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浅谈桩基动力检测技术

摘要：桩基础是工程实际中常见的一种基础形式，而桩基的质

量捡测则是其中的重要环节。本文主要阐述目前桩基动力检测技术

的主要方法及存在的问题。

关键词：桩基动力检测高应变法低应变法

前言：桩基础依据其实隐蔽工程，在高层建筑、铁路、公路、

港口码头、电力、海上石油钻井平台、水利等工程领域得到了广泛

的应用。。桩基动力检测技术具有费用低、快速、轻便等优点，越

来越受到工程检测人员的喜欢。

桩基动测技术研究在我国始于20世纪70年代。1972年，湖南

大学学者周光龙提出了“桩基参数动测法”，对开创我国桩的动测

方法研究起了积极的推动作用。1978年东南大学学者唐念慈应用波

动方程法对渤海12号平台钢管桩进行了动力测试，并获得成功。

自20世纪80年代以来，机械阻抗法、水电效应法、共振法、锤击

贯入法等10余种方法相继推出，并在我国的许多地区纷纷进行试

验研究和应用。

1、高应变法

高应变法是当作用在桩顶上的能量较大，直接测得的打击力与

设计极限值相当时。目前高应变法主要有动力打桩公式法、波动方

程法、case法、曲线拟合法、锤击贯入法和动静法等，但工程界应

用最广泛的高应变法是case法和波形拟合法。

1.1case法及其局限性

case法是一种通过一维波动方程计算而获得岩土对桩的支撑阻

力的新方法。它有三条基本假定：桩身是等阻抗的；桩周与桩尖土

对桩的运动阻力分为动阻力和静阻力两部分，动阻力全部集中在桩

尖，忽略了桩侧土阻力；静阻力模型为理想刚塑性体，忽略了应力

波在传播过程中的能量损耗，包括桩身中内阻尼损耗和向桩周土的

逸散。基于以上三条基本假设,由行波理论和波动方程推导出case

法单桩极限承载力公式：ｒs=ｒ－jｃ(2ｆｔ1－ｒ)其中jc是地

区性经验系数，土质不同，jc凭经验取值的变异性会很大。

由于case法的假定条件与部分桩基的实际施工条件差别较大。

导致case仅适用于钢桩、预制桩和预应力管桩的测试。

1.2波形拟合法及其局限性

波形拟合法波形拟合法目前被认为是确定单桩承载力最准确的

方法。它是通过现场把实测力波和速度波输入计算机进行迭代计

算，把桩—土系统变为离散的质弹模型，假定各单元桩和土参数，

以实测的桩顶速度波(或力波)作为边界条件，用特征线法求解波动

方程，反算桩顶力波(或速度波)，使计算的波形和实测波形拟合。

若两者不吻合，调整桩土参数，再次计算,直至吻合。此时各参数

是最佳估算值。最终求得承载力、侧阻分布和计算的ｑ－ｓ曲线。

波形拟合法取样严格要求贯人度、侧面光滑性及截面的一致性，

因此，当桩问土变形不够充分时，承载力计算值偏于保守。而且它

假定桩周土体内无变形存在，也极不合理。桩土间的理想弹塑性模

型和牛顿粘性体模型与灌注桩、预制桩等桩型存在较大偏差。

1.3低应变法

低应变法是作用在桩上的能量较小，仅能使桩土间产生微小扰

动。现在国内低应变动测法主要用于检测桩身完整性。我国低应变

动测桩法主要是应力波反射法，其次还有机械阻抗法、动力参数法、

水电效应法、共振法等。其中应力波反射法在桩身质量检测中应用

最广泛。

应力反射波法是以应力波在桩身中的传播反射特征为理论基础

的一种方法。该方法将桩假定为连续弹性的一维截面均质杆件，并

且不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响。当在桩顶施加一瞬

态锤击振力，将在桩内激发应力波，由于桩与周土之间的波阻抗差

异悬殊，应力波的大部分能量将在桩内传播，当波长ｌ＞＞桩径ｄ，

应力波波长λ＞＞ｄ时，桩可以看作一维杆件，应力波在桩内传播

可以采用一维杆波动方程计算。垂直入射的应力波在桩内传播过程

中，当桩内存在有波阻抗差异界面时，波将产生反射波和透射波，

反射波将沿桩身反向传播到桩顶，而透射波继续向下传播。

低应变法的缺陷主要体现在桩周土层对波形曲线的影响、桩身

浅部的缺陷难识别、缺乏对缺陷的定量分析、第二缺陷的判断识别

困难、难以分辨渐变的缺陷等几方面。

2、桩基础动力检测技术的未来走向

新的世纪，桩基动测技术也应向高质量、规范化、标准化的方

向发展，除了不断开发和改善动测分析的硬件设备外，更应不断完

善理论研究和软件分析。

2.1分析方法

目前桩基动测数据分析的方法主要有时域分析或频域分析法。

时域分析考察的是以时间为横坐标的桩身波动曲线，可以根据理论

分析写出其传递函数及桩头的位移方程，但无法确定函数中若干

系数的取值。频域分析是应用fft（快速傅立叶变换)和频谱分析

来研究其特征，能得出更多的分析结果，但是对于结果的解释主要

靠测试人员的工程经验。

2.2信号分析

测试结果的信号分析包括两个内容