基桩高应变动力测试在钢管桩中的应用

邵东 石鑫 李萍

摘 要：在缺少静载压桩试验条件时，通常采用基桩高应变动力测试提供单桩承载力。CASE法与CAPWAPC法（曲线拟合法）是最常用的两种基桩高应变动力测试方法。本文主要阐述了CASE法与CAPWAPC法在钢管桩中的应用。

关键词：高应变动力测试 CASE法 CAPWAPC法

1.引言

目前我国最常用的基桩高应变动力测试方法为CASE法与CAPWAPC法，两者均以行波理论为依据，实测桩顶应变和加速度的时程波形，但对实测波形的分析处理方法有所不同。

2.基桩高应变动力测试原理

基桩高应变动力测试是用重锤冲击桩顶，使桩产生动位移，通过在桩两侧距桩顶一定距离对称安装的力和加速度传感器，量测力和加速度信号，对桩的承载力、桩身结构完整性、传至桩身的锤击能量等作分析。

2.1CASE法原理

通过实测的力时程曲线上的峰值可以获得锤击过程中的最大冲击力。在测试过程中，由传感器得到动应变ε，则传感器安装位置处受到的冲击力由公式（1）算得：

2.2 CAPWAPC原理

C A P W A P C （ C A s e P i l e Wa v e A n a l y s i s P r o g r a m - -Continuousversion）是一個曲线拟合计算程序。它利用打桩分析仪实测的桩顶力或者速度、上行波、下行波作为边界条件，通过波动方程数值计算，输入一组土模型参数，经计算得到计算力（或速度）时程曲线，并将计算曲线和实测曲线进行比较，假如输入的这组土参数与实际情况不吻合，则计算曲线与实测曲线一般也不能很好吻合，应调整土模型参数后重新计算，为了使计算曲线与实测的曲线一致，应反复调整土参数，使之与实际情况相接近，使得计算曲线与实测曲线匹配达到最佳。

3.工程概况及计算结果

某码头工程基桩采用钢管桩，桩长46m，桩径1m，桩顶以下6m壁厚为24mm，其余部分壁厚为20mm。工程沉桩采用D128柴油锤。以下给出一根桩的初打和复打的波形图及计算结果。

图1和图4为该桩初打和复打CASE法计算结果。CASE法计算结果中，初打和复打的Jc取值为0.6。Jc为CASE阻尼系数，这是一个无量纲系数，其取值与桩端处土的颗粒大小有关，土的颗粒越细Jc值就越大。Jc的取值大小直接关系到CASE法的计算结果，通常由动、静对比方法求出的Jc值可靠性较高，在没有条件做静载试验时，可以通过CAPWAPC法的计算结果来推算Jc值。该桩的CASE法计算结果中的Jc值的取值是根据该桩CAPWAPC法计算结果推算出来的。在图1和图4的波形图中，力波和速度波曲线在前部有一段分离，BTA值为84%，这是因为CASE法无法反应桩身壁厚的变化而导致的，而在CAPWAPC法的计算中可以设置桩身的壁厚参数，在计算结果中可以实际反应桩身壁厚的变化。

图2和图5为该桩初打和复打的CAPWAPC法计算结果，图3和图6为CPAWAPC法计算的具体参数、桩侧阻力分布和桩端阻力。在用CAPWAPC法分析实测波形时，首先要拿到沉桩的一手现场资料，这样可以保证输入参数的准确性。这根桩由于壁厚在桩顶下6m处从24mm变化到20mm，在分析前需要预先输入桩的模型来反应壁厚的变化，这样可以保证计算曲线和实测曲线的吻合度。在做拟合分析时，拟合质量系数是保证计算曲线和实测曲线吻合的一个重要系数，拟合质量系数越小，吻合度越高。但实际分析是不一定越小的拟合质量系数越好，还是要根据计算曲线和实测曲线的吻合度来作分析。

经分析处理后该桩的极限承载为12712kN，Jc取值为0.6，土体恢复系数为2.27，在后续检测中，同一土层的桩可以参考这根桩的结果来分析。

4.结论

CASE法计算公式是在均匀杆件的假定条件下导出的，计算公式比较简单，需要事先选定Jc值，Jc的取值直接关系到试验的结果，当需要了解桩侧摩阻力的分布时亦不能满足要求。CAPWAPC法的现场测试方法和测试设备与CASE法相同，但在计算模型上较CASE法有很大改进，因而提高了桩承载力的计算精度。所以在基桩高应变动力测试分析中应尽可能应用CAPWAPC法判定单桩承载力，而将CASE法用作现场快速监控的手段。

参考文献：

[1]陈凡，徐天平，陈久照，关立军.基桩质量检测技术[M]北京：中国建筑工业出版社，2009： 183-216

[2]刘屠梅，赵竹占，吴慧明.基桩检测技术与实例[M]北京：中国建筑工业出版社，2006：93-127