整性作出判断，在测桩基的承载力时，其可信度比较差，一般不为人们所接受；而高应变测桩既可以判断桩基的完整性，也可以较为准确的推算出它的承载力(只要桩土阻尼的模拟与实际相符合)。由此，高应变测桩法在近些年迅猛发展，尤其是珠江三角洲地区主要以软土地基为主，复杂的沉积环境形成了以滨海相沉积为主，河流冲积相、湖沉积相为辅的多组份沉淀物，在软土层的厚度、空问展布特征和粉细砂的分布上存在较大差异。淤泥质粘土层，一般为5m左右，灰色，呈饱和软塑状态，具有较大的压缩性。因此，桩基便成为了该地区建筑物基础的主要形式，而桩基承载力和其完整性的确定是桩基研究中的主要问题。由于基桩高应变动测法具有费用低、快速、轻便等优点，因而越来越受到工程界的重视，近20年来其应用量大增，特别是作为建筑检测单位和监理单位对基桩质量控制方面发挥着重要作用 。有关部门也制定了相应的行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)证明基桩高应变动测技术已发展为一项相当成熟的基桩检测技术。

1 高应变锤击测桩Case法的基本原理及分析

1．1 基本模型

1．1．1 基桩模型

Case法将桩视为一维均质连续的弹性体，基本上不考虑桩身缺陷影响，应变与质点速度之问满足协调方程。

1．1．2 桩周土动力模型

为排除动力试桩过程中土体的动力效应，Case法假定土的动阻力全部集中于桩尖，且与桩尖速度和广义波阻抗成正比。

1．1．3 桩周土静力模型

Case法为确保波动方程解耦，得到半经验解析解，不仅将桩侧速度与动阻力分离，而且将桩身位移与静阻力分离。因而，假定土的静力模型为理想刚塑性体，一旦扰动发生，阻力即达到极限值，显然这只能在桩土问超过一定变形时才适用。

1．2 基本原理

高应变动力试桩的基本原理：用重锤冲击桩顶，使桩一土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力；通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号；应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线来判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

假设桩为一维线弹性杆，测点下桩长为L，横截面积为A，桩材弹性模量为E，桩材质量密度为p，桩身内应力波传播速度(俗称弹性波速)为c，广义波阻抗或桩身截面力学阻抗为z，则有以下关系：
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-37-31-73-1.jpg
http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-37-42-88-1.jpg

缺陷位置可根据缺陷反射波的对应时间t 由下式确定。
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-38-40-27-1.jpg

(2)实测曲线拟合法分析如下：采用了较复杂的桩一土力学模型，选择实测力或速度或上行波作为边界条件进行拟合。拟合完成时计算曲线应与实测曲线基本吻合，桩侧土摩阻力应与地质资料基本相符，贯入度的计算值应与实测值基本吻合，从而获得桩的竖向承载力和桩身完整性。

1．3 Case法阻尼系数Jc的选取和桩身缺陷程度判别依据

(1)利用Case法计算承载力，必须选用合理的弹性波速(略大于或等于高应变实测平均波速)，必须根据动静对比或拟合分析结果和地区经验确定Case阻尼系数Jc值。表1是1975年PDI提出的Jc值参考表。
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-39-07-88-1.jpg

国内外在对高应变推算基桩承载力的大量理论和实践中表明，Jc值实质已演变为与动静对比有关的系数。如果不与具体的情况相结合，而无限制地使用Case法并套用上表，其推算的结果也将会出现较大的错误。因此，我们要结合不同工程背景和测试状况，根据Case法曲线形态，综合Case法中的各种子方法的承载力计算值，选择恰当的计算结果有利于提高Case提交承载力的可靠性。

(2)对于Case法提交的完整性指数B，当对应位置处于桩顶附近时，代表了桩头破损情况，而桩底附近则意义不大，其它部位仅能代表广义波阻抗的相对变化。我国及世界各国普遍认可表2对桩身完整性的分类判断。
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-39-23-99-1.jpg

2 工程实例分析

2．1 工程概况

广州市天河区某教师楼，七层框架结构，基础全部采用打入式预制管桩，共计40根。设计桩截面尺寸为+400(95)mm，设计桩长为22 m，桩身混凝土设计强度等级为C80，单桩承载力的特征值为1200 kN，检测的桩数为5根，桩端持力层为砂质粘性土。根据工程地质报告，该场地土层主要由粘土、粉土、细砂、粗砂、贝壳碎屑岩等组成，分为十层。各土层特征简述如下：①人工填土：黄褐色，中密，中砂为主，厚度1～4m；② 中粗砂：黄灰色，饱和中密，厚1．75～3 Ill；③ 粗砂：黄灰色，石英砂为主，饱和稍密，厚1．9～6．8 Ill；④ 粘土：黄灰色，呈软可塑状态，厚2～6．35 Ill；⑤ 粘土：深灰色，呈可塑状，厚5．15～12．30瑚；⑥ 粉细砂：灰绿色，饱和中密，厚1．4 ～4．1 Ill；⑦ 中砂：黄褐色，饱和中密，厚1．4～4．1 Ill；⑧ 粘土：深灰色，呈可塑状，厚5．80～13．15 Ill；⑨ 粉质粘土：深灰色，呈硬塑，厚2．4～11．7 Ill；⑩ 砂质粘性土：浅灰色，中砂粒状，中密，厚度大于13．8m。

2．2 仪器设备

本次试验采用武汉岩海公司研制生产的RS一1616K(p)型基桩动测仪。检测仪器设备及现场联接如图1。
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-39-40-62-1.jpg

2．3 检测结果

检测的五根桩为φ400(95)IllIll预制管桩，属于摩擦型桩，土阻力前期发挥很快，没有承载力滞后2L／C发挥的现象。其每根桩的实测参数和曲线拟合分析系数如表3。
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-39-58-67-1.jpg

2．4 实测力和加速度波形的分析

根据对以上五根桩的波形图进行分析，可得出以下结论：

本次检测工程桩5根，采取随机抽样的原则对工程上的基桩进行检测；通过对工程地质的分析，然后对桩土进行了模拟处理，近似的求出了基桩的最大承载力，并模拟出了每根桩的静载Q—S曲线图，然后根据上行波和下行波的波形图分析得出了桩身的完整性。具体如下：桩身完整的桩5根，占所测桩数的100％ ；桩身有轻微缺陷的桩0根，占所测桩数的0．0％ ：

桩身有明显缺陷的桩0根，占所测桩数的0．0％ ：
       桩身有严重缺陷的桩0根，占所测桩数的0．0％ 。
       现取其具有代表性的173—1#桩分析，结果如图2一图5所示。
 

http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-40-32-98-1.jpg
http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-40-47-53-1.jpg
http://www.chinatesting.com.cn/file/upload/201201/10/14-40-55-11-1.jpg

查看完整文章，请下载附件：
  http://www.chinatesting.com.cn/member/fckeditor/editor/images/ext/pdf.gif 高应变测桩Case法和实测曲线拟合法的分析.pdf