CN1825087B - 桩的准静态荷载试验法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种桩的准静态荷载试验法，其中，可在较短时间且经济地获得桩的承载力判断所必需的可靠性较高的数据。将重锤(2)下落到桩(1)的桩头上。分阶段地将重锤(2)的下落高度从低处变为高处，从各高度使其落下。通过设置于桩头上的加速度仪(4)求出此时的桩头的加速度伴随时间的变化。桩头的位移通过加速度仪(4)求出的加速度的积分值而求出。

Description

桩的准静态荷载试验法

技术领域

本发明涉及将重锤下落到桩头上，根据该重锤的荷载和上述桩头的位移之间的关系，求出桩的承载力的桩的准静态荷载试验法。

背景技术

一般，进行桩的荷载试验的目的在于对该桩头施加荷载，测定桩的荷载与位移量之间的关系等，获得承载力判断的数据。

作为这种桩的荷载试验，人们知道有分阶段对桩头长期地施加静荷载，求出该荷载和桩沉降量的关系的静态荷载试验；将重锤下落到桩头上，测定因其冲击产生的桩的沉降量的动态荷载试验，另外，在最近，还实施在桩头上放置软缓冲垫，将重锤下落到其上的准静态荷载试验。

专利文献：JP特开2002-303570号文献

非专利文献：地基工学会基准桩的垂直荷载试验方法及其解说第6编P.185～P.190(社团法人日本地基工学会发行)

发明内容

但是，在静态荷载试验中，由于长期对桩头施加荷载，故可获得可靠性较高的数据，但是，具有必须要求反作用力桩、荷载梁等，装置的整体非常大，另外，还存在在获得必要的数据之前花费时间等的问题。

另一方面，在动态荷载试验中，装置简单，而且由于荷载时间非常短，在5～30ms的范围内，可弥补静态荷载试验的缺点，但是，施加荷载时间较短，还具有冲击等的影响，在数据的可靠性上具有问题。此外，也具有装置的成本高等的课题。

此外，在准静态荷载试验(参照专利文献)中，在桩头中通过软缓冲垫使重锤下落，由此将施加荷载时间延长到相当于动态荷载试验的约10倍～20倍的30～200ms的范围内，可在较短时间获得接近静态荷载试验的可靠性较高的数据，但是，具有因下落的重锤的重量、下落高度，没有可承受重锤下落时的冲击荷载的适当的缓冲材料而无法实施的情况。

还有，由于动态荷载和准静态荷载中的任何试验均通过靠近桩而设置的激光位移计等的测定器测定通过设置于重锤下落时的桩头的沉降量，故具有重锤下落时的冲击也传递给测定器，使测定结果的可靠性受到损害的危险。

本发明是为了解决以上的课题而提出的，本发明的目的在于提供桩的准静态荷载试验法，其可在较短时间并且经济地获得桩的承载力判断所必需的可靠性较高的数据。

在本发明中，由于将下落到桩头上的重锤的荷载造成的桩头的位移作为将重锤下落到桩头上时的桩头的加速度的积分值而求出，故具有不必要求特别大的装置，另外，也没有重锤下落时冲击造成的影响，可在较短时间经济地获得非常可靠的数据。

根据本发明第一方面所述的桩的准静态荷载试验法涉及下述的桩的准静态荷载试验法，在该方法中，将重锤下落到桩头上，根据该重锤的荷载和上述桩头的位移的关系求出桩的承载力，其特征在于，分阶段地将上述重锤的下落高度从低处变为高处，根据各阶段的荷载和上述桩头的位移的关系求出上述桩的承载力。

根据本发明第二方面，涉及第一方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，在桩头上放置缓冲垫，将重锤下落到该缓冲垫上。

根据本发明第三方面，涉及第二方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，缓冲垫按照由高分子材料形成的板或块与金属板交替地叠置的方式形成。

根据本发明第四方面，涉及第三方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，在由高分子材料形成的板或块上形成施加荷载方向的孔。

根据本发明第五方面，涉及第三方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，由高分子材料形成的板或块与金属板通过定缝钉或粘接材料而粘接。

根据本发明第六方面，涉及第四方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，由高分子材料形成的板或块与金属板通过定缝钉或粘接材料而粘接。

根据本发明第七方面，涉及第一至六中任一方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，上述位移作为通过设置于桩头上的加速度仪测定的加速度的积分值而求出。

根据本发明第八方面，涉及第一至六中任一方面所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于，上述位移通过靠近桩而设置的PSD位移计测定。

附图说明

图1为表示本发明的试验方法的说明图；

图2为表示本发明的试验方法的地基阻力沉降曲线的曲线图；

图3为表示过去的准静态荷载试验的桩头的荷载-位移量曲线的曲线图；

图4为表示本发明的另一试验方法的立体图；

图5表示缓冲垫，图5(a)为缓冲垫的分解立体图，图5(b)为缓冲垫呈圆柱状的立体图，图5(c)缓冲垫的纵向剖视图；

图6为试验地基的土质柱状图；

图7为地基阻力-桩头沉降曲线的曲线图。

具体实施方式

图1表示本发明的桩的准静态荷载试验法的一个实例，在该图中，符号1表示为了进行荷载试验而打入地中的桩，标号2表示下落到桩1的桩头上的重锤，标号3表示用于调整荷载时间的缓冲垫，标号4表示测定使重锤2下落到桩1的桩头上时的桩头的加速度的加速度仪。

在像这样的方案中，如果对试验方法进行描述，将重锤2下落到桩1的桩头上，通过设置于桩头上的加速度仪4，测定此时的桩头的加速度，将其积分值作为由重锤2产生的荷载的桩头的位移。

在此场合，改变重锤2的下落高度，分级地改变重锤2的荷载(下落能量)，同时，按照多次将重锤2下落，分别通过加速度仪测定此时的各加速度的伴随时间的变化，将各积分值作为由重锤2的各荷载产生的桩头的位移而求出。另外，根据该测定结果推定桩1的静荷载沉降特性，求出桩的承载力。

图3所示的曲线表示根据过去的准静态荷载试验(参照非专利文献)得到的桩头的荷载-位移量曲线，在根据一次的准静态荷载推定位移的准静态荷载试验中，具有通过动态效果位移量的最大值慢于荷载的最大值的倾向。

另外，根据在所谓的卸载点(位移量的最大值)，地基阻力变为最大，地基最大阻力和卸载点阻力相等的理论推定桩的承载力，但是，具有一次的准静态荷载的试验结果产生较大误差的可能性。

图2所示的曲线表示本发明的试验方法，即，表示一边改变重锤2的下落高度、分级地改变重锤2的荷载(下落能量)，一边通过加速度仪4测定使重锤2下落时的各加速度，将其各积分值作为由重锤2的荷载产生的桩头的位移而求出的地基沉降曲线。

像根据图而知道的那样，在本发明的试验方法中，由于在超过弹性的动作范围，或超过屈服点的范围之前，进行多个阶段的测定而推定，故获得误差少的测定结果。另外，在加速度仪的测定中，由于没有准静态荷载时的地基的振动的影响，故可进行准确的测定。

图4和图5表示缓冲垫的变形实例，缓冲垫3由通过高分子材料形成的多个板3a和金属板3b构成，板3a和金属板3b均呈矩形板状交替地叠置，并且分别相互粘接。另外，在板3a中，形成沿纵向(施加荷载方向)贯通的多个孔3c。

此外，板3a也可由发泡树脂形成。另外，比如，像图4(c)所示的那样，各板3a和金属板3b也可通过定缝钉3d粘接。

像这样形成的缓冲垫3置于打入地中的桩1的桩头中，使重锤2下落到该缓冲垫3上，对桩1的桩头进行打击。

在此场合，缓冲垫3为合成结构，其由纵向刚性非常大的多个金属板3b和多个板3a(高分子材料)构成，该多个板3a夹持于该金属板3b、3b之间，变形率(ε)非常大，由此，即使在使重锤2准静态下落到桩头上，对其打击的情况下，仍保持一定值以上的纵向刚性，同时尽可能地延长重锤2的施加荷载时间，由此，可获得接近静态荷载试验的可靠性较高的数据。

板3a的高分子材料可采用比如，合成橡胶、天然橡胶、或甲基橡胶等，另外，金属板3b可采用铁板。另外，它们的厚度、形状、数量并不是特别限定的，可适当确定。

还有，在由高分子材料形成的板3a中形成多个孔3c，由此，可提高缓冲垫3的变形率。孔3c的形状和大小没有特别的限定，根据孔3c的形状和大小、以及数值的适宜的增减，能够调整缓冲垫3的变形率，特别是在高分子材料的变形率足够大的场合，孔3c也可省略。另外，孔3c也可不贯通。

此外，高分子材料可采用发泡树脂，另外，通过形成沿施加荷载方向贯通的孔3c，可进一步提高缓冲垫3的变形率。

再有，通过改变孔3c的大小、形状，或调整孔3c的数量，也可调整缓冲垫3的变形率，调整重锤2的施加荷载的时间。

另外，无论在任何场合，各金属板3b和夹持于该金属板3b、3b之间的由高分子材料形成的板3a都可通过粘接材料或定缝钉3d等固定，另外，也可为下述的结构，其中，在金属板3b和3b之间的各金属板3b和板3a之间，金属板3b和由高分子材料形成的板3a不一定内设润滑油粘接。

此外，本申请人针对静态压入试验后养护约3周的预制桩，采用大型荷载试验装置进行桩准静态荷载试验，调查试验时的地基振动，还通过CAPWAP(顶面击打)进行波形匹配，对桩准静态荷载试验结果和静态压入试验结果进行比较分析，给出其结果。

试验概要

1.试验装置

由于调查因重锤的质量造成的影响，故采用大型重锤下落方式试验装置。重锤通常采用下述的类型，其为设计最大荷载2500kN的2％程度的重锤的6倍重的33.1t的重锤。荷载为软缓冲垫的多循环重锤下落方式。

2.试验桩和试验地基类型

图6表示试验地基的土质柱状图。试验桩采用以振捣锤进行施工的直径600mm的钢管桩。在施工后第1周实施静态压入试验。在静态压入实验后，进一步养护3周后进行桩的准静态荷载试验。另外，试验桩类型如表1所示。

                         表1

桩前端位于GL-14m，N值约为30的砂层的顶端。作为静态压入试验结果，如表2所示，第1极限阻力约为1780kN，第2极限阻力约为2130kN，桩头沉降刚性为110kN/mm。

                          表2

3.软缓冲垫、下落高度和试验荷载

用于试验的软缓冲垫的弹性常数按照如表3所示，可确保波动在桩体中约往复10次的时间为0.062s(桩的沉降刚性无限大的场合)的方式确定。另外，33.1t的重锤的设计下落高度和试验设计荷载的关系如表4所示。最大下落高度为12cm的设计最大荷载约为2500kN。试验按照最大下落高度达到12cm，间距为3cm的方式进行，然后，验证其后的最大位移时的性能，下落高度为20cm、50cm。

                                    表3

桩长	传播速度	往复次数	施加荷载时间	重锤质量	软缓冲垫的弹性系数
						L(m)	V(m/s)	来回	tmin(s)	M(kg)	k(kN/m)
15.9	5,120	10	0.062	33,100	86,400

                     表4

下落高度	软缓冲垫位移量	设计荷载
			h(cm)	x(cm)	P(kN)
3	1.5	1,280
			6	2.1	1,810
9	2.6	2,220
			12	3.0	2,570

4.测定项目

如表5所示，桥型变形仪和压电型加速度仪分别的4个点上和非接触型PSD变型仪的1个点上设置测定项目。

           表5

桥式变形仪	4
		压电型加速度仪	4
非接触型PSD位移计	1

5.试验结果

5-1桩头加速度伴随时间的变化

将各下落高度的桩头位移为最大值时的加速度与各最大位移量一起在表6中给出。可知道在任意的下落高度，加速度也与荷载变形相同，呈波状。人们认为，其是应力波的传播造成的。另外，观看表6而知道，达到下落高度12cm的最大加速度为3G，在产生较大位移时，该最大加速度为5G。人们认为，这是施加荷载时间较长的结果。

                             表6

下落高度	荷载	最大位移量	加速度	地基阻力
					(cm)	Frapid(kN)	S(mm)	a(m/s<sup>2</sup>)	Rsoil(kN)
3cm	505	2.81	-5	523
					6cm	1125	10.30	-8	1154
9cm	1685	16.56	-30	1794
					12cm	1858	25.12	-23	1942

5-2地基阻力-桩头沉降曲线

图7表示对应于静态压入试验结果，扣除桩的惯性力而求出的地基阻力-桩头沉降曲线。如果从图7观看准静态荷载试验结果，初始桩头初试沉降刚性约为110kN/mm，与静态压入试验结果基本一致。

另外，根据该图而知道，本次试验的地基阻力在约1800kN的作用下屈服。其也与根据静态压入试验结果获得的第1极限阻力1780kN基本一致。

此外确认，在1942kN以后，产生大位移之后的地基阻力性质为完全不同的模式。人们认为这是因为由于产生大位移(打桩效果)，桩前端支承地基的性质发生了变化。

于是，可通过此次的试验确认的原始地基的最大电阻约为1940kN，为比根据静态压入试验获得的第2极限阻力(在位移量为0.1D时，约2130kN)稍小的值。

5-3波形匹配

通过CAPWAP法进行下落高度12cm的荷载时间的变化的曲线的匹配。对应于桩准静态荷载试验结果和静态压入试验结果，图7表示波形匹配的结果。根据波形匹配产生的桩头位移量虽变成最小，但是知道，桩头初始沉降刚性较良好地一致。

6.考察和总结

此次的桩准静态荷载试验的最大的特征如下面所述。

a.重锤的重量为地基极限阻力的约12％。

b.对于最大实际荷载速度(H＝12cm时)，荷载约为20MN/s，沉降量约为200mm/s，相对桩前端封闭截面积应力约为73MPa/s。

c.实际施加荷载时间约为0.09秒，为波动在桩体中约14.5次来回运动的时间。

另外，根据此次的试验，获得下述的考察。

a.确认了应力波传播现象；

b.确认了基于频率在40～50Hz的范围内、振幅±1mm程度的重锤的卸载产生的地基振动。该地基振动频率比地基的固有周期短5～10倍；

c.根据加速度积分的沉降量表示大于PSD位移计的实测结果的值。人们认为，加速度计的精度或惯性滑动造成的影响的可能性较大，还具有也包含PSD位移计位置的振动的影响的可能性；

d.根据此次的试验结果获得的初试沉降刚性约为110kN/mm，良好地与根据静态压入试验结果获得的值一致；

e.可根据此次的试验结果确认的原地基阻力的屈服值约为1800kN，基本与根据静态压入试验结果获得的第1极限阻力1780kN一致；

f.可根据此次的试验结果确认的原始地基的最大阻力约为1940kN，其为稍稍小于根据静态压入试验获得的第2极限阻力约为2130kN的值；

g.直至根据此次试验结果获得的屈服时的沉降量基本与静态压入试验的场合基本一致，但是，屈服以后的沉降量与静态压入试验的场合相比较，为很小的值。

h.波形匹配的初始沉降刚性与桩准静态荷载试验结果和静态压入试验结果基本一致。

根据此次的试验而明白，通过进行多阶段的准静态施加荷载，可获得明确的初始沉降刚性和地基阻力的屈服值。

产业上的利用可能性

通过进行本发明的多阶段的准静态施加荷载，可推定可靠性非常高的桩的静荷载沉降性能。

Claims (5)

1.一种桩的准静态荷载试验法，在该方法中，将重锤多次下落到桩头上，根据该重锤的荷载和上述桩头的位移的关系求出桩的承载力，其特征在于，包括如下步骤：

在上述桩头上放置缓冲垫；

在上述桩头的侧边设置加速度仪；

将上述重锤下落到上述缓冲垫上；

积分通过上述加速度仪测定的加速度求出上述桩头的位移；

分阶段地将上述重锤的下落高度从低处变为高处；以及

根据各阶段的荷载和上述桩头的位移的关系，求出上述桩的承载力。

2.根据权利要求1所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于缓冲垫按照由高分子材料形成的板或块与金属板交替地叠置的方式形成。

3.根据权利要求2所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于在由高分子材料形成的板或块上，形成施加荷载方向的孔。

4.根据权利要求2所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于由高分子材料形成的板或块与金属板通过定缝钉或粘接材料而粘接。

5.根据权利要求3所述的桩的准静态荷载试验法，其特征在于由高分子材料形成的板或块与金属板通过定缝钉或粘接材料而粘接。

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