桥梁基础工程(工程硕士)

桥梁基础工程西南交通大学西南交通大学 土木工程学院土木工程学院岩土工程系岩土工程系课程主要内容1.基础工程概述2.桩基础的基本理论、方法及应用3.桩的现场试验及检测方法4.有限元法在桩基受力变形分析中的应用1.基础工程概述1.1 基础的作用和特点1.3 对基础的要求1.2 基础的分类1.4 基础工程的发展概况1.1 基础的作用和特点 基础的作用是将结构所受外力传入地基，并保证地基不发生破坏和产生过大的变形。（1）上部结构-基础-地基系统中的重要组成部分。（4）属隐蔽性工程，出现问题难以补救。（3）对整个工程的工期和造价可产生较大的影响。（2）与地基直接接触而使其行为十分复杂，与岩、土的联系密切。桥梁基础1.2 基础分类明挖基础桩 基 础沉井基础房建基础独立基础条形基 础筏形基础箱形基础桩基础沉井基础地下连续墙基础壳形基础 （1）相比之下，房建基础的类型更为丰富。（2）无论是桥梁还是房建，桩基础因承载力高，沉降小，因此应用十分广泛，尤其是在大型建筑结构中。独立基础 墙下条形基础 柱下条形基础 十字交叉基础 筏形基础（梁板式）箱形基础壳体基础（正圆锥壳）桩基础 沉井基础 地下连续墙基础 沉井平面长69m，宽51m，下沉深度为58m，相当于9个半篮球场大的20层高楼埋进地下。世界上最大的沉井江阴长江公路大桥锚碇。国内最大的水中沉井基础（泰州长江大桥）（58m44m）强 度：保证基础结构不发生破坏。刚 度：保证荷载的良好传递、分配，降低地基沉降的不均匀性。1.3 对基础的要求 一是满足地基承载和变形的要求，二是基础自身强度和刚度的要求。承载力：地基不发生破坏。变 形：地基不能产生过大的变形（如沉降、不均匀沉降、倾斜等）。稳定性：不会在外荷载作用下发生浅层和深层滑移。1地基2基础1.4 基础工程的发展概况 1936年，成立国际土力学与基础工程学会，基础工程成为一门学科。1937年，茅以升主持修建钱塘江大桥，采用沉箱基础。1957年，建成武汉长江大桥，采用管柱基础。1968年，建成南京长江大桥，采用气筒浮运沉井、沉井套管柱基础。1999年，建成江阴长江公路大桥，其沉井基础（锚碇基础）为世界之最。2008年，建成苏通大桥，其桩基的规模为世界之最。总 结（1）基础的规模（尺寸）不断增大，施工技术发展迅速。（2）理论落后于实践，计算理论的水平仍需提高。2.桩基础的基本理论、方法及应用2.1 单桩轴向抗压承载力的确定2.4 群桩基础的承载力2.5 桩基沉降计算2.6 桩基沉降的预测方法2.7 压力灌浆技术在桩基工程中的应用2.8 大直径超长钻孔灌注桩在桥梁工程中的应用2.2 桩的抗拔承载力2.3 桩的水平承载力 与浅基础相比，桩基础将荷载传至更深、范围更大的土层来承受，因此能提供更高的承载力，并降低沉降。为什么桩基础较浅埋基础具有更高的承载力、更低的沉降？浅基础桩基础单桩承载力 轴向抗压2.1 单桩轴向抗压承载力的确定轴向抗拔横向受力 （1）地基土（岩）对桩的支承能力达到极限；2.1.1 单桩竖向极限承载力 两种破坏形式 通常，桩的承载力取决于土（岩）对桩的支承能力。（2）桩身强度达到极限。而土（岩）对桩的支承能力来源于桩侧摩阻力、桩端阻力。基础及地基在保证不发生破坏、不产生过大变形时，能够承受的最大外荷载。2.影响因素（1）桩侧土（岩）层分布与性质 桩侧土的强度与变形性质直接影响桩侧阻力的大小及分布，从而影响到单桩的承载力。湿陷性、液化、欠固结等常会降低桩侧阻力，甚至出现负摩阻力。（2）桩端土（岩）层的性质 桩端持力层直接影响端阻的大小及沉降量。低压缩性、高强度的砂、砾、岩层等是理想的高端阻的持力层，而高压缩性、低强度的软土几乎不能提供端阻。1.极限承载力（按土（岩）阻力）极限承载力=极限侧阻力+极限端阻力（3）桩的几何特征及强度 包括桩的截面尺寸及形状、长度等。对柱桩，强度常会成为桩承载力的控制因素。（4）成桩效应 挤土桩、非挤土桩、部分挤土桩三种主要成桩工艺的成桩效应是不同的。通常，饱和土的成桩效应大于非饱和土，群桩大于单桩。（5）施工因素的影响 灌注桩成孔对周围土体扰动及松弛效应，会降低侧阻。因清孔不彻底，桩底虚土、沉渣降低端阻。护壁泥浆形成的泥皮降低侧阻。砂土中打（压、振）入预制桩，因挤密作用可提高桩的侧阻、端阻。打入桩钻孔桩冲孔桩3.侧阻、端阻的发挥 （1）侧阻先于端阻发挥出来。（2）侧阻完全发挥所需的桩-土间相对位移较小，而端阻完全发挥所需的相对位移较大。包树黄河大桥试桩直径1.8m，长90m2.1.2 按承载特性进行桩的分类1.铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10002.5-2005 J464-2005）摩擦桩：在承载力极限状态下，桩底位于较软土层，轴向荷载由侧阻和端阻承担，且桩侧阻力在其中起主要支承作用。轴向荷载几乎完全由侧阻承担时，称为纯摩擦桩。柱 桩：在承载力极限状态下，桩底支于坚硬土层（岩层），轴向荷载几乎全由桩端阻力承担。端承型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩端阻力承担。全部由端阻承担时，称为端承桩；桩侧承担少部分时，为摩擦端承桩。摩擦型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩侧阻力承担。全部由侧阻承担时，称为摩擦桩；桩底承担少部分时，为端承摩擦桩。2.建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）2.1.3 单桩承载力的计算 方法（规范中的经验公式法）单桩承载力的确定方法 原型试验法（现场试验）理论计算法利用原位测试结果进行推算经验法1.铁路桥涵地基和基础设计规范中桩的容许承载力打入、振动下沉、桩尖爆扩桩 钻（挖）孔灌注桩（1）摩擦桩 侧阻端阻侧阻端阻安全系数安全系数端阻（2）柱 桩2.建筑桩基技术规范中桩的极限承载力d800mm的桩侧阻端阻d800mm的桩侧阻折减系数端阻折减系数 支承于岩石上的打入、震动下沉桩（包括管柱）支承于岩石层上与嵌人岩石层内的钻(挖)孔灌注桩及管桩端阻端阻（嵌固段）通过建立微单元平衡方程（竖向）2.1.4 桩-土体系的荷载传递研究竖向荷载作用下桩侧摩阻、桩身轴力、位移的分布情况。得 到侧摩阻力与轴力的关系 侧摩阻力的直接量测很困难，应用上式，可通过量测轴力得到摩阻力的分布形式。轴 力摩阻力振弦式应变计2.1.5 负摩擦桩危 害：承载力下降，沉降增大。原 因：桩侧土的竖向位移大于相应的桩的位移。软土、湿陷性黄土、欠固结土；桩周地面大面积堆载；地下水位下降等。负摩阻力：与桩的轴向荷载方向相反的桩侧摩阻力。内江巨腾国际项目填土桩基填 土淤泥质粉质黏土黏 土强、中风化砂岩轴 力2.2 桩的抗拔承载力1.单桩抗拔试验2.经验公式法单 桩抗拔系数承受较大的水平荷载的桩基抗浮桩锚 桩桩承受竖向拉拔荷载的能力。主要针对：慢速荷载维持法 等时间间隔法 连续上拔法 循环加载法群桩整体破坏抗拔试验2.3 桩的水平承载力2.3.1 水平荷载作用下单桩的工作特点2.3.2 单桩水平荷载试验 竖直单桩的水平承载力远小于竖向承载力。单桩水平承载力的大小主要取决于桩身的强度、刚度、桩周土的性质、桩的入土深度及桩顶约束条件等。1.试验装置2.试验加载方法3.终止加载条件单桩水平荷载试验试桩（帽）千斤顶反力梁反力桩4.水平承载力的确定临界荷载极限荷载2.4.1 群桩的工作特点2.4 群桩基础的承载力 结 论(2)承台下土的无分担作用。1.柱桩（端承桩）基础(1)群桩基础承载力为各单桩承载力之和。(2)群桩基础的沉降与各单桩沉降量相等。(1)桩底压应力不叠加;特 点（1）桩底压应力的叠加效应2.摩擦群桩基础 桩间距较大时应力不叠加 桩间距较小时（2）群桩对桩间土性质的影响 砂土：预制桩沉桩过程中，砂土变得密实，侧摩阻力及端阻提高。粘 土：预制桩沉桩过程中，扰动土体，使侧摩阻力降低。桩间距较大时桩间距较小时应力叠加（3）承台的分担作用叠加效应使桩基的承载力降低，沉降加大。低承台桩基的承台可分担部分荷载。在设计时应选择合理的桩间距。2.4.2 群桩基础的承载力 除单桩进行承载力检算外，还需将群桩基础作为一个实体基础进行检算。1.铁路桥涵地基和基础设计规范作用在桩基底面的竖向力对承台底面桩基重心的弯矩桩底处的地基承载力（按浅基计算）实体基础底面的面积、截面模量承台效应 实际上是为计算方便，忽略了群桩效应（Sa 3d），但考虑了承台的作用。2.建筑桩基技术规范中复合基桩的极限承载力单桩承载力特征值安全系数，取为2 （1）由单桩极限承载力计算承载力特征值。（2）由单桩承载力特征值计算复合基桩的承载力。基桩：群桩中的一根桩。复合基桩：考虑了承台效应的基桩。2.4.3 群桩软弱下卧层的承载力计算 为减小桩长节约投资，或由于穿透硬层困难，可能会将桩端设置于存在软弱下卧层的有限厚度硬层上。2.5 桩基沉降计算 对高速铁路中的桥梁基础，及高层建（构）筑物来说，起控制作用的往往是基础的沉降变形，而不是承载力。（1）保证线路的平顺性，不至对线路高程进行过大的调整。1.沉降变形类型（铁路桥梁）沉降变形的期间：墩台施工完成到桥梁施工完成。（1）单独墩台（基础）的沉降；（2）相邻墩台的沉降之差。2.控制沉降变形的目的 （2）对超静定结构，保证不因沉降在结构内产生过大的附加应力。2.5.1 概述静定结构超静定有砟桥面明桥面沉降(mm)沉降差(mm)沉降(mm)沉降差(mm)沉降差 桥 规80404020根据沉降对结构产生的附加应力的影响而定200km/h 规定50202020300350km/h规定3015205 3.墩台沉降量及沉降差的容许值新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定新建时速300500公里客运专线铁路设计暂行规定铁路桥涵地基和基础设计规范 (1)桩的沉降=桩自身的变形 +桩底以下土层的压缩（摩擦桩）(2)活载作用下所产生的变形是瞬间的、弹性的，可以恢复，故计算沉降变形时只考虑恒载的作用。5.沉降的计算方法4.沉降计算的基本原理及原则较 小（钢筋砼的弹性模量30000MPa）较 大（土的压缩模量数十数百MPa）沉降确定方法现场试验理论方法经验方法数值计算方法 即：桩的沉降通常取决于土层（岩）的性质。6.沉降计算模型 （1）桩周围的土体可用一系列独立的弹簧来模拟，如荷载传递法中；均质的弹性半无限体，如弹性理论法中；或按实际的土层进行计算，如有限元等数值方法中。桩基的沉降与周围土层及其性质密切相关，因此合理模拟土层是沉降计算的重要前提。（2）土体可看作：弹性的、弹塑性的、粘性的等。2.5.2 单桩沉降计算传递函数法 桩侧阻力的传递函数 Kezdi法（1957）反映土的类别及性质的参数 极限侧摩阻力时的位移 1.荷载传递法优点：计算较为简单。缺点：合理的传递函数难以确定。2.弹性理论法（1）基本假定 土为均质、各向同性的弹性半无限体；桩侧完全粗糙，即桩、土之间沿切向无相对位移。桩侧单位剪应力在桩侧产生的竖向位移 桩底单位正应力在桩侧产生的竖向位移 桩侧最终位移为 以矩阵形式表示为（2）土的位移方程（3）桩的位移方程由桩微单元的平衡方程可得 用差分法，可得（4）建立求解方程相容条件 假设桩、土之间无相对位移 优 点：较用弹簧模拟土层作用更符合实际。缺 点：计算较为复杂；无法模拟多种土层。对群桩基础，可采用叠加法计算。2.5.3 等代基础法计算群桩基础沉降 群桩基础的沉降计算较单桩复杂得多。在实际应用中，多将群桩基础简化为等代实体基础，按类似于浅埋基础中的分层总和法计算。1.铁路桥涵地基和基础设计规范的计算方法基底处的附加应力压缩模量平均附加应力系数经验修正系数土层到基底的距离2.桥规计算方法的合理性分析（1）忽略了桩基础自身变形对沉降的影响。通常是合理的。（2）在确定基底以下土层的压缩，需计算土层中的附加应力时，采用了Boussinesq（布氏）解。Boussinesq（布氏）解：弹性半无限体表面作用竖向集中力时，地基内的位移及应力解。Mindlin（明氏）解：弹性半无限体表面以下一定深度处作用竖向集中力时，地基内的位移及应力解。为计算在桩侧摩阻力、桩底压力作用下，桩底以下土层中的应力，显然采用明氏解更为合理。土 层 j,i 的计算方法第 j 层土的第 i 个分层3.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）桩基沉降计算方法所有桩在土层中产生的竖向附加应力 桩侧摩擦力桩底压力Q土 层土 层土 层桩底压力l底端作用力侧面力（均匀分布）侧面力（三角形分布）附加应力对所有的桩求和桩底压力产生的附加应力桩侧摩擦力产生的附加应力应力影响系数桩端阻力比（现场实测资料确定）均布侧阻在总侧阻中的比例4.建筑桩基技术规范桩基沉降计算方法（桩距小于6倍桩径时）经验修正系数 按布氏解得到的基础沉降 用明氏解对布氏解进行的修正2.6 桩基沉降的预测方法 预测桩基沉降的发展过程、最终沉降量及沉降稳定时间，满足对工后沉降的要求，为后续工作提供依据。1.目的和意义2.预测方法（1）理论计算法 通过建立合理的力学计算模型，采用可靠的力学参数，通过计算可确定桩基础的整个沉降过程。例如，对软土，可建立相应的固结模型，通过计算可得到沉降-时间关系。优 点：不需进行现场量测，成本较低。缺 点：计算结果的准确性依赖于计算模型的合理性及计算参数的准确性。2.6.1 概 述（2）通过沉降实测数据进行预测 通过建立数学模型，根据当前的沉降量测数据，对沉降以后的发展过程进行预测。可分为：静态法：如双曲线法、指数曲线法等。动态法：如灰色理论法、神经网络法等。2.6.2 静态预测法 选择与沉降过程特征相近的曲线形式，由现有量测数据确定其中的参数，从而得到整个沉降过程。（1）递增；（2）变形速率由大到小，沉降最终趋于稳定。沉降曲线特点双曲线：双曲线预测法的计算原理指数曲线：计算中采用的起始时间起始时间时的沉降值待定参数（1）上式可等价地写为YXY=a+bX （2）由现有的在t0、t1、t2、tm 观察值 S0、S1、S2、Sm可得到m个线性方程Y0=a+bX0Y1=a+bX1Ym=a+bXm （3）应用最小二乘法可求得系数a、b。（4）将求得的系数a、b代回原式，可求得任意时刻t及最终的沉降量。实测结果预测曲线2.7 压力灌浆技术在桩基工程中的应用2.7.1 灌浆法简介1.目 的(1)加固补强；（2）防渗堵漏；（3）建筑纠偏。2.加固地基土（岩）的方法 (1)渗入性灌浆：在压力作用下，浆液渗入颗粒间的孔隙，凝固后将颗粒粘结，提高地基强度及抵抗变形性能。适用于粗颗粒土。(2)压密灌浆：在钻孔内通过高压将浓稠水泥浆压向土层，对土层进行挤密。用于增强和纠偏。(3)劈裂灌浆：通过高压在土中形成裂纹，并使浆液渗入。3.浆 材水泥、粘土、各类化学浆液等。2.7.2 压浆技术在桩基工程中的应用1.目 的提高桩基承载力，降低沉降。2.作用机理 (1)通过渗入性灌浆改善灌注桩侧、桩底土层的性质，压密灌浆改善桩底土的性质。(2)通过灌浆清除灌注桩桩侧泥皮，增强桩-土间的联结；清除桩底沉渣，提高桩底的承载特性。桩 侧封闭式3.压浆方式桩 端桩侧+桩端开放式桩浆液凝固体2.7.3 桩的压浆工艺1.灌浆设备2.灌浆材料注浆泵 储浆桶 灌浆材料高压胶管 压力表 灰浆搅拌机筛网止浆阀出浓浆后用堵头堵上胶囊 水泥（+膨润土+缓凝剂混合）浆液）。3.灌浆流程压浆管压浆设备端阻-位移端 阻侧 阻沉降-荷载（压浆后）平均侧阻-位移端 阻侧 阻沉降-荷载（压浆前）2.7.4 压浆效果苏通大桥试桩，长125m，桩径2.5m，桩底压浆。2.8 大直径超长钻孔灌注桩在桥梁工程中的应用2.8.1 大直径超长桩超长桩：长径比 100（？）或长度50m（？）大直径：桩径 0.8m（建筑桩基规范）（？）名 称最大桩径（m）最大桩长（m）试桩极限承载力（kN）备 注包树黄河大桥1.89039109天津高架桥29029607湛江海湾大桥2.5100苏通大桥2.5125100538桩底压浆润扬大桥2.5111.560190大胜关大桥2.8107杭州湾跨海大桥2.812028800桩底压浆嘉绍大桥3.82.8.2 特点及难点1.设 计（1）桩基承载力及变形特性的确定；（2）桩基沉降预测及控制；（3）桩基结构内力及变形计算。2.施 工 （1）施工区常处于水深、流速大、航道繁忙的水域。（2）成孔需大型钻机。KPG3000A：孔径1.56.0m（一般土层），1.53m（岩层），最大深度130m。KTY4000：孔径4m，最大深度130m。KPG3000A全液压钻机KTY4000全液压钻机（3）清孔不净，沉渣影响桩的承载力。采用桩底压浆技术提高承载力性能。（4）承台大体积混凝土浇筑。3.成孔质量检查 （1）孔径；（2）孔深；（3）孔位；（4）倾斜度；（5）沉渣厚度；（6）清孔后泥浆指标。4.桩身混凝土质量检测 采用声波透射法。5.单桩竖向承载力的现场试验确定 多采用自平衡法。3.桩的现场试验及检测方法3.1 单桩竖向抗压静载试验3.2 桩承载力的自平衡法3.3 声波透射法3.4 反射波法（低应变法）3.5 高应变法CASE法3.1 单桩竖向抗压静载试验3.1.1 试验目的和方法1.试验目的 （1）获得桩的沉降-荷载曲线，并由此确定桩的极限承载力等承载特性，以及桩的沉降特性。（2）获得沿桩长的轴力分布情况，进一步得到侧摩阻力的分布及端阻力的大小。2.试验设备及元件 （1）反力系统：主梁、锚固系统（专用或借用工程桩）或堆载；（2）加载系统：千斤顶，精密压力表；（3）沉降量测设备：基准梁、百分表；（4）应变量测元件及仪器：振弦式应变计（光纤）及量测仪。应变计布置图千斤顶主梁次梁支墩试桩锚桩锚索千斤顶试桩（帽）基准梁百分表单桩静载试验振弦式应变计3.试验原理及过程 （1）采用千斤顶分级加载。（2）每级荷载施加后，用百分表定时量测沉降量。沉降稳定后，量测桩身应变，然后施加下一级荷载。（3）沉降无法稳定或超过规定限值时，停止加载。（4）逐级卸载。4.试验成果 （1）桩顶沉降-荷载曲线；极限承载力 （2）桩身轴力分布图；桩侧摩阻力分布图桩底端阻力桩侧摩阻力桩周长陡变型：曲线明显发生下降的起始点。缓变型：取s=40或0.05D(大直径桩，桩端直径）所对应的荷载。极限荷载的确定陡变型缓变型 (1)所有试桩的极差不超过平均值的30时，取平均值为单桩竖向抗压极限承载力。(2)极差超过平均值的30，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时增加试桩数量；(3)对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）沉降-荷载曲线冲孔灌注桩，长22m，桩径0.8m轴力图摩阻力轴力图3.2 桩承载力的自平衡法1.基本原理和方法 通过荷载箱的加载，可得到上段桩和下段桩的极限承载力，二者之和即为整根桩的承载力。2.荷载箱的位置 （1）需确定整个桩的承载力时，应尽量使上、下段同时达到极限荷载。（2）按试验目的，置放在不同位置。3.优点及缺点 （2）可用于水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等，这些都是传统试桩法难以做到的。（1）适用于大型桩。（3）试验费用通常较高（荷载箱是一次性的）。端阻侧阻端阻侧阻抗拔扩底抗拔端阻1，是因为上段向下的桩侧摩阻力（试验时的试桩）小于向下的摩阻力（实际的工程桩）。试验结果转换后桩长60m，桩径2.8m。润扬长江公路大桥南汊桥南塔基础3.3 声波透射法声波发射 （1）声波在混凝土中的传播速度一般在30004200m/s之间。1基本原理 （2）传播途径上遇混凝土裂缝、夹泥、密实度差时，部分声波绕过缺陷前进，传播时间延长，波速减小。（3）有空洞时产生反射和散射，波的振幅减小。声波接收桩身质量及缺陷波 速波 幅波 型发射接收2测管布置及测试设备（1）测管布置检测范围 测管可钢管或塑料管，内径50-60mm，下端封闭，注满水或油作为耦合剂。（2）检测仪 声波脉冲发生仪、发射及接受探头、信号处理及显示设备。声波透射法测试现场3检测结果及分析(1)波 速测管外壁距离修正后的声时声速（m/s）4000混凝土质量极差差中好优(2)波形及波幅完整缺陷3.4 反射波法（低应变法）3.4.1 试验方法和设备桩顶瞬态冲击力桩底或桩身缺陷桩顶振速-时间等曲线向下传播向上反射传感器接收反射波形、传播时间、波速桩长、完整性、桩底情况手锤或力棒对桩的完整性（即有无缺陷）、桩长、桩底情况等进行检验。893.4.2 基本测试原理与波形分析1广义波阻抗及波阻抗界面在分析时，将桩简化为一维杆件。广义波阻抗桩身介质密度桩截面弹性模量弹性波波速波阻抗比 当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的、E、C、A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。2应力波在阻抗界面处的反射与透射振动速度应力入射反射透射 在与传播方向垂直的波阻抗界面处，根据应力波理论，由连续性条件和力的平衡关系有由解得反射速度透射速度反射系数透射系数与入射方向始终相同3波在桩中的传播及测试波形分析原理(1)测试内容桩 身桩 长桩身断裂径缩、夹泥、离析桩 底截面变化（增大或减小）局部缺陷反射波传播时间振动速度的方向支承情况截面变化（2）完整桩的测试原理n=Z1/Z21F0 VR与VI同号因透射、几何扩散、桩材料吸收、桩中缺陷等因素而衰减出发返回时间可知桩顶振动的速度-时间曲线同向反射 桩底持力层为土层时桩 顶同向反射传播速度桩长或 桩底持力层为坚硬岩石时n=Z1/Z20 VR与VI反号反向反射桩 顶n=Z1/Z2=1F=0 VR=0无反射桩顶收不到反射信号 传播速度（桩长）的确定无反射反向反射4桩身变化及缺陷分析 当桩身截面尺寸、混凝土性质发生改变时，导致相应的阻抗发生变化，故在此处产生透射波和反射波，后者向桩顶传播，前者继续向桩底传播，并最终反射到桩顶，故最终在此时段内，桩顶会收到两个以上的反射波。n=Z1/Z21F 0桩 顶反 射桩 底透 射反 射桩 顶 桩身断裂时，则波直接返回到桩顶，不再向桩底传播。n=Z1/Z2E20T 0F=-1桩 顶完整反射无透射T=0停止向桩底传播断桩处96（1）桩身断裂（断桩处波阻抗为0）n=Z1/Z2 F=-1VR=VIE20T=0VT=0断桩处同向反射断桩位置无透射桩 顶实际桩长无法确定（2）截面增大（变化处波阻抗增大）n=Z1/Z21F0VT0反向反射桩 底透 射反 射桩 顶桩 顶（3）截面减小、局部断裂（变化处波阻抗降低）n=Z1/Z21F0VT0同向反射桩 底透 射反 射桩 顶桩 顶截面变化处的位置桩长（4）桩身局部缩径、夹泥、离析（变化处波阻抗降低）特点（1）在一个周期内，可收到3个反射波。（2）第一个反射波同号，第二个反号，第三个同号。（3）在实际测试中，第一、第二个反射波不容易分辨开。3.5 高应变法CASE法3.5.1 试验方法和设备桩顶瞬态激振桩身上行波、下行波桩顶附近轴力和振动速度时程曲线桩的极限承载力和桩身质量确定桩的极限承载力，检测桩身质量。重锤传感器和分析仪1.方法2试验设备（2）传感器（1）重锤 一般为桩重的1/101/8，对地质情况较好的桩，锤重大约为预估承载力的1%。应力（应变）传感器、加速度（速度）传感器。（3）数据采集和分析设备美国桩基动力公司的PDA荷兰富国公司瑞典桩基开发公司的PID国产软件设备102桩身截面的轴向位移3.5.2 测试原理1一维波动方程将桩身看作为一根一维弹性杆，其一维波动方程为波速下行波上行波2桩的承载力计算公式桩顶振动速度（力）下行波+上行波+桩周土阻力建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003单桩承载力Case法阻尼系数阻抗Z=EA/C4.有限元法在桩基计算分析中的应用4.1 有限单元法的基本概念4.2 有限单元法计算桩基问题4.3 实 例4.1 有限单元法的基本概念“有限”是指什么？连续体（无限个自由度）离散体（有限个自由度）离散化Pqq（一维问题）（二维、三维？）q单 元节点1234567W1W2W3W8W无限个自由度8个自由度节点处的平衡方程刚度矩阵节点挠度节点荷载234567814.2 有限单元法计算桩基问题4.2.1 计算模型的建立1.在计算时，即要考虑桩基础本身，也要考虑周围的土层。2.要考虑桩-土界面力学特性。3.材料特性（1）弹性：计算参数为弹性模量、泊松比。（2）弹塑性：计算参数为弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角。（3）渗透固结：增加渗透系数。4.2.2 特 点 （1）与工程设计中常用的计算方法相比，能更为真实反映桩-土之间的相互作用，而不需引入过多的简化和假设。（2）可计算各种复杂问题，包括结构形式、土层分布、土的力学特性。（3）计算结果的准确性取决于土及桩-土界面力学模型及参数的合理性及准确性。4.3 实 例1.网格2.计算结果