[发明专利]一种基于离散桩单元的单桩竖向极限承载力动态测试方法

说明书

本发明公开了一种基于离散桩单元的单桩竖向极限承载力动态测试方法，属于地基基础检测和试验领域。本发明首先将桩身沿深度方向离散为若干桩单元，分别测量振动过程中各桩单元中心位置的加速度、桩单元顶面和底面的轴力等，经过积分变换得到桩身速度、位移等物理量；然后选择各桩单元动位移达到最大的时刻(此时动阻尼力为零)，计算该时刻各桩单元所受桩侧土(或桩端土)的静态极限阻力；最后将各桩单元的静态极限阻力累加获得单桩静态极限承载力。这种新的动态测试分析方法，可避免静载试验中费用高昂，试验工期较长等缺点，同时对测试结果的分析较为客观，受人为因素干扰小，结果理论上也较为准确。

技术领域

本发明属于地基基础检测和试验领域，具体涉及一种基于离散桩单元的单桩竖向极限承载力动态测试方法。

背景技术

桩基础因其优良的承载性能已被广泛应用于各类建筑工程中。为确保桩基承载力满足设计要求以保证工程安全，桩基施工完成后一般需要进行承载力测试。在我国，工程上常用的桩基承载力测试试验方法，一般包括静力载荷试验和高应变动力试验两类。前者被认为是最为直接可靠的测试方法，所获单桩竖向承载力结果较为准确可靠，在工程上广泛使用。但是，静载试验往往需要庞大的反力及加载装置，导致试验所需耗时太长，单桩试验成本高昂，在某些特殊条件下静载试验难以实现，例如海上桩基等深水区域、狭小场地区域等不易进行大量堆载，或设置反力架。因此静载试验在工程上的应用有一定限制，通常应用于重要工程上，而且受检桩基的数量被限制在总桩数量的1％～2％。对于地基土层条件差异过大的工程，即使是相同尺寸和施工工艺的桩基，其承载能力的差异往往也明显，因此用极为有限的单桩试验结果来判断整个工程的桩基质量，是存在一定安全隐患的。

高应变动力测试方法的出现弥补了静载试验的某些缺陷，该法较为快速，单桩测试成本相对较低，并且特别适用于海上桩基工程。在相同的预算条件下，高应变试验所能测试的基桩数量可达到总工程桩数量的10％至20％左右，因此，该法能在一定程度上提高整个桩基工程承载力评价的可靠性。高应变动力测试的基本思想，是通过重锤敲击桩顶，以激发桩侧土(包括桩端土)的极限阻力，通过去除由于动力引起的动阻力部分，从而获得桩侧土的静态极限阻力，进而得到单桩极限承载力。国内现阶段常用的高应变测试方法是一种波动方程法，如CASE法，利用桩顶处的实测轴力和速度曲线作为边界条件来进行桩基承载力的求解。这类方法的主要缺陷在于，桩端土阻尼系数为一假定的经验系数，与常规土工参数无特定的联系，因此是难以准确确定的。此外，为解决CESE法的缺陷而出现了一种波形拟合法，通过大量参数的反复修改和反演，拟合实测曲线来确定单桩竖向承载力。然而，这种反演拟合的方法常常需要反演数百个参数，参数的选择与判断与测试人员的经验有很大相关性，这些参数具有很大的不确定性，人为主观因素对试验结果的影响显著，不同测试人员对同一实测曲线的分析结果可能相差甚远，因此分析结果的可靠性难以得到保证。此外，为满足波动效应，已有的高应变测试一般适用于长桩，而不适用于波动效应不明显，反射叠加影响大的短桩。

综上所述，现有桩基承载力测试方法，无论是静载试验还是高应变动态测试均存在种种问题，工程上需要寻找一种快速、可靠、成本低、适用性广的桩基承载力测试分析方法。本发明结合已有高应变测试中动力激发桩侧土极限阻力的思想，并结合测量桩身应变和速度的思路，提出了一种将桩身离散为若干单元，通过测量或计算各桩单元的速度、轴力等物理量，选取速度为零、动位移达到最大的时刻，获得各桩单元所受到的静态竖向极限阻力，累加得到单桩整体静态承载力的动态测试分析新方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于离散桩单元的单桩竖向极限承载力动态测试方法。

本发明结合已有高应变试验基本思路，即通过重锤敲击桩顶，使桩侧土到达塑性变形，来激发并测试桩侧土的极限承载能力。通过将单桩离散为若干桩单元，测量各桩单元中心位置的加速度时程，桩单元顶面和底面的轴力时程，基于桩身各单元速度为零(达到最大动位移)时，桩侧土阻尼力为零的原理，获得各桩单元所受到的极限静态阻力，最终计算单桩竖向静极限承载能力。

本发明具体采用的技术方案如下：