CASE法检测桩承载力.doc

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1、第11章CASE法检测桩承载力1.基本原理凯斯法是由美国的凯斯技术学院根据波动理论于1975年研究成功的桩的动力量测和分析方法。它通过安装在桩侧顶部的加速度和应变计分别测出桩顶处的振动速度和力（或应力）随时间的变化曲线，从而分析得出桩的静承载力。1.1基本假定和行波理论首先假定桩为均质的线弹性杆，当桩顶受到冲击后，桩身上任意点（深度为z）的位移W都随时间t而变化，换句话说，位移是深度Z和时间t的函数，此时，桩的纵向振动符合式（11-1）的一维波动微分方程，即（11-1）其通解可写为（11-2）（11-3）（11-4）式中桩身振动速度、下行波产生的桩

2、身振动速度、下行波产生的桩身振动速度;桩身内力、下行波产生的桩身内力、上行波产生的桩身内力;桩身的应变、弹性模量和截面积。故桩顶受到冲击后，产生一速度波（或应力波），某一截面处的振动速度乘以阻抗()即为该截面处的内力F。应当指出，这里的振动速度（或），与桩身内力F（或应力）大小有关，它与波在桩身内的传播速度不同，后者仅与桩的材料性质有关。速度波（或应力波）在桩身内来回传播，传播中假定无能量损失，且波在自由端反射后，质点的振动速度增大一倍，应力符号改变（压力波变为拉.力波或反之）；假定土的阻力分布如图11-1所示，任一截面深处的土阻力均以集中力表示，

3、当波未到达该截面深度（或锤击后经过时间）时，土的阻力，只有波到达该截面深度时，才产生土的阻力；由于桩是线弹性杆件，故任意截面的振动速度或应力等于锤击力和各土阻力所产生的速度或应力的叠加。1.2桩顶的振动速度因为加速度汁是安装在桩顶的（实际离桩顶有一定距离），所以实际能测到的是桩顶的速度（实际是测得加速度后积分求得速度的）。由上述基本理论和假定可知，桩顶速度是由锤击力和土的阻力引起并叠加而得的。1.2.1.由锤击力F引起的桩顶速度当（11-5）当时(11-6)1.2.2由土阻力引起的桩顶速度当波到达桩身某截面时，产生土的阻力，但此阻力可以看作是由两个

4、分别为的向上的压力和向下的拉力组成的，前者产生压缩波，后者产生拉伸波，这两种波传到桩顶，都会使桩顶产生振动速度。由此可知:由压缩波引起的桩顶速度为(11-7)由拉伸波引起的桩顶速度为(11-8)1.2.3桩顶质点的振动速度桩顶的振动速度由上述两部分相加而成，即(11-9)1.3桩的锤击阻力桩的锤击阻力即为打桩时所遇到的全部上的阻力（总阻力），即R=。如分别在任意时刻和所测得的速度相减并乘以阻抗，则有:移项后，得桩的锤击力R为（11-10）因桩的质量，故式（11-10）也可写为（11-11）式（11-11）中后一项，可以看作在时段内桩的平均惯性力。1

5、.4桩的静极限承载力桩的锤击阻力是总阻力，还必需减去阻尼力，才能得到静阻力，也即我们所想知道的桩的极限承载力。为求得阻尼力，凯斯法假定阻尼力集中在桩尖，并与桩尖质点的运动速度成正比，即(11-12)式中桩尖质点的运动速度;桩尖阻尼系数，见表11-1。应当指出，凯斯法中的阻尼系数是一个人为选取的经验系数，它对单桩极限承载力的最终取值影响甚大，表11-1按土类划分的取值范围并不一定适合我国各个地区，这需要由各地区根据已知的桩承载力反算求得土的阻尼系数。表11-2即为上海地区提出的该地区各土层阻尼系数的建议值。求得阻尼力后，即可按式(11-13)求出桩的

6、静极限承载力，即(11-13)2.检测设备及方法凯斯法所用的检测设备除锤和锤架等外，主要是专用的测试仪器及工具式的应变传感器和加速度传感器。目前国内外生产的凯斯法测试仪器很多，如美国PDI公司生产的PDA打桩分析仪，瑞典生产的FID打桩分析仪，荷兰TNO生产的FPDS打桩分析仪，荷兰FUGRO生产的打桩分析仪以及我国许多单位生产的基桩检测仪器，它们都是将应变传感器和加速度传感器所测得的桩顶处力和速度的信号，经采集处理后，将分析结果.显示出来。2.1检测设备凯斯法的检测设备由锤击设备和量测仪器两部分组成。(1)锤击设备的配制中，首要的是选择适当的锤重

7、，保证在锤击时，使桩产生足够的贯人度（应不小于2.5一3mm），这样，桩侧阻力和桩端阻力才能得到充分发挥，从而能得到上节所述的动阻力R和桩的极限承载力。在没有经验的情况下，锤重可选为桩重的8%~18%（视土质条件而定），并不小于预估单桩极限承载力的1%。为了适应大小不同的桩和各种不同的土质条件，通常配置一套重量不同的锤。(2)工具式的应变传感器通常由四片箔式电阻片构成，连成一个桥路，并通过螺栓固定在桩侧表面。为了使传感器真实地反映桩的应变，传感器的外框架刚度尽可能小些，且其频率的高频截止频率应有限制，以保证其信号在高频时不失真。应变传感器在测量范围

8、内的非线性误差不应大于1%，由于导线电阻引起的灵敏度降低不应大于1%。应变传感器安装的谐振频率应大于2kHz，应变传感器应