利用高應變CASE法判定單樁豎向抗壓極限承載力

徐金寧

摘 要：風電場場區地形一般較為復雜，如只利用傳統的單樁豎向抗壓靜載荷試驗確定風機樁基礎的承載力，設備運輸有諸多不便，工作效率偏低。在寧夏中衛香山200 MW風電場的建設中，嘗試利用了工程物探中的高應變（CASE法）對風機樁基礎進行了補充檢測，通過對比相同樁用單樁豎向抗壓靜載荷試驗和高應變（CASE法）判定的單樁豎向抗壓極限承載力，發現高應變（CASE法）可作為判定單樁豎向抗壓極限承載力的一種高效方法。

關鍵詞：高應變（CASE法） 單樁豎向抗壓靜載荷試驗 單樁豎向抗壓極限承載力

中圖分類號：U44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（a）-0039-02

國家實施西部大開發戰略以來，寧夏進入快速發展期，在此過程中，寧夏新建了很多風電場。但由于風電場場區地形一般較為復雜，如只利用傳統的單樁豎向抗壓靜載荷試驗對風機樁基礎的單樁豎向抗壓極限承載力進行確定，不僅施工難度大，而且費時。但如利用工程物探中的高應變（CASE法）對風機樁基礎進行補充檢測，有時間短、費用低以及效率高的獨特優點。該文介紹了寧夏中衛香山200 MW風電場嘗試利用工程物探中的高應變（CASE法）對風機樁基礎的單樁豎向抗壓極限承載力進行了判定，通過對同一根利用高應變（CASE法）和單樁豎向抗壓靜載荷試驗確定的承載力進行對比，證實了在寧夏中衛香山200 MW風電場利用高應變（CASE法）進行單樁豎向抗壓極限承載力的確定是可行的。

1 高應變（CASE法）原理

高應變現場檢驗時，加速度傳感器和應變環一般對稱安裝在距樁頂不小于2D（D為樁徑）的樁側表面處，習慣上忽略這段距離，將傳感器安裝的截面稱為樁頂（x=0截面），傳感器安裝截面至樁底的距離稱為實際樁長L。試驗時，樁頭撞擊產生的應力波在t=L/C時刻傳到樁底，并于t =2L/C 時刻經反射回傳到樁頂。

實際工作中，樁在整個深度L 的樁段上連續作用有側阻力，樁底作用有端阻力，并且土阻力是自上而下被依次激發的。計算樁基承載力時，一般取速度曲線的起始峰值對應的時刻為t 1，應力波經反射在t 2=t 1+2L/C 時刻回傳至樁頂。在樁頂實測的力和速度曲線中將包含以下4種影響。

（1）由土阻力產生的上行壓力波。

（2） 由土阻力產生的下行拉力波經樁底反射產生的上行壓力波。

（3）由初始下行壓力波經樁底反射產生的上行拉力波。

（4）全部的上行波在樁頂反射面形成的下行波。

對于t 1+2L/C 時刻樁側和樁端土阻力均已充分發揮的摩擦型樁，可按以下CASE法公式的計算結果，判定單樁承載力：

Rc 為由CASE法判定的單樁極限承載力實測值（kN）；Jc 為CASE法阻尼系數；t 1為速度峰值對應的時刻（s）；F （t 1 ）為t 1 時刻測點處實測的錘擊力（kN）；V （t 1 ）為t 1 時刻的質點運動速度（m/s）；Z為樁身截面廣義波阻抗（kN·s/m）；A為樁的截面積（m2） ；L為測點下樁長（m）。

2 應用實例

2.1 工區概況

工區位于中衛香山，為擬建的中衛香山200 MW風電場場區，在地貌上屬于黃土中山地貌，黃土梁一般梁背寬闊，頂部較平坦，下部沖溝發育。根據中國電力工程顧問集團華北電力設計院工程有限公司提供的勘測成果，場區地表以下28.0 m深度范圍內地層自上而下依次如下。

（1）黃土狀粉土，褐黃色～淺黃色，干～稍濕，稍密，局部密實，粉粒結構為主，搖震反應迅速，無光澤反應，干強度及韌性低，含蟲孔構造及白色菌絲狀斑點，土質較均勻。（2）粉土，褐黃色，稍密，稍濕，搖震反應迅速，無光澤反應，干強度及韌性低，粘粒含量較低，土質均勻。該層在局部有分布，厚度3.0～6.5 m。（3）粉土，淺黃色，中密，稍濕，無光澤反應，干強度及韌性低，粘粒含量低，土質均勻。（4）基巖，場地局部地段有分布，主要為石英砂巖，砂巖及板巖。風電場場區地基處理采用干作業混凝土灌注樁，設計樁徑600 mm，有效樁長15 m，設計混凝土強度等級為C40。

2.2 試驗結果

根據高應變動力試驗曲線（見圖1），利用CASE法計算可得，試驗樁的單樁抗壓極限承載力為3 089.26 kN，單樁豎向抗壓靜載荷試驗確定的試驗樁單樁豎向抗壓極限承載力為3 000 kN，高應變（CASE法）試驗結果較為準確。

3 結語

高應變法作為一種工程物探新技術新方法，其在基樁承載力檢測中雖然存在試驗參數不確定這一劣勢，但通過靜載荷試驗和高應變法的聯合應用及對比，可以很好地應用于基樁承載力檢測中，從而減少樁基檢測所需的時間和費用，并一定程度上增加了抽檢的數量，不失為一種高效的基樁檢測手段。

參考文獻

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