[其他]共振试桩法

说明书

一种用于现场测定单桩承载力的动力试桩方法。

国内外现有各种动力试桩方法大多采用锤击振动法，如波动方程法（见“基础工程结构分析及程序”，铁道出版社出版，1982年）和锤击贯入法（见中国建筑科学研究院“建筑科学研究报告”1985年N.02-2）。这种方法需要用重锤把桩贯入土中，用较大的冲击能量将桩尖土破坏，打出贯入度，求出对应于这种破坏状态时的极限承载力，再除安全系数后得桩的容许承载力。在此荷载下桩的沉降量往往不是过大就是过小，沉降量过大对建筑物不安全，沉降量过小则没有充分发挥桩的潜力，造成浪费。另外，由于这种方法要使桩产生贯入度，对承载力高的大直径灌注桩和长桩很难实现，即使用很重的桩锤和桩架，将桩顶打坏也难于打出贯入度来。

动力试桩方法中的另外一种方法，即所谓“动参数法”（见“中国土木工程学会第三届土力学基础工程学术会议论文集”，建工出版社出版，1981年），虽然不用重锤打出贯入度，而用小锤敲击使桩产生自由振动，但很难准确确定桩的自由振动频率以及所谓的“参振土质量”，结果受人为因素的影响很大，容易发生误判，测得的动刚度误差大，而且动刚度与静承载力之间并无良好的线性关系。故该法测试结果误差常常很大。

本发明的目的在于，克服上述各种方法中的缺点，改革激振设备，拚弃笨重的锤击设备或不稳定的自由振动的敲击方式;采用新的计算模型，不引入误差较大而难以确定的“参振土质量”概念，不采用传统的土破坏状态下的极限承载力而应用新的容许承载力概念，从而创造一种新的以变形控制为主的测定单桩容许承载力的方法和测试系统，使测定的承载力稳定可靠而方法简便。

本方法的内容是：

1.采用电磁激振器进行扫频激振，使桩土体系产生稳态的强迫振动，用拾振器拾振后放大测得振幅或速度的共振曲线，计算出动刚度K;

2.将上述动刚度K与桩的静荷载试验曲线的第一阶段（拟直线段）的静刚度Ks建立相关关系，求得桩的静刚度Ks＝K·β;

3.将静刚度Ks乘以容许沉降量〔S〕即得在此沉降量下，单桩的容许承载力Pa＝Ks〔S〕。

本发明提供的试桩方法与已有动力试桩方法相比，具有以下优点：

1.设备轻便。不需桩锤桩架，转移方便，不用起重设备，任何打桩现场均可使用。

2.适用范围广。对大直径的灌注桩及长桩均可使用。

3.测试结果可靠。因为采用按变形控制容许承载力，设计时不必再验算桩基沉降，可保证建筑物安全。

4.可充分发挥桩的承载力，避免浪费。

5.是一种无破损检验方法，不影响桩的使用，故可直接在工程桩上应用。

附图及实施例：

附图1是共振试桩法测试系统框图

附图2是根据大量静压桩试验的P-S曲线统计得到的单桩容许沉降量曲线。

图示标志：1-电磁激振器;2-力传感器;3-拾振器;4-桩;5-传力杆;6-承台。

本法试桩测试系统由激振系统和测振系统两部分组成。激振系统包括信号源、功率放大器、电磁激振器〔1〕;测振系统包括拾振器〔3〕、力传感器〔2〕、电荷放大器、相位仪、记录显示仪和微处理机。

试桩时，由信号源给出一个大小及频率可调的正弦波信号，经功率放大器放大后使电磁激振器〔1〕产生一个相同频率的激振力QoSinωt作用于桩顶。在激振器〔1〕的传力杆〔5〕与桩顶或承台〔6〕之间串接的力传感器〔2〕将所接收的激振力信号经过电荷放大器后分别输入到相位仪、记录显示仪和微处理机;此时，安装于桩顶或桩顶侧面的拾振器〔3〕接收到桩顶的响应信号，也将其输入到电荷放大器放大后分别输入到相位仪、记录显示仪和微处理机。于是，即可测出力信号和桩顶响应信号之间的相位差。

改变激振频率，并在所需频域内进行扫频激振，即可得出桩顶响应信号的振幅A～频率ω或速度幅V～频率ω的共振曲线，以及相位φ～频率ω的曲线，进而按下列公式求得动刚度K：

K＝Qo/Ai或K＝Qoωi/vi（桩顶无承台）

K＝mω²_n（桩顶有承台）

式中，ωi，Ai、Vi-分别为低频段相应的圆频率、振幅和速度幅;

m-承台质量（已知）;

ω_n-无阻尼共振圆频率（由信号源给出）。

将K代入下式即可求容许沉降为〔S〕时的桩的容许承载力，即：

Pa＝K·β·〔S〕

式中，β-桩土体系的静动刚度比（β＝0.15～0.55），与桩和土的条件有关。也可采用地区经验系数。

〔S〕-单桩容许沉降量，由地区经验确定。在无特殊要求时，一般可按单桩容许沉降量曲线求得。计算时可先任意假定〔S〕，将〔S〕与实测的动刚度K代入上式求出Pa，再由上述曲线找出相应于Pa的新的〔S〕，将新的〔S〕再代入上式求出新的Pa，如此反复直至吻合为止。