利用高应变CASE法判定单桩竖向抗压极限承载力

摘 要：风电场场区地形一般较为复杂，如只利用传统的单桩竖向抗压静载荷试验确定风机桩基础的承载力，设备运输有诸多不便，工作效率偏低。在宁夏中卫香山200 MW风电场的建设中，尝试利用了工程物探中的高应变（CASE法）对风机桩基础进行了补充检测，通过对比相同桩用单桩竖向抗压静载荷试验和高应变（CASE法）判定的单桩竖向抗压极限承载力，发现高应变（CASE法）可作为判定单桩竖向抗压极限承载力的一种高效方法。

关键词：高应变（CASE法） 单桩竖向抗压静载荷试验 单桩竖向抗压极限承载力

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（a）-0039-02

国家实施西部大开发战略以来，宁夏进入快速发展期，在此过程中，宁夏新建了很多风电场。但由于风电场场区地形一般较为复杂，如只利用传统的单桩竖向抗压静载荷试验对风机桩基础的单桩竖向抗压极限承载力进行确定，不仅施工难度大，而且费时。但如利用工程物探中的高应变（CASE法）对风机桩基础进行补充检测，有时间短、费用低以及效率高的独特优点。该文介绍了宁夏中卫香山200 MW风电场尝试利用工程物探中的高应变（CASE法）对风机桩基础的单桩竖向抗压极限承载力进行了判定，通过对同一根利用高应变（CASE法）和单桩竖向抗压静载荷试验确定的承载力进行对比，证实了在宁夏中卫香山200 MW风电场利用高应变（CASE法）进行单桩竖向抗压极限承载力的确定是可行的。

1 高应变（CASE法）原理

高应变现场检验时，加速度传感器和应变环一般对称安装在距桩顶不小于2D（D为桩径）的桩侧表面处，习惯上忽略这段距离，将传感器安装的截面称为桩顶（x=0截面），传感器安装截面至桩底的距离称为实际桩长L。试验时，桩头撞击产生的应力波在t=L/C时刻传到桩底，并于t =2L/C 时刻经反射回传到桩顶。

实际工作中，桩在整个深度L 的桩段上连续作用有侧阻力，桩底作用有端阻力，并且土阻力是自上而下被依次激发的。计算桩基承载力时，一般取速度曲线的起始峰值对应的时刻为t 1，应力波经反射在t 2=t 1+2L/C 时刻回传至桩顶。在桩顶实测的力和速度曲线中将包含以下4种影响。

（1）由土阻力产生的上行压力波。

（2） 由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射产生的上行压力波。

（3）由初始下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波。

（4）全部的上行波在桩顶反射面形成的下行波。

对于t 1+2L/C 时刻桩侧和桩端土阻力均已充分发挥的摩擦型桩，可按以下CASE法公式的计算结果，判定单桩承载力：

Rc 为由CASE法判定的单桩极限承载力实测值（kN）；Jc 为CASE法阻尼系数；t 1为速度峰值对应的时刻（s）；F （t 1 ）为t 1 时刻测点处实测的锤击力（kN）；V （t 1 ）为t 1 时刻的质点运动速度（m/s）；Z为桩身截面广义波阻抗（kN・s/m）；A为桩的截面积（m2） ；L为测点下桩长（m）。

2 应用实例

2.1 工区概况

工区位于中卫香山，为拟建的中卫香山200 MW风电场场区，在地貌上属于黄土中山地貌，黄土梁一般梁背宽阔，顶部较平坦，下部冲沟发育。根据中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司提供的勘测成果，场区地表以下28.0 m深度范围内地层自上而下依次如下。

（1）黄土状粉土，褐黄色～浅黄色，干～稍湿，稍密，局部密实，粉粒结构为主，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度及韧性低，含虫孔构造及白色菌丝状斑点，土质较均匀。（2）粉土，褐黄色，稍密，稍湿，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度及韧性低，粘粒含量较低，土质均匀。该层在局部有分布，厚度3.0～6.5 m。（3）粉土，浅黄色，中密，稍湿，无光泽反应，干强度及韧性低，粘粒含量低，土质均匀。（4）基岩，场地局部地段有分布，主要为石英砂岩，砂岩及板岩。风电场场区地基处理采用干作业混凝土灌注桩，设计桩径600 mm，有效桩长15 m，设计混凝土强度等级为C40。

2.2 试验结果

根据高应变动力试验曲线（见图1），利用CASE法计算可得，试验桩的单桩抗压极限承载力为3 089.26 kN，单桩竖向抗压静载荷试验确定的试验桩单桩竖向抗压极限承载力为3 000 kN，高应变（CASE法）试验结果较为准确。

3 结语

高应变法作为一种工程物探新技术新方法，其在基桩承载力检测中虽然存在试验参数不确定这一劣势，但通过静载荷试验和高应变法的联合应用及对比，可以很好地应用于基桩承载力检测中，从而减少桩基检测所需的时间和费用，并一定程度上增加了抽检的数量，不失为一种高效的基桩检测手段。

参考文献

[1] 陈凡，徐天平，陈久照.基桩质量检测技术规范[M].北京建筑工业出版社，2008.

[2] 高峰.桩基工程动测技术与方法[M].武汉：中国地质大学出版社，1997.

[3] JGJ 106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].