基于沿桩身轴向多点测试的桩基承载力动态测试方法及应用研究

A new dynamic testing technique named “A dynamic testing technique for bearing capacity of piles based on axial multi-point testing method ” is proposed. Firstly, the theoretical basis for the technique is intended to be improved: the reasonable length pile segment is studied; the nonlinear relationship between the dynamic shear force and the velocity of the pile segment element is further investigated; the theoretical basis is perfected when the plain strain model, vertical vibration or three-dimensional model are used to describe the motion of the surrounding soil; a new type of element is developed to describe the pile-soil interaction in finite element method that could work well with the proposed technique. Secondly, the problems that may occur in engineering project are intended to be tackled: a buffer that is applicable for this technique is developed; the way to ensure that the calculation points are within the linear range of the system is explored; based on the model test and the field test, the corresponding testing analysis program for engineering project is put forward, and a set of standardized test detection method and operation guide of pile foundation bearing capacity dynamic testing based on multi- point testing method along the vertical direction are proposed. This technique can improve the reliability and accuracy of the dynamic testing method of pile bearing capacity and can be applied to large diameter rock-socketed piles.

建立一种全新的桩基承载力动测方法－“基于沿桩身轴向多点测试的桩基承载力动态测试方法”。首先，拟完善和改进本课题所提出方法的理论基础：研究桩段的合理划分长度；进一步研究桩侧土动阻力与桩段单元速度的非线性关系；研究桩侧土采用平面应变模型、考虑竖向波动或三维波动的连续介质模型时本课题方法的改进；研究能较好模拟本课题方法中桩土接触面运动情况的接触单元。其次，拟解决本课题所提出方法在实际工程应用中可能遇到的问题：研制一种适用于本课题方法的专用缓冲器；研究如何保证计算选取点在系统线性变形范围内；编制相应的可供工程检测使用的测试分析程序，提出一套规范化的试验检测方法和基于沿桩身轴向多点测试的桩基承载力动态测试的操作指南。从根本上提高承载力动测方法的可靠性和准确性，并且能适用于大直径嵌岩桩。

基桩高应变动态载荷试验具有检测快速、成本低和对工况适应性广的优势，主要用于基桩抗压承载力评估和桩身质量评价。本项目研究了一种基于沿桩身多点位置的加速度、应变等测试结果来进行基桩抗压承载力和桩身完整性分析的多点动力测试技术、分析方法和试验装置，拟从根本上改进现有桩基承载力动态检测分析方法中经验性强、测试结果具有多解性以及理论研究等方面的不足，以实现桩基承载力动态测试的准确化和实用化。研究团队从构建高应变条件下的离散单元理论分析模型、三维有限元分析模型以及大比尺模型试验三个方面，重点对多点动测法分析评价基桩抗压承载力、桩身完整性检测、以及桩土相互作用等方面展开了研究，并探讨了该法在不同桩型中的应用；基于平面应变模型、考虑竖向波动以及三维波动的连续介质模型等研究基桩低应变条件下的沿桩身的多点动力响应；基于各桩段的土阻尼力在速度为零时刻为零的假设，研究多点法在高应变条件下评价单桩竖向抗压承载力的可靠性并进行参数分析；研制桩顶、孔中双测点检测装置、桩侧压入探头透射波检测装置以及孔中固定多传感器固定装置等为多点法在实际工程中的应用提供可能。研究结果表明，作为一种直接测试分析方法，基桩多点动测法不需要估计经验性的土体阻尼常数，适用于分析评估各种尺寸基桩的静载曲线，并相比于常用的传统动载方法更为准确。不同类型桩基缺陷在沿桩轴的多点上有不同的入射波特征，利用这些特征来区分多点测试方法中的缺陷类型；入射波的时间-深度和峰值-深度关系表现出与不同类型的缺陷有关的斜率突变，从而可以用于检测判断桩的缺陷位置和类型；非线性离散虚土桩模型能够考虑应力波在桩底土中的竖向波动，并能同时适应基桩低、高应变条件下的动力计算，能够较好地预测不同激振条件下的桩基动力响应。本项目研究成果是对基桩高应变动测技术理论突破的一次有益尝试，是桩基高应变动力研究的基础性工作，可在一定程度上减小当前高应变法在国内的应用限制。