济南地区高应变CASE法阻尼系数Jc值取值的研究

杨志琛 齐明

摘要：本文通过对济南市大量基桩的静载试验结果和高应变CASE法结果的对比分析，总结出静载法和高应变CASE法的关系，确定出济南市各种地质条件下CASE法阻尼系数Jc值的合理取值范围。

关键词：高应变CASE法、静载试验、阻尼系数

中图分类号：C35文献标识码： A

高应变法以设备轻便、检测速度快、费用低等的特点获得广泛应用，它可以有效的补充和部分取代传统的静载荷试验，降低检测的费用、缩短检测的时间、增加检测桩的数量，是目前得到肯定和推广的主要动测方法[1-4]。本文通过对济南市的基桩进行大量的静动对比，确定出济南市各种地质条件下CASE法阻尼系数Jc值的合理取值范围。

1阻尼系数Jc值的研究意

CASE法判定单桩极限承载力的关键是选取合理的阻尼系数Jc值，而Jc值就是一种没有物理含义的经验修正系数，要想准确确定Jc值，就只有通过基桩静动对比试验得到：

（1-1）

其中RS为静载极限承载力，R、F(t1)由动测波形得到，由此可计算出Jc值。通过大量的静动对比试验，PDI公司于1975年提出的Jc值取值参考表见表1-1。

表1-1，PDI公司提供的CASE法阻尼系数Jc值

国内许多单位均参照表1-1选用Jc值，但此表系美国经验，而且是在柴油锤冲击预制桩和钢管桩的条件下获得[1-4],不完全适用我国多种桩型的具体情况。不顾具体情况，无限制地使用CASE法并套用表1-1，非常危险，尤其当桩的土阻力没有充分激发时。因此研究确定适合本地区的CASE法阻尼系数Jc值的取值范围就显得尤为迫切和重要。

2阻尼系数Jc值的研究

高应变CASE法是把桩作为连续性的弹性杆件进行应力波分析的，通过一些假设将其变成一维波动问题。它主要基于以下假设：桩为一细长均质等截面弹性杆件；应力波在传播过程中，没有能量损耗，且信号没有畸变；采用Smith土模型；动阻力主要集中于桩尖，只与桩底质点运动速度成正比，忽略桩周动阻力[3]。符合这些假设的桩主要为预制管桩、钢管桩等，但济南地区很少用钢管桩且它的承载力也比较低，故本文主要通过预制管桩的静动对比试验确定出本地区不同地质条件下的阻尼系数取值范围。

静载试验时桩的沉降量很大、压到破坏等的桩已经得到桩的极限承载力，高应变检测时桩的位移很大，作用时间也长，桩侧和桩端岩土阻力充分发挥，能得到桩的极限承载力[4]，由这种情况下通过静动对比得到的阻尼系数是比较准确可靠的。

2.1桩端持力层为粘土的阻尼系数Jc值取值

1）粘土地质概况

粘土一般为硬塑～坚硬，局部可塑，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高。预制管桩在其中的极限侧阻力标准值qsik及极限端阻力标准值qpk一般分别为80~85 kPa和 4000~4500 kPa左右。

2）检测结果分析

a）静载试验结果

本工程1#、2#楼及设备用房均有一根桩的抗压静载试验压到破坏极限，静载Q-s曲线见图2-1。

b）高应变CASE法结果

规范[5]规定，采用高应变法进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比例不得小于0.02，而本工程为0.11，桩产生足够的的位移，通过静动对比能确定能CASE法阻尼系数的取值范围。

本工程1#、2#楼及设备用房的桩高应变CASE法检测结果汇总表见表2-1。 表2-1

c）小结

通过上述静动对比分析，计算出了粘土中CASE法的阻尼系数Jc值的取值范围为0.55~0.90。

2.2桩端持力层为粉质粘土的阻尼系数Jc值取值

1）粉质粘土地质概况

粉质粘土一般为可塑，含个别小姜石，稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等。预制管桩在其中的qsik及qpk一般分别为75~85kPa和2500~3500 kPa左右。

2）检测结果分析

a）本工程1号楼检测结果

1号楼静载试验时虽未压到破坏，但是高应变试验时，桩的单击贯入度在2～6mm之间，故也能进行桩的静动对比。

①静载试验结果

1号楼共完成了两根桩的抗压静载试验，静载Q-s曲线见图2-2。

②高应变CASE法结果

规范[5]规定，采用高应变发进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比例不得小于0.02，而本工程1号楼为0.066，桩产生足够的的位移，通过静动对比能确定能CASE法阻尼系数的取值范围。

本工程1#楼的桩高应变CASE法检测结果汇总表见表2-2。 表2-2

b）本工程2号楼检测结果

①静载试验结果

2#楼共完成了三根桩的抗压静载试验且均压到破坏极限，静载Q-s曲线见图2-3。

②高应变CASE法结果

规范[5]规定，采用高应变发进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比例不得小于0.02，而本工程2号楼为0.056，桩产生足够的的位移，通过静动对比能确定能CASE法阻尼系数的取值范围。

本工程2#楼的桩高应变CASE法检测结果汇总表见表2-3。表2-3

c）小结

通过上述静动对比分析，计算出了粉质粘土中CASE法的阻尼系数Jc值的取值范围为0.40~0.55。

2.3桩端持力层为粉土的阻尼系数Jc值取值

1）粉土地质概况

粉土一般稍密，很湿，摇振反应迅速，刀切面无光泽，感强的和韧性低，局部为中密粉细砂薄层及透镜体。预制管桩在其中的qsik及qpk一般为分别50~75kPa和2000~3000 kPa左右。

2）检测结果分析

a）静载试验结果

本工程1#、2#楼及7号均有一根桩的抗压静载试验压到破坏极限，静载Q-s曲线见图2-4。

b）高应变CASE法结果

规范[5]规定，采用高应变发进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比例不得小于0.02，而本工程为0.048~0.056，桩产生足够的的位移，通过静动对比能确定能CASE法阻尼系数的取值范围。

本工程1#、2#及7#楼的桩高应变CASE法检测结果汇总表见表2-4。 表2-4

c）小结

通过上述静动对比分析，计算出了粉土中CASE法的阻尼系数Jc值的取值范围为0.20~0.40。

2.4桩端持力层为砂土（全风化岩）的阻尼系数Jc值取值

1）砂土（全风化岩）概况

全风化岩一般中密，风化强烈，原岩结构构造不可辨，风化呈砂土状，手捏可碎。砂土一般中密，碎石含量约60％～70％，颗粒级配良好，呈棱角状，粒径1-6cm，无序不规则状排列，土质较不均匀，夹饱和粘性土薄层，局部胶结成块状、短柱状。 因全风化岩风化都很强烈，风化也都呈砂土状且qsik和qpk也多差别多，故将它们为一类。预制管桩在其中的qsik及qpk一般分别为100a和4000 kPa左右。

2）检测结果分析

a）静载试验结果

本工程静载试验时虽未压到破坏，但是高应变试验时，桩的单击贯入度在2～6mm之间，故也能进行桩的静动对比。本工程共完成了三根桩的抗压静载试验，静载Q-s曲线见图2-5。

b）高应变CASE法结果

规范[5]规定，采用高应变发进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比例不得小于0.02，而本工程为0.026，桩产生足够的的位移，通过静动对比能确定能CASE法阻尼系数的取值范围。

本工程桩的高应变CASE法检测结果汇总表见表2-5。 表2-5

c）小结

通过上述静动对比分析，计算出了砂土（全风化岩）中CASE法的阻尼系数Jc值的取值范围为0.10~0.20。

2.5桩端持力层为碎石（强风化岩）的阻尼系数Jc值取值

1）碎石（强风化岩）概况

强风化岩一般为粗粒结构，块状构造，风化较强烈，裂隙发育，岩芯多呈块状、短柱状；碎石一般为杂色，中密，呈亚圆状、次菱角状，一般粒径2~7cm，最大粒径10cm。因为强风化岩风化也都碎石状，且qsik和qpk也多差别多，故将它们为一类。预制管桩在其中的qsik及qpk一般分别为150~250 kPa和8000~11000 kPa左右。

2）检测结果分析

a）静载试验结果

本工程有两根桩的抗压静载试验压到破坏极限，静载Q-s曲线见图2-6。

b）高应变CASE法结果

规范[5]规定，采用高应变发进行承载力检测时，锤的重量与单桩竖向抗压承载力特征值的比例不得小于0.02，而本工程为0.038，桩产生足够的的位移，通过静动对比能确定能CASE法阻尼系数的取值范围。

本工程桩的高应变CASE法检测结果汇总表见表2-6。 表2-6

c）小结

通过上述静动对比分析，计算出碎石（强风化岩）中CASE法的阻尼系数Jc值的取值范围为0.05~0.10。

3总结

通过以上大量的静动对比，可以初步得到济南地区高应变CASE法阻尼系数Jc值的参考范围，其结论见表3-1

表3-1济南地区高应CASE法阻尼系数Jc值

桩尖土 碎石（强风化岩） 砂土（全风化岩） 粉土 粉质粘土 粘土

Jc取值 0.05~0.1 0.1~0.2 0.2~0.4 0.4~0.55 0.55~0.9

在济南地区选取高应CASE法阻尼系数Jc值，可采用表3-1初步选取，后根据静载试验结果校核（在没有静载试验结果的情况下采用实测曲线拟合校核）确定，这样就能选定一个准确的阻尼系数Jc值，这样计算出来的CASE法结果就相对准确、可靠。

参考文献：

[1] 李德庆，李澄宇，李澄海.桩基工程质量的诊断技术[M].中国建筑工业出版社，2009.08.

[2] 陈凡，徐天平等.基桩质量检测技术[M]. 中国建筑工业出版社，2004.07.

[3] 罗骐先．桩基工程检测手册（第二版）[M].人民交通出版社，2004.04.

[4]《建筑基桩检测技术规程》及基桩检测疑难问题解析研讨班[J].青岛，2011.5.29.

[5]《建筑基桩检测技术规范JGJ106-2014》,2014.10.01施行, 中华人民共和国住房和城乡建设部.