樁身內(nèi)力測試方法

1、中華人民共和國行業(yè)標準建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范 （JGJ106-2003、J 256-2003）附錄A.0.3條規(guī)定“基樁內(nèi)力測試宜采用 應(yīng)變式傳感器或鋼弦式傳感器。根據(jù)測試的目的及要求也可采用滑動 測微計。”滑動測微計法是一種新的樁身內(nèi)力測試方法。二十世紀80年代 初由瑞士聯(lián)邦蘇黎世綜合科技大學K.Kovari教授等人提出線法監(jiān)測 原理及其相應(yīng)的測試技術(shù)滑動測微計1（圖1）。其主體為一標距 1m、兩端帶有球形測頭的探頭，內(nèi)裝一個LVDT位移計和一個NTC 溫度計。為了測定測線上的應(yīng)變和溫度分布，沿測線每隔一米安置一 個具有精確定位功能的錐形環(huán),環(huán)間用HPVC管（硬塑料管）相連，測試 時將滑動測微

2、計探頭放入測管中，即可依次量測各相鄰環(huán)之間的相對 位移，換算成測線方向上的應(yīng)變。1樁身內(nèi)力測試方法及其優(yōu)缺點1.1鋼筋計和壓力盒法一一點法監(jiān)測方法目前我國對樁身內(nèi)力檢測一般采用鋼筋計、壓力盒法。鋼筋計根據(jù)地 層結(jié)構(gòu)埋設(shè)于樁身主筋上，壓力盒埋設(shè)于樁底，監(jiān)測樁身某一截面和 樁底的應(yīng)力應(yīng)變，是一種典型的點法監(jiān)測，其觀測數(shù)據(jù)只能代表測點 處的應(yīng)變值。由于探頭與介質(zhì)無法做到理想匹配，以及固定埋設(shè)的電 測元件或多或少存在零點漂移，且無法修正實測結(jié)果在很大程度上只 能是定性的。以鋼筋計為例，它是以實測鋼筋上某一點處的應(yīng)變來代 替斷面上樁身平均應(yīng)變，然后乘以樁身平均彈模求出該斷面的軸向 力。這樣作存在一系列的

3、問題。首先，測點處的應(yīng)變由于探頭或電阻 片（包括防潮層、導(dǎo)線）的介入，局部受力狀態(tài)已發(fā)上變化，實測應(yīng) 變不等于真實應(yīng)變。其次，樁身平均彈模只是一個估算值，實際上它 沿軸向變化很大，特別是現(xiàn)場灌注樁，而且彈模還與加載量級和速率 有關(guān)；再者，測點有限，間距一般35m，甚至更大，而且鋼筋計易 于損壞，一般有效率只有65%左右，因而造成有的土層由于測試元 件無效，無法取得試驗數(shù)據(jù)，試驗難以達到預(yù)期的效果2,3,4。1.2滑動測微計法一一線法監(jiān)測方法與鋼筋計和壓力盒法相比，滑動測微計具有如下優(yōu)點2,4：1）滑動測微計法能連續(xù)測定標距為1m的樁身平均應(yīng)變，分辨 率高（0.001mm），能夠反映樁身任何部位

4、微小變形。因此，與傳統(tǒng)鋼 筋計、壓力盒法的點法檢測相比，滑動測微計不僅可以計算摩阻力、 端阻力、彎矩和撓度曲線等，還可以全面評價樁身質(zhì)量。2）滑動測微計法在樁內(nèi)埋設(shè)套管和測環(huán)，用一個探頭測量，簡 單可靠，不易損壞，而且探頭可以在銦鋼制標定筒內(nèi)進行標定，筒體 溫度系數(shù)僅為2x10-6/C，可有效地修正零點漂移，適用于長期觀測。3）滑動測微計法所用的探頭具有溫度自補償功能，溫度系數(shù)小 于2x10-6/C，并且附有一個分辨率為0.1C的溫度計，可隨時監(jiān)測測 段溫度，特別適用于優(yōu)溫度變化的長期檢測，如負摩阻力檢測、巖土 工程檢測等，與傳統(tǒng)方法相比，新方法可以區(qū)分溫度應(yīng)變及應(yīng)力導(dǎo)致 的應(yīng)變。4）滑動測微

5、計法在每根樁中預(yù)埋兩根測線，可以測定垂直加載 時樁身平均應(yīng)變及水平加載時的應(yīng)變差，利用應(yīng)變差,可計算撓度曲線。SDC必ctrWw m&iWrSDC必ctrWw m&iWr購 mMs 雨詒 xqui或gn unt圖1滑動測微計2滑動測微計線法監(jiān)測原理圖2（a）、（b）為一條直線或彎曲的測線，在平面問題的前提下， 當測定了所有測段的變形AZ、轉(zhuǎn)角七及轉(zhuǎn)角%變化以后，任意段的 位移、V和轉(zhuǎn)角a即可計算出。式中k為曲率。n nni1“ =% =n1% = L- C圖2以多個參考點形成的測量鏈確定變形線（a）直線；（b）曲線百一式中各分段平均應(yīng)變 s備分段曲率變化 a 圖2以多個參考點形成的測量鏈確定變

6、形線（a）直線；（b）曲線百一式中各分段平均應(yīng)變 s備分段曲率變化 a 轉(zhuǎn)角U.W 橫向利軸向位移分M 匕-積分常量圖3通過測點、確定構(gòu)件平面變形軸u =fa dz + 5對于樁、地下連續(xù)墻以及大壩等細長型構(gòu)件，當測定了a、b兩 條測線上軸向應(yīng)變分布后（圖3）,即可算出整個構(gòu)件的變形軸，其橫向 變形測量精度比通用的鉆孔測斜儀高一個量級。3.滑動測微計探頭標定3.1標定裝置滑動測微計探頭的標定裝置（圖4）提供了分別由長度為997.5和 1002.5mm（e=5 mm）的銦鋼結(jié)構(gòu)控制的高穩(wěn)定性的兩個標定位置 el和e2。測量標志是高硬度的不銹鋼。銦鋼在0C30C時的溫度 膨脹系數(shù)接近1x10-6m

7、/Co3.2標定程序探頭的標定應(yīng)在每一次連續(xù)的野外測量的前后定期進行。兩次標 定測量的平均值在數(shù)據(jù)整理分析時使用。（1）儀器標定前，連接所有的測量設(shè)備，讀數(shù)器啟動需要大 約20分鐘；（2）把探頭放在標定裝置的位置e1 （圖5）,并記錄測量數(shù)據(jù)。 從標定裝置上移開探頭，重復(fù)放在位置e1上再測量2次。確定3次 測量值的平均值，作為位置e1上的標定值；（3）在位置e2上重復(fù)上述步驟，計算位置e2上的標定值e（2）；圖4滑動測微計標定裝置一一銦鋼標定筒-5mm-5mm例如：位置 el 測量值:-2611/-2610/-2609，貝e（1）平均值=-2610位置 e2 測量值：+2450/+2452/+

8、2451，則 e（2）平均值=+2451（4）從平均標定值e（1）和e（2）中計算e和Zo；e= e （2）-e （1）Zo= （ e（2）+ e（1）/2例如：e=+2451-（-2610）=5061Zo= （-2610+2451） /2=80（5）比較e和標定裝置的給定標定值（由制造商提供，如5.075mm）。給定的標定值除以e即為F。F=給定的標定值/例如：F=5.075mm/5061 =0.001003 mm（6）零點位置Zo和標定系數(shù)F將用于測量值的計算。取野外測 量的前后兩次標定的零點位置的平均值和標定系數(shù)的平均值對測量 值進行修正，以消除零點漂移和環(huán)境溫度帶來的測量誤差，具體方法

9、 如下:測量值修正后的值=（測量讀數(shù)-平均零點位置）x平均標定系數(shù)。4現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的分析與整理4.1數(shù)據(jù)修正15實際鉆孔灌注樁由于施工工藝的原因，其橫截面面積往往變化較 大，為了消除樁身橫截面面積變化對樁-土體系荷載傳遞特性的影響， 將實測試驗樁孔徑的變化歸一化到樁身平均截面，即采用實測孔徑與 平均孔徑之比的平方作為應(yīng)變修正系數(shù)，將此系數(shù)乘以相應(yīng)測得的實 測值，其結(jié)果即為經(jīng)過斷面修正的應(yīng)變。4.2平均靜彈模E s的計算15已有的試驗研究表明:混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在超過一定的應(yīng) 力水平后呈現(xiàn)出非線性特性，其彈性模量將隨應(yīng)變或軸力的增加而降 低。為了得到符合實際的樁身軸力,應(yīng)對樁身彈性模量進行校

10、正。在 以往的工程項目中這一問題一直未引起關(guān)注，往往簡單地按混凝土強 度等級采用同一彈性模量，或雖然考慮了彈性模量的校正問題，但利用 取有限的幾組（Ei、就）數(shù)據(jù)得到的平均彈性模量進行計算。根據(jù)各 級回歸應(yīng)變曲線，樁頂應(yīng)變可計算不同應(yīng)變量級下樁身平均彈性模量 由線性回歸，得到Ei= f（8i）的線性方程,從應(yīng)變計算軸向及摩阻力時 采用不同應(yīng)變量級下的E值。通過這種校正方法，可有效地解決樁身 材料的應(yīng)力應(yīng)變非線性問題。平均靜彈模Es可由下式給出.氣=0式中Es：樁身平均靜彈模,GPa；A :樁體平均截面積,m2；0 :樁頂應(yīng)變,10 - 6 ；R樁頂垂直荷載,kN。4.3樁身軸向應(yīng)變分布樁身軸向

11、應(yīng)變分布是配合單樁豎向靜載實驗進行的，對于單樁的 每一級加載，在每級變形基本穩(wěn)定后，量測一次樁身應(yīng)變，將每根樁的 兩根測管平均后得實測樁身軸向應(yīng)變曲線。由于樁身應(yīng)變受樁身質(zhì)量(混凝土彈模和樁身截面積)、測管埋設(shè) 質(zhì)量積儀器誤差的影響，會產(chǎn)生一定的測試誤差,不能直接用于摩阻 力分析，所以要對實測曲線進行修正平滑處理，可以使用最小二乘 法，進行回歸處理，得到實測應(yīng)變曲線的擬合曲線，作為分析的依據(jù)。 實測應(yīng)變曲線是判斷樁身質(zhì)量及孔徑是否均勻的依據(jù)，理想情況下 樁身軸向應(yīng)變自上而下是遞減的。4.4軸向力Q和單位摩阻力f沿樁軸分布在第，級荷載下，樁身翁 級測點處的軸向力q由下式得出：Q廣 A Es, q

12、 j =”D2 ES1 日4式中 q：第i級荷載下第/級測點處的軸向力，kN；D :樁平均直徑，m；Es第i級荷載下樁體平均靜彈模,GPa；j第i級荷載下j測點處的應(yīng)變,10- 6。其余符號同前。第i級荷載下樁身測段處的單位摩阻力由下式給出：fj =( Qi,j - Q1J+1) DL) =R/2xLEsi (%-*1) 式中匕:單位摩阻力，kPa；R :樁平均半徑,m;L :測段長，取1m;七氣很：分別為第i測段上、下測點處的應(yīng)變,10-6。5滑動測微計在樁身內(nèi)力測試中的應(yīng)用該項技術(shù)于1987年首次在北侖電廠試樁工程中應(yīng)用4,5，之后在 陜西蒲城電廠5、溫州電廠4、西安市郊郵電網(wǎng)管中心大樓5

13、、京珠 高速公路廣珠段6、武漢市輕型軌道交通線7、廣州市海珠區(qū)嘉仕花 園8、廣州地區(qū)泥巖持力層中嵌巖樁的試驗9、西安市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 開發(fā)區(qū)10、廣東科學中心11、寧夏扶貧揚黃灌溉工程12、武漢天興 洲公鐵兩用長江大橋鐵路引橋工程13等工程的試樁工程得到廣泛應(yīng) 用?；瑒訙y微計應(yīng)用文獻及工程實例如下：1蘇志東.極限摩阻力系數(shù)測試的新方法.公路，1999, 2： 30-32.2唐軍風，胡祥昭，湯新福，等.滑動測微計在大直徑樁身檢測中的應(yīng)用.勘察科學技術(shù)，2005，2： 31-34.3Kovari K， Amstad Ch. A new method of measuring deformation

14、indiaphragm wall and pile. Geotechnique， 1982，32 (4)： 402-406.4李光煜，江彬.靜力試樁及負摩阻力研究的新進展.土工基礎(chǔ)，1990，4 (2)： 1-8.5李光煜，黃粵.巖土工程應(yīng)變監(jiān)測中的線法原理及便攜式儀器系列.巖石力學與工程學報，2001，20 (1)： 99-109.6楊航宇，江靜.京珠高速公路廣珠段樁基靜載試驗方法及結(jié)果分析.中南公路工程，2000，25(2)： 31-33.徐松林，吳文，張華，等.鉆孔壓漿樁樁土荷載傳遞性狀分析.工程勘察，2001，(2)： 10-13.趙燕方，李祥新，於法明.嘉仕花園嵌巖樁的試驗研究.廣州

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