如何利用CASE法提交承載力?
CASE法是一種簡化了的波動方程半經驗解析解法。由于它假定樁土間的應力應變關系為理想剛塑性,動阻力全部集中在樁尖且與樁尖速度成正比,從而使得波動方程解耦,但是CASE法的這種簡化不僅要求人們提供可信的Jc系數,而且現場測試時必須使樁土間進入完全塑性狀態,而且能維持一段時間最好(極限承載力曲線中出現平臺)。目前只有柴油錘打擊預制樁時上述現象才得以良好吻合,或者說此種情況下可以充分遵循上述假定,綜合給定預制樁的承載力。RA2這一根據經驗總結的公式較好地滿足了這種假定。
利用CASE法提交承載力,有RSP、RMX、RSU、RMN、RA2、RAU等多種指標,這些指標各有其局限性與適用范圍。在灌注樁測試時以RSP最為穩妥,樁底反射不明確時RMN較恰當,柴油錘打樁時RA2合適,端承樁RAU意義明顯等等。真正提交承載力時應結合上述諸值,移動光標分析極限承載力曲線后綜合給出。在使用RSP、RMX、RSU、RMN等與Jc值有關的結果時,必須在結合動靜對比或曲線擬合分析得到合理的Jc值后進行。
時下人們對于CASE法毀多譽少,其主要原因便是CASE法計算過于簡單,模型假設過于理想,Jc值人為因素過大。依據傳統觀念,僅需兩點(峰值點t1和樁底反射點t2)四值[F(t1)、ZV(t1)、F(t2)、ZV(t2)]和有關Jc值,即可得到承載力計算值(RSP值),根本不用考慮曲線形態的合理與否,也不用考慮打擊力是否充分等等這些基本問題。由于CASE法假定樁一動即進入塑性狀態,所得到的RSP值均是極限承載力,人們只要與想象中的樁極限承載力接近即認為比較滿意,其結果自然導致該方法的信譽下降,導致越來越強烈的詆毀之音。
然而,在編寫CCWAPC波動方程擬合分析軟件,從事了大量的擬合實踐之后,再回過頭來看待CASE法,筆者以為只要分析技術恰當,采用所謂的“CASE綜合分析法”,并嚴格限制其使用范圍,其分析結果還是可以滿足使用要求的。
所謂“CASE綜合分析法”,即是結合各種CASE子方法和不同Jc值下的極限承載力曲線Rs(t)與極限承載力值RSP,有時甚至結合上行波曲線Wu(t)對承載力進行綜合分析的方法。CASE子方法包括阻尼系數法(RSP值,即傳統CASE法)、最大阻力法(RMX值)、、卸載法(RSU值)、最小阻力法(RMN值)、自動計算法(RAU值、RA1值、RA2值)及樁側阻尼修正法(RSW值)等,每種方法均有各自應用背景與適用范圍。如通常情況下以RSP值最為穩妥、而阻力發揮嚴重滯后時宜用RMX,打擊力充分的端承樁可用RAU,打擊力充分的摩擦樁(如柴油錘擊法)最好用RA2等等。
CASE綜合分析法克服了傳統CASE法的不足,有時甚至能達到與擬合分析法相媲美的效果(單指極限承載力而言),一個明顯實例便是柴油錘激發下的RA2取值以及利用極限承載力曲線中的平臺求取極限承載力的方法。眾所周知,樁側土體剛性體模型、樁土交接面及樁端土體的理想剛塑性模型和動阻力全部集中在樁尖是CASE法的幾個最基本的假定,正是由于有了這些假定,才使得波動方程得以解耦,使得我們有了解析的CASE法承載力計算公式。然而,這些假定是與客觀實際嚴重背離的,極限承載力曲線Rs(t)的取值變化便是最有力的證明,因為如果這些假設嚴格成立,極限承載力曲線Rs(t)應自RSP始,始終為一平直的曲線??!
但是,這種假設與背離也為我們提供了一種反向思維的可能,我們可以尋找符合條件,克服背離的前提,這便是打擊力非常充分、且維持一段時間。一方面它可使樁側土體內部的相對變形相對于樁土間的滑移可以忽略不計(基本符合樁側土體的理想剛性假定),另一方面使得計算的極限承載力曲線Rs(t)有一相對平坦的區域(基本符合交接面的理想剛塑性模型)。這個平坦區域的取值,就是我們所要尋找的極限承載力,實踐表明,如以±20%誤差為限,它與Jc值的選取基本無關,或者說基本克服了速度動效應的影響。目前,由于柴油錘激發較符合上述特性,這種方法在柴油錘激發現場取得了完全成功。但自由錘測試,尤其對于灌注樁的測試,由于打擊力普遍難以滿足上述需求,迄今也難以利用上述方法進行有效分析。換句話說,要想使CASE法得到合理應用,現行的錘擊系統規定尚須進一步提高,事實上,筆者曾在提高后的自由錘測試信號(2噸錘對100噸極限荷載樁)上利用上述方法進行分析,同樣取得了完全成功