机械阻抗法测量基村承载力

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1、机械阻抗法测量基桩承载力原地试验研究王恩福赵国存张国宏（中国地震局地壳应力研究所）摘要：本文简要讨论了瞬态机械阻抗法测量基桩动刚度的动力学机理，并结合现场工程桩进行瞬态机械阻抗法、静载荷试验和基桩埋藏条件的对比试验研究。进一步证明瞬态机械阻抗法推算单桩承载力标准值是一种较为可靠的测量方法。一、瞬态机械阻抗法测量基桩动刚度(1-1)如图1所示，通常将桩土体系假设为一单自由度阻尼振动系统，在外力作用下，桩体应变足够的小并且基桩作有阻尼强迫振动，其振动方程为：式中：M为参振体系总质量；C为振动体系阻尼；K为桩土体系动刚度。为便于讨论，作如下假定：(1-2)于是(1)式变为：(1-3)与方

2、程(2)的等价方程为：方程(3)的特解为：(1-4)方程(2)特解与方程(3)特解的虚部等价，即对(4)式微分，得到速度表达式：式中R为速度响应幅值：5并称为动态放大系数,得到桩土体系在外力作用下动刚度表达式:并由ψ为速度响应初相位:动态放大系数A在推算单桩容许承载力时相当于动静比。一、现场模型桩试验研究1、试验场地地层情况:试验场地大致可分为如下5层：粉细砂、砂质粉土①层、层厚2.5m～5.0m粉质粘土②层、层厚1.55m～5.0m砂质粉土③层、层厚1.55m～2.4m粉细砂④层、层厚1.4m～5.0m圆砾⑤层、该层作为桩端持力层。2、桩周土对基桩动刚度的影响本次试验选择了10根

3、钻孔灌注桩，基桩参数为：桩径D=800mm，桩长L=10.4～10.9m试验目的：研究桩周土对基桩动刚度的影响。(2-1)1)由基桩承载力标准值设计经验公式计算单桩承载力：式中u为基桩周长(m)；qsi为各层桩周土侧摩阻力标准值（kPa）；Li为各层土对应的桩长(m)；qp为桩端持力层承载力标准值(kPa)；Ap为桩端横截面积（m2）；ψs,ψp为大直径桩桩侧阻，端阻尺寸效应系数，本试验取1。如附图1所示对F7、F8、F2、F6、E7、E4、G7、G4、G8、G5号桩采用瞬态机械阻抗法测量动刚度，其中E7、F7、F8、G7、G8号桩由地面以下6m深的隧道揭露，1/3周长被裸露。由经

4、验公式(2-1)5计算，未被扰动基桩的平均单桩承载力标准值RK`=2298kN,而被裸露基桩的平均单桩承载力标准值RK`=1997kN,其平均承载力标准值相差301kN。2)瞬态机械阻抗法动测结果表1所示，未被扰动的基桩动刚度为(2.04～2.31)×106kN/m；被揭露的基桩动刚度为(1.85～1.98)×106kN/m。由动刚度推算的平均单桩承载力标准值分别为2536.0kN和2252.0kN；两者相差284kN。3)结果分析上述试验结果表明（见表1）被揭露的基桩因其侧摩阻减小，由经验公式计算平均单桩承载力标准值比未被扰动的基桩减小301kN.而由瞬态机械阻抗法测得的基桩动刚

5、度推算的平均单桩承载力标准值比未被扰动的基桩减小284kN。表1瞬态机械阻抗法试验结果桩号桩径(mm)桩长(m)动刚度(×106kN/m)推算单桩承载力标准值(kN)E480010.62.2382686E7*80010.61.8482218F280010.42.0842501F680010.42.3082770F7*80010.51.9892387F8*80010.41.8542225G480010.72.0412449G580010.61.8962272G7*80010.71.8482218G8*80010.91.8452214注：*为被隧道揭露的基桩。上述结果，由经验公式计算单

6、桩承载力的减小，显然是基桩总侧摩阻力减少所致。根据瞬态机械阻抗法测量动刚度的机理，简单讨论可以由被揭露的基桩因有1/3周长，长度6m被裸露，桩土体系总质量M减小，动刚度被减小来解释。Kd=Mω2m但由瞬态机械阻抗法动刚度表达式分析影响动刚度的主要因素是基桩机械阻抗法导纳值，而导纳值是在动态力作用下以桩土体系振动圆频率为自变量的复函数：5动态圆频率改变时导纳值的幅值和相位均发生变化，这里不作详细讨论。1、静载荷试验与瞬态机械阻抗法试验目的是通过静载荷试验和瞬态机械阻抗法分别对模型桩承载力进行试验。试验选择3根直径1000mm桩长12m的钻孔灌注桩。在进行静载荷试验前，采用机械阻抗法对

7、3根桩进行了测试，之后进行静载荷试验△，试验结果如表2所示。表2动、静对比试验结果桩号桩径(mm)桩长(m)动刚度(×106Kn/m)推算单桩承载力标准值(kN)静载荷极限承载力标准值(kN)C1100012.42.6832146450C2100011.62.5830976490C3100012.02.6231446830上述试验结果表明，两种测量方法得到的单桩承载力结果相对误差最大为7.9%，最小为0.34%。一、结论1、综上述试验研究，可以看出瞬态机械阻抗法推算单