CASE法动测单桩承载力

抛舸　辱、　肇诈，再馥　、　山东水利科技　１９９８年第４期　ＣＡＳＥ法动测单桩承载力　郑灿堂　许尚　／王　扬　蒋志文　－Ｔ“　ｆ　（山东省水利科学研究院济南２：５００１　３）　１前言　用动力试桩法检测桩身结构完整性、混凝土质量、　并测定单桩承载力，是岩土工程技术人员多年来追求　的目标。在工程界，低应变法动测单桩承载力的可靠　性，被许多人怀疑；而高应变法动测单桩承载力则被看　作是有希望部分代替静力试桩的方法，在国际上获得　广泛的认可。　高应变动力试桩法有锤击贯八法和波动方程法，　在波动方程法里按分析方法的不同又可分为ＣＡＳＥ法　和曲线拟台程序计算法．本文仅介绍ＣＡＳＥ法动测单　桩承载力技术　２　ＣＡＳＥ法基本原理　ＣＡＳＥ法是以应力波传播理论为基础，将桩简化　为等截面均质弹性杆，土阻力模型简化为刚塑性，同时　候定土阻尼主要集中于桩尖．利用一维波动理论得出　打拄阻力的简化计算法。　ＣＡＳＥ法区别于其它动测法的根本在于它是以重　锤冲击桩顶，要求调动桩周土的极限承载力——即使　拄产生一定的位移（桩与桩周土之间产生弹塑变形）。　ＣＡＳＥ法将拄对锤击力的动力反应看作锤击产生　的应力波与土阻力波的叠加　由波动理论知．锤击后．应力波以波速ｃ｝凸拄身向　下传播（下行波Ｐ　）。如果下方有扰动，则有应力波　沿桩身向上传播（上行波Ｐ＋）　上行波、下行波与质点速度的关系为：　Ｐ‘一Ｚ·Ｖ　（１）　Ｐ＋＝一Ｚ·Ｖ＋　（Ｚ）　任意时刻．任一截面测到的质点运行速度或力都　是上行波与下行波叠加的结果．所以：　ｐ＝Ｐ　＋Ｐ＋　（３）　Ｖ＝Ｖ　＋Ｖ＋　（４）　当知道桩身一处的力波和速度波时，便可计算得　出上行波和下行波：　Ｐ　＝÷（Ｐ＋ｚ·Ｖ）　（５）　Ｐ＋＝｛（Ｐ－－Ｚ·ｖ）　（６）　Ｖ　一　１（Ｖ＋导）　（７）　Ｖ十一　１（Ｖ一　Ｐ）　（８）　如图１所示．在距桩顶ｘ处，作用一拄侧摩擦土阻　力Ｒ　，下行波在ｔ＝寻时刻传播到这一位置．将其激　＋和　下行拉仲阻力波Ｒ　即：Ｒ　十一一Ｒ　‘一÷Ｒ　（９）　圈１桩■■阻力传播不意圈　经过ｔ一　时刻，上行阻力波到达桩顶。设拄长为　Ｌ，令波形曲线的第一十峰值时刻为ｔ　，可知冲击后的　第一个波传播周期（ｔ　≤ｔ≤ｔ　＋　）内．安装在桩上部　的传感器感受到的上行波信号只有阻力波ｔ　Ｒ（１ｌ＋　十一　１　Ｒ１　０　＜Ｌ　桩倜摩擦阻力　可由上行波确定　Ｒ　＝２Ｒ（ｃ１＋　＋　（１０）　４５　发．产生大小相等方向相反的上行压缩阻力波　维普资讯 http://www.cqvip.com

当ｔ＝ｔ　＋　时．传感器感受到的桩内的上行波包　括：　（１）上行阻力压缩波的总和　｝（２）下行阻力拉伸　波在桩底反射成为向上的压缩波　｛（３）冲击产生的向　下的压缩波，在桩底反射为向上的拉伸波一Ｐ（ｔ　）＋。　所以有：　该工程基础为钻孔灌注桩．桩径０．６ｍ，桩长　１０．８ｍ。地层自上而下分为６层：１层，裂隙牯土，软．　可塑，厚０．７～１．３ｍ；２层，亚砂土，松散，厚１．８～　４．８ｍ　３层．裂隙粘土　软，可塑，厚薄不一；４层．淤　泥质牯土，软塑，部分钻孔揭穿；５层．亚砂土，松散．　厚０．６～２．０ｍ｝６层，亚砂土，松散——少密，未揭穿。　实测冲击荷载作用下桩的力波（Ｐ　）和速度波　（Ｖ　）时程曲线见图２。在波形的起始段，传感器只接　Ｐ（ｔｌ＋譬）十＝字＋字一Ｐ（ｔ　）＋＝ＲＴｍＰ　（ｔ】）＋　Ｒｖ＝Ｐ（ｔ　）＋十Ｐ（ｔｌ＋　）十一—１　［Ｐ（ｔ　）＋　Ｐ（ｔ　＋　）］＋吾［ｖ（ｔ　）一Ｖ（ｔｌ＋譬）］　（１１）　（１１）式为ＣＡＳＥ法的基本计算公式。为测定土对　桩的极限支撑阻力，要求锤击必须有足够的能量，使桩　身位移大于桩周土的最大弹性变形。　上式中的Ｒ　为总阻力，其中包含静阻力Ｒ，和动　阻力Ｒ　，即：　ＲＴ—Ｒ　＋　（１２）　试桩的目的是确定桩的静承载力，即土的静阻力　Ｒ，。ＣＡＳＥ法假设土的动阻力全部集中于桩尖上，并与　桩尖质点运动速度成正比．即：　Ｒｄ—Ｊ－Ｖ　（１　３］　式中Ｊ——桩尖阻尼系数；　Ｖ　——桩尖质点运动速度。　重锤冲击桩顶所产生的下行压缩波Ｐ（ｔ　）＋和桩　侧牵擦阻力所产生的下行拉伸阻力波（一÷Ｒ　）将同　时在ｔ　＋　时刻到达桩尖，此时，桩尖力波的幅值为：　Ｐ．　一Ｐ（ｔ一）＋一｛ＲＴ　桩尖（自由端）的质点运动速度：　ｖＩ　＝２ｖ＋一２　一专·［２Ｐ（ｔ１）＋一Ｒｒ］　令Ｌ＝专　Ｊ　称为ＣＡＳＥ阻尼系数　贝４Ｒｄ—Ｊｌ·（２Ｐ（ｔ　）‘－－ＲＴ）　（１４）　综上所述，可得ＣＡＳＥ法静阻力公式：　Ｒ　一ＲＴ—Ｒｄ一（１一＿Ｉ１）Ｐ（ｔ１）＋＋（１＋　）Ｐ　（ｔ　＋　）十一（１－－Ｌ）　业　＋　２　。　（１＋Ｌ）　Ｐ（ｔ　＋譬）一ＺＶ　＋　）　２　（１５）　该式即为ＣＡＳＥ法计算单桩承载力的公式。　ｓ工程实倒　实倒１德州市丁东水库泄水洞　４６　收到单一向下传播的波，Ｐ波和Ｖ波基本重合｝土阻力　波到达后，两曲线逐渐分离；桩底座落在松散的亚砂土　上ｔ其阻抗远远小于砼，所以．桩底曼ＥＰ波下凹，Ｖ波　大幅度跳起　根据黄河冲积平原相近地层的动静对比　资料ｔ取ＣＡＳＥ土阻尼系数Ｊｃ一０．４．计算得单桩扳限　承载力为６３６ｋＮ。　实倒２小清河干流治理工程水牛韩节制闸　该工程基础为钻孔灌注桩，桩径为０．８ｍ，桩长　１３．　。地层自上而下分为８层，依次为：壤土．砂壤　土，粘土，砂壤土，粘土，壤土，粘土，粉细砂　实测Ｐ波和Ｖ波曲线见图３。根据黄河冲积平原　相近地层的动静对比资料．取ＣＡＳＥ土阻尼系数＾一　０．３ｔ计算得单桩极限承载力为１４５ＤｋＮ。　Ｉ、…、　ｒ一　一、一　１乙一　，，　　。ｌ　一　，　ｖ　圈２丁东水库泄水洞灌注桩实测曲线　　一一　一　｛　圈３水牛韩节制闸灌注桩实测曲线　妾倒３济南北部熟电厂住宅接　该工程基础为钢筋砼预制桩，试验桩截面为０．３５　×０．３５ｍ，桩长１５．０ｍ。地层自上而下分为１２层，依　次为；杂填土．牯土，亚牯土，轻亚粘土，淤泥质牯土，　轻亚粘土，亚粘土，粘土，轻亚粘土，亚粘土，亚粘土，　　　－　ｒ●　『ｌ＝　＝　维普资讯 http://www.cqvip.com

亚粘土。桩端位于第十二层含少量姜石的亚粘土上。　根据经验，取ＣＡＳＥ土阻尼系数Ｊｃ一０．３．由实测　（３）为保证测得的信号在整个桩截面上的一致性，　又不给实际工作带来较大的困难．一般把传感器安装　在桩顶以下１．５～２．０倍桩径的位置上。　（４）桩头在冲击荷载作用下易产生碎裂，碎裂如波　及到传感器安装处，会使信号畸变，产生高估承载力的　错误。传感器安装不紧．冲击时传感器与桩体间产生相　对滑移．会使信号失真，产生低估承载力的错误。　４．２桩垫的使用　Ｐ波和Ｖ波数据计算得单桩极限承载力为９９２ｋＮ，静　载测试单桩极限承载力为１０５ＯｋＮ，二者数值相近。　４现场测试应注意的问题　根据工作实践．如下问题应予注意。　４．１传感嚣的安装　此处．传感器系指加速度计和应变计。它们安装的　优劣，是能否获得优质信号的关键。为了消除锤击偏心　的影响，一般在桩头两侧对称安装两套传感器。　桩垫的质地、厚薄，直接影响实测曲线的性状　测　单桩承载力．应用较厚的锤垫．这样碰撞的瞬间接触时　间长，产生的应力波波长较大，即可防止桩头破裂，又　能减少动阻尼效应．还益于承载力的发挥。检测桩身完　整性，应用较薄的锤垫或不用锤垫．以减少冲击上升时　间．降低信号的波前效应，有利于对缺陷处反射信号的　辨认。　４．３实测曲线的质量　（１）固高应变锤击力根强，最好用螺钉将加速度计　固定在基座上．再用膨胀螺栓把基座与桩体固定在一　起，固定面要平。加速度计安装不好会使测得的加速度　曲线产生振荡或寄生振动。　（２）应变传感器目前多用工具式应变环，用其测定　锤击引起的桩头应变量。为减少传感器对桩身应力波　的附加扰动力．应变环的刖度应尽可能小。安装时，使　应变环的轴线与桩身轴线平行，上下两基座的安装面　要平整．且在一个平面上，用膨胀螺栓压紧．不能扭曲　或松动．否则可能无法调零、损坏传感器或产生自振现　象　现场观察丹析实测曲线．理解其包含的桩身结构　和土阻力分布的信息．发现疑点，马上解决，这洋，对　最终计算分析结果的准确性，极有帮助。　（责任编辑刘青勇）　采用干硬性砂浆解决水泥地面质量通病的办法　目前水泥地面的质量通病还较普遍存在。尽管在　管理上作了不少努力，仍然是屡治不愈．屡防不绝．轻　密实．与基层粘结好。只要基层清理干净．润水再扫一　道素浆，能很好地解决地面空鼓、裂纹、脱皮问题。使　用干硬性砂浆容易找平地面，操作人员可任意操作自　由行动．能一边碾压一边刮平。刮平之后，用术压板搓　者裂纹起砂．重者空鼓脱皮。究其原因．主要是水泥砂　浆水灰比大。操作工人为了省力，便于用刮杆摊平·加　大了用水量。摊平之后有的撒干水泥面或捧些砂．有的　坐等水份蒸发之后再抹压。不管采用哪种作法都不是　好办法。前者．水泥面不容易撒均匀，厚的地方容易干　裂．甚至脱皮，颜色不一致。后者，抹压的时间需拖的　根长，远远超过水泥的终凝时间。能够抹压时．水泥已　经终凝了．在抹压时又把已水化终凝了的水泥分子之　间的凝结破坏了。尽管压好之后，表面也根密实也根光　滑，但水泥没有了粘结力。地面干了之后．轻者脱粉，　重者起砂。所以说．水泥砂泉水灰比大是造成水泥地面　质量通病的主要原因。　压。若太干槎不出浆来．可用喷壶均匀撒水．撒水不要　太多，能槎出浆来为止。槎浆找平之后，接着用铁泥板　压第一遍．如果有轻微露砂，可调水泥稀浆．用毛板刷　像刷油漆一样在地面上普刷一遍。而后．待手压有轻微　指印时再压第二遍。时间无须太长便可压第三遍．从搅　拌砂浆到第三遍压光不超过４ｈ。全部工序就可以做完。　做完之后２曲开始养护．一连养护７ｄ。这样做的水泥　地面表面颜色一致．面层强度高，不空鼓不裂纹．不脱　粉不起砂，能很好地解决水泥地面存在的质量通病。　（张银书侯风奎）　采用干硬性砂浆．可选用铁磙子碾压，容易使砂浆　４７