桩基动测技术研究现状及发展方向综述

工　程　技　术

２０１０　　ＮＯ．１９

科技创新导报

桩基动测技术研究现状及发展方向综述

王丹微

（吉林建筑工程学院岩土工程系　　吉林长春　　１３００２１）

摘　要：本文简要地介绍了国内外桩基动测技术的应用现状，并讨论了其今后的发展方向，通过归纳、总结，得出：桩基动力检测技术是岩土工程检测领域的重大课题，是保证基础工程质量的重要手段之一，同时，具有省时、省力、经济、简便、无损等优点，已在全国各地的桩基检测中得到普及和应用。但是在实际应用中，由于各种原因桩基动测法还存在着一些问题，影响其可靠性，需要进一步的探讨和研究。关键词：岩土工程检测　　桩基础　　动力测试技术中图分类号：ＴＵ４７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１０）０７（ａ）－０１０５－０２

１　引言

近年来，我国的建设工程发展十分迅速，诸如高层建筑、桥梁、港口、机场等各类新型高标准工程项目日益增多，这不仅对各种工程基础的地质条件提出更高的要求，而且需要提供各种可靠的设计参数。特别是在场地土动力学参数测试方面，有更高的标准要求。为了更好地为工程建设服务，必须加速高质量动测设备软硬件的研制，提高整个桩基动测行业的技术水平［２，３］。为此，有必要对桩基动测技术研究现状及发展方向做进一步的探讨和研究。

２　桩基动测技术研究现状与存在的主要问题

桩基动测方法虽然已有１００多年的历史，但近代的动测技术则是随着现代电子等技术的发展在近三四十年前诞生的。可以说，它是岩土工程以及土动力学方面发展最快的分支之一，并受到越来越多的重视，无论在国外或国内都得到了迅速的推广和应用［４］。

２．１桩基动测技术现状

桩基动测技术在我国的推广和应用，经历了—段不平凡而且颇有特色的道路。我同许多学者和研究人员近年来在桩的动测方面也进行了大量研究开发工作。例如

［５，６］

韩英才认为，目前美国所采用的大应变波动方程法（包括ＣＡＰＷＡＰ程序）没有考虑土的非线性，显然是个严重不足之处，为此，他提出了用边界层模型来解决土的非线性问题；铁道部科学研究院徐慧、航空工业部勘察院李友鹏、东力噪声和振动研究

［７，８，９］

所应怀憔分别通过改变激振方式、利用ｚ变换方法或利用变时基采样等方法解决如何利用瞬态激振获得稳态激振的频域曲线，特别是获得其可靠的低频段曲线，以求得桩的承载力；冶金工业部建筑研究总院徐攸在、王怡研究了各类土的动、静模量比，从而使小应变动测桩承载力中的静动刚度比β值的取值有了理论和实验的依据；浙江人学梁国钱等利用最小阻尼二乘法和敏度概念，通过拟合频域曲线反演桩土参数，从而提高桩基动测技术的定量化程度；南京航空航天大学袁健则从信息论的观点出发，选择合理的反演参数建立以概率论为基础的考虑观测不确定性的反演方法，通过对实测时域曲线的拟合，反演桩上的参数；大连理工大学李桂华等进行了桩完整性的仿真计算和承载力预测，并提

出了动刚度的修正公式；浙江大学王奎华编制了反射波法动测桩完整性和桩缺陷的定量化拟合程序。

２．２桩基动测领域主要问题

尽管我国在动测桩的应用和研究开发方面取得了很大的成绩，并且在某些方面结合我国国情还有所创新，但也要看到我们在实践中还存在着许多问题，它们是：

①动测技术的方法实施效果［１０］不尽人意，需要改进；②某些测试仪器质量不高，不能满足测试要求；③有的测试单位因经济利益驱动，接受了某种动测方法本应限制使用的测试任务；④测试人员缺乏应有的经验或素质不高，造成测试结果不佳或误判。

总之，我们应看到，桩的动测新技术还将不断地发展。各种动测方法必须以传统的静载试验作为依托，而不是相互排斥。

３　桩基动测技术发展动向

目前的桩基动测具有费用低、快速、轻便、适用于普查等优点，这大大促进了桩基动测技术的研究和应用。今后，桩基动测技术应向高质量、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，更应不断完善软件分析和理论研究等。具体来说，应在以下几方面取得突破。

３．１桩基动测理论方面

目前桩基动测的理论模型依然是波动理论和动力参数理论，随着人们对桩土作用机理研究的不断深入，以下三方面可能成为桩基振动理论研究的突破点：

３．１．１桩、土材料力学特性以及它们之间相互作用模型的研究［１１，１２］

大量的研究表明，现有的动测理论对桩周土模型考虑过于简单化，不能真实揭示桩与土的相互作用规律，得到的结论有局限性。实际上，桩周土阻力以及桩土之间的相对位移为非线性关系。如今，在混凝土材料和土的本构关系方面已经取得较大发展，可以考虑在分析中引入一些先进的模型对桩基动测进行理论模拟，如土的（粘）弹塑性模型（剑桥模型、边界面模型、结构性模型、颗粒流模型等），可以考虑土的应变硬化、软化及结构性破坏的影响，这符合土的实际本构关系。

３．１．２桩土作用阻尼特性的研究［１３］

由于桩埋置于岩土中，桩和岩土间的相互作用是桩基承载力得以发挥的重要因

素，桩与岩土组成的系统是一个多自由度、摩擦阻尼材料等组成的一个复杂系统。用等效粘性阻尼来模拟桩与岩土阻尼特性已不符合该系统的动力特性，用此阻尼特性来模拟描述桩土的动力响应已难以真正把握岩土体系的动力响应。因此，对桩土作用阻尼特性的研究已成为研究桩土系统动力响应理论模型的关键。

３．１．３桩周土成层特性和各向异性的振动研究

桩的振动问题的解析理论还很不成熟，很多问题有待于进一步的研究。其中一个很重要的方向就是发展合理考虑桩周土的成层特性和各向异性的振动理论，土的各向异性包括微观结构的变化引起的各向异性和由应力体系引起的各向异性，土的各向异性对土的强度影响较大，这一点对于高应变动测法尤为重要。

３．２桩基动测结果的信号分析处理

信号分析包括两个内容：一是信号处理技术，二是信号分析结果的正确解释，两者密切相关。

由于桩土系统的复杂性和外界噪声的影响，从而使有用信号难以直观把握，因此采用良好性能的信号分析技术，提取有用信号是最终正确判断桩身特性的基础之一。

信号分析的另一个关键问题是结果的解释，即使采用相同的理论，在不同的地质条件、不同的桩土系统下，相似信号分析结果的解释也不一致，这样使人们对桩基动测的结果产生怀疑，因此，如何智能化地解释动测桩信号是还没有解决的问题。对于仪器使用者而言，信号分析技术知之甚少，如何使使用者方便地使用和掌握动态测桩技术，分析时减少人工干扰，也是人们关心的一个问题。因此设计出智能化分析系统也是研究的一个课题。３．３建立专家系统

由于桩土系统复杂，特别是土性变异非常大，使人们不得不积累大量的土参数测试经验，才能较好的描述桩土系统，较准确地测出桩基质量。再好的测试和分析方法，如果不与现场桩土的实际情况和实际经验相结合，也很难得出正确的判断结果。桩土特性的描述、表达和利用必须采用专家系统的方法。

３．４数学方法在动力分析中的应用

目前动力分析仍以循环荷载为主，对

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