某基础工程直斜桩动力响应离心机振动台试验

　　项目类别：桩基础减震试验

　　某基础工程直斜桩动力响应离心机振动台试验

　　1.项目概况

　　近年来，我国各种大型工程建设发展迅速，诸如高桩码头、高速铁路、跨海桥梁、港口工程以及远洋开发平台等都进入到了高速发展时期。而基础工程作为任何工程项目的核心环节，其重要性不言而喻。桩基础已经成为目前土木工程领域中最为普遍的一种深基础形式[1]。随着桩基础的广泛应用也产生诸多实际问题，其中重要关注点是其抗震性能。桩基作为一种深基础形式，其灾害不仅与地基的地震反应有关，也与其自身及其上部结构的响应有关，其破坏机理变得十分复杂（尤其在桩周土含有可液化砂土层时）。因此，研究不同形式桩基础的动力响应和抗震性能，将为其抗震设计提供重要工程借鉴。

　　图1 野马滩大桥桩基础破坏

　　2.服务内容

　　（1）本项目需为项目方提供孔压传感器和土压传感器标定、数据分析与处理服务。

　　（2）为本项目提供的孔压传感器需实时记录不同地震工况下“瞬时”超静孔隙水压数据和直斜群桩-饱和地基的液化动力响应；提供的土压传感器需实时记录地震荷载下桩-土相互作用的动土压力数据。

　　（3）本项目使用的孔压传感器要求具有微型化（直径≤10mm），较高频响速率（响应时间≤0.1ms），透水石可单独清理与饱和，抗强/弱电磁、耐高离心力≥50g、耐冲击荷载≤80g，分辨率≤0.020kPa（记录土体内孔隙水压力变化）；土压传感器要求具有微型化（直径≤12mm），较高频响速率（响应时间≤0.1ms），抗强/弱电磁、耐高离心力≥50g、耐冲击荷载≤80g，分辨率≤0.10kPa（记录桩-土相互作用的土压力变化）。

　　（4）本项目要求孔压传感器故障率≤5%，土压传感器故障率≤10%，工况持时≥15天。

　　（5）为本项目提供的仪器型号为DSP-I孔压传感器和ESP-II土压传感器，主要参数如表1所示。

　　表1.该项目所布设仪器具体情况

　　3.项目实况与代表数据

　　1）试验设备

　　该离心试验采用DCIEM-40-300大型离心机振动台系统。该离心机半径5.5m、最大离心加速度100g、有效静力负载3000kg、净空1.5×1.2×1.6m；其配置的水平单向振动台：最大振动加速度30g、有效动力负载1500kg、振动频宽10~300Hz、最大位移±15mm、最大持时3s、平台尺寸1.5×1.0m。

　　（2）试验材料与饱和方式

　　本次试验分为两组，I组为干砂模型，II组为饱和砂模型。其中，试验箱采用自主设计的层状剪切模型箱（内部尺寸为1.20×0.50×0.65m（长×宽×高），由12层叠层方框和橡胶层组成），该模型箱可很好模拟场地自由条件，极大减小模型箱带来的边界效应对试验结果的影响；试验用砂采用天津港海砂，平均粒径d50=0.15mm，采用砂雨法分层制备干砂模型，平均相对密实度Dr=50%，模型制备高度为345mm，对应原型土层厚度为17.25m；饱和砂模型选用粘度50cst-HPMC溶液作为饱和流体，采用真空饱和法，设定饱和时间为48h。

　　（3）试验模型和传感器布设方案

　　DSP-I型孔压传感器(饱和砂模型中)和ESP-II土压传感器(干砂模型中)布设方案，如图2所示。

　　(a)直斜群桩干砂模型(b)直斜群桩饱和砂模型

　　图2 传感器部分布设方案

　　（4）部分动力试验结果

　　（a）0.3g正弦波下干砂模型中动土压数据（直桩）（b）0.3gEl-centro饱和砂模型中超静孔压数据

　　图3 0.3g正弦波荷载下干砂和饱和砂模型部分动力数据

　　4.服务评价

　　本次工程项目历经16天，DSP-I孔压传感器和ESP-II土压传感器记录的数据为基础工程中桩基础抗震研究提供了重要资料。

　　用户评价：DSP-II孔压传感器和ESP-II动态土压传感器具有良好的频响速率和稳定性、使用寿命长，可很好的适用于复杂的离心环境（强振动/冲击、高离心力、强电磁干扰），尤其是DSP-II孔压传感器可准确的记录直斜桩在液化过程中超静孔隙水压力对地基的扰动程度（饱和砂模型），及其ESP-II动态土压传感器可准确的反映桩-土相互作用变化规律（干砂模型），两种传感器均达到了国内同类产品领先技术水平。