一種在基樁豎向靜荷載試驗中測量樁身內力及斷面位移的方法
2023-05-20 01:20:16
專利名稱：一種在基樁豎向靜荷載試驗中測量樁身內力及斷面位移的方法
技術領域：
本發明涉及到基樁豎向靜荷載試驗中一種測量樁身內力及斷面位移的方法，屬於土木 工程中樁基質量檢測技術領域。
背景技術：
在樁基工程質量檢測時，經常採用靜荷載試驗方法對樁基礎中的基樁進行豎向承載力 的檢測。在傳統的基樁豎向樁身內力及斷面位移測試中， 一般採用制樁時埋設應變傳感器 及連接導線、套管的方法，出現以下問題
U) —方面埋設應變式或鋼弦式傳感器、位移杆的工作量很大，同時極其繁瑣，另 一方面傳感器焊接時的高溫、混凝土的澆築與振搗、混凝土養護時產生的水化熱等諸多復 雜因素都會對傳感器、連接導線等造成嚴重損傷，進而導致試驗時無法採集到完整的數據 甚至完全無法進行。
(2) —方面傳感器的介入使得埋設點處的應變產生應力畸變，傳感器所測到的應變 值偏離真實值，另一方面傳感器所側到的應變值只代表埋設點的應變，兩點之間的應變分 布只能推斷。假定在某兩個傳感器之間樁身某處存在明顯缺陷，傳感器應變值對此將毫無 反應。
(3) —旦施工固定，埋設位置無法調整，傳感器無法更換，即使發現埋設位置出錯、 甚至傳感器、連接電纜損壞也很難採取補救措施。
(4) 位移杆內外管之間的晃動、摩擦容易造成數據誤差。同時，樁頂橫截面尺寸在
扣除千斤頂所佔區域後，位移杆的埋設數量受到嚴格限制。
(5) 傳感器、連接電纜及位移杆等無法回收，不能重複使用，經濟性不佳。
發明內容
針對上述目前基樁樁身內力及斷面豎向位移測試中存在的問題，本發明的目的是提出 一種準確度高，可靠性好的樁身內力及斷面位移的測試方法。
本發明提出的測試方法，首先，在樁身按縱向預埋套管或直接在樁身縱向鑽孔，在套 管或鑽孔內安裝測量系統。該測量系統由錨頭、多點位移計、接長杆及壓力管組成。多點 位移計一端直接連接在錨頭上，另一端與一接長杆一端相連，該接長杆另一端與另一錨頭 直接連接。通過壓力管加壓使得錨頭膨脹，進而固定在套管或鑽孔內。當錨頭被固定以後， 多點位移計通過接長杆測量相鄰兩個錨頭位置之間的豎向變形。根據實測相鄰兩個錨頭之間的位移變形，計算該分段樁身平均軸向應變，推算錨頭埋設斷面的軸向應變，然後利用 混凝土彈性模量標定結果計算錨頭埋設斷面的樁身軸力。如果在樁端位置埋有錨頭時，該 埋設斷面軸力就是樁端阻力。兩相鄰錨頭埋設斷面的軸力求出以後，再根據相鄰兩錨頭之 間樁的長度、樁橫截面周長推算兩錨頭之間土層的側摩阻力。根據樁頂豎向位移觀測結果 和所有相鄰兩個錨頭位置之間的豎向變形，推算錨頭埋設斷面的豎向位移，推算相鄰錨頭 之間樁段豎向位移，建立起樁土相對位移與樁側摩阻力關係，從而實現樁身內力及斷面豎 向位移測量。
本發明方法的具體操作步驟如下
(1) 在制樁時埋設套管或基樁施工完畢後直接在樁身鑽孔。套管材質或鑽孔工具不 予限定，但是要求套管或鑽孔軸線應平行於樁身縱軸線，套管或鑽孔尺寸應與選用的錨頭 相匹配；埋設套管或樁身鑽孔的數量不予限定，宜沿橫截面中心軸線方向對稱布置。
(2) 依據試樁所在場地的巖土工程勘察報告、施工記錄、地區經驗及設計要求等確 定合適的錨頭數量及其埋設斷面位置。
(3) 將若干錨頭、多點位移計及接長杆等組成的測量系統在試驗現場連接，經調試 正常後插入套管或鑽孔內設定的位置，同時將壓力管及多點位移計電纜引出至地面便於操 作與觀測的位置。
(4) 在地面上操縱加壓設備，將壓力通過壓力管傳至錨頭，錨頭受力後膨脹與套管 管壁或鑽孔孔壁緊密接觸、牢固結合。
(5) 安裝常規的基樁豎向靜荷載試驗儀器、設備，靜載試驗開始後按照常規方法記 錄荷載大小以及樁頂豎向位移。
(6) 在某級荷載作用下位移穩定，施加下一級荷載以前，記錄某級荷載下的多點位 移計讀數，計算相鄰兩個錨頭位置之間的樁身豎向變形量，計算兩個錨頭位置之間的樁身 平均豎向應變，推算出錨頭埋設斷面的豎向應變。
(7) 依據樁身混凝土彈性模量標定結果，計算錨頭埋設斷面的樁身軸力，推算出相
鄰兩錨頭之間的軸力差。根據軸力差以及相鄰兩錨頭之間樁段長度、樁橫截面周長，計算 樁側土層摩阻力。
(8) 根據某級荷載下樁頂豎向位移大小及相鄰兩錨頭之間的豎向變形量，計算錨頭
埋設斷面的豎向位移，計算相鄰兩錨頭之間樁段的豎向位移，建立樁土相對位移與樁側摩 阻力兩者之間的關係。
本發明可以直接測量計算得到樁身內力及斷面豎向位移，進而解決按傳統方式進行基 樁樁身內力及斷面豎向位移測試時準確度差、可靠性低的問題，是一種替代傳統的利用應變式或鋼弦式傳感器及位移杆來測試樁身內力及斷面豎向位移的方法。
圖l為本發明測量方法示意圖。
圖中標號l一套管或鑽孔；2—錨頭；3—多點位移計；4一接長杆；5—壓力管；6 一多點位移計電纜。
具體實施例方式
本發明方法的具體步驟為
(1) 在制樁時埋設套管l或基樁施工完畢後直接在樁身鑽孔l。套管材質或鑽孔工 具不予限定，但是要求套管1或鑽孔1軸線應平行於樁身縱軸線，套管1或鑽孔1尺寸應 與選用的錨頭2相匹配；埋設套管1或樁身鑽孔1的數量不予限定，宜沿橫截面中心軸線 方向對稱布置。
(2) 依據試樁所在場地的巖土工程勘察報告、成樁或打樁記錄、地區經驗及設計要 求等設置錨頭數量及其埋設斷面位置。錨頭2 —般可埋設在兩種不同性質土層的界面處。
(3) 將若干錨頭2、多點位移計3及接長杆4等組成的測量系統在試驗現場連接組 裝，經調試正常後插入套管1或鑽孔1內至設定的位置，同時將壓力管5及多點位移計電 纜6通過錨頭2引出至地面便於操作與觀測的位置。
(4) 在地面上操縱加壓設備，將壓力通過壓力管5傳至錨頭2，使得錨頭2受力膨 脹，對套管l管壁或鑽孔l孔壁施加足夠的錨固力，兩者之間應緊密接觸，牢固結合。
(5) 安裝常規的基樁豎向靜荷載試驗儀器、設備，靜載試驗開始後按照常規方法記 錄荷載大小以及樁頂豎向位移(沉降量或上拔量)。
(6) 在某級荷載作用下位移穩定，施加下一級荷載以前，記錄某級荷載下的多點位 移計讀數，計算相鄰兩個錨頭位置之間的樁身豎向變形量(壓縮或拉伸變形)A"。
(7) 相鄰兩錨頭之間樁段的長度丄己知，計算兩個錨頭位置之間的樁身平均豎向應 變〃 =AD/i，推算出錨頭埋設斷面樁身混凝土的豎向應變e。
(8) 依據樁身混凝土彈性模量標定結果￡=/(e)，計算錨頭埋設斷面的樁身軸力 A^4*￡*￡，推算出相鄰兩錨頭之間的軸力差AA^Vw—7Vi。 iVj為第i個錨頭的所在斷面的 樁身軸力，根據軸力差AiV以及相鄰兩錨頭之間樁的長度丄、樁的橫截面周長C，計算樁 側土層摩阻力/= AW/C丄。
(9) 根據某級荷載下樁頂豎向位移大小及相鄰兩錨頭之間的豎向變形量A計算第i 個錨頭埋設斷面z'的豎向位移&二S— (AA+厶"+ + AD")， ADj為第j+l個錨 頭與前一個錨頭之間樁身豎向變形量，j=l， 2，…，i-l，計算相鄰兩錨頭之間樁段的豎向位移S二0.5X 建立該樁段樁土相對位移S'與樁側土層摩阻力/兩者之間的關係。
本發明中測量樁身分段壓縮量的多點位移計是不限定的，其可以採用振弦式、電感調 頻式、差動電阻式等類型；同樣，接長杆可選用玻璃纖維、石墨和不鏽鋼等類型；錨頭可 選用氣壓式、液壓式、機械式等類型；套管可採用pfc塑料管、鋼管等。為了更詳細的說 明問題，下面列舉一個算例。
某單樁豎向抗壓靜載試驗，鑽孔灌注樁，樁長20m，樁徑lm，混凝土強度等級為水 下C30。樁頂高出地面1.0m。在樁橫截面正中心鑽一直徑為0.1m的孔。在樁頂及樁頂下 lm、 20m等三個位置處的鑽孔內分別埋設l個錨頭，共計3個錨頭，3個錨頭之間的多點 位移計為2個。假定在某級荷載作用前，多點位移計的讀數分別為10.00mm、 5.00mm;在 某級荷載作用下，多點位移計的讀數為10.60mm、 5.50mm。
那麼在該級荷載作用下，兩個樁身分段分別壓縮了 0.60mm、 0.50mm，相應的兩個樁 身分段平均壓縮應變是60(^s、 50(^s，三個錨頭埋設斷面的壓縮應變是600|as、 600ne、 400hs。假定混凝土彈性模量的標定結果為e-3.0Xl(^MPa，於是三個錨頭埋設斷面樁身 混凝土的壓應力分別為18.0MPa、18.0MPa、12.0MPa，相應斷面的樁身軸力分別為14137kN、 14137kN、 9424kN。
樁頂下lm 20m的樁身分段，上下軸力差A7V為4713kN，計算得到樁側土層摩阻力 為戶79kPa。
假定在該級荷載作用下樁頂累計沉降為1.50mm，那麼三個錨頭埋設斷面的累計沉降 分別為1.50mm、 0.90mm、 0.40mm，於是相鄰兩錨頭之間兩個樁段的樁土相對位移分別為 1.20mm、 0.65mm。
權利要求
1.一種測量基樁樁身內力及斷面位移的方法，其特徵在於具體步驟如下首先，在樁身按縱向預埋套管或直接在樁身縱向鑽孔，在套管或鑽孔內安裝測量系統；該測量系統由錨頭、多點位移計、接長杆及壓力管組成；多點位移計一端直接連接在錨頭上，另一端與一接長杆一端相連，該接長杆另一端與另一錨頭直接連接；通過壓力管加壓使得錨頭膨脹，進而固定在套管或鑽孔內；當錨頭被固定以後，多點位移計通過接長杆測量相鄰兩個錨頭位置之間的豎向變形；根據實測相鄰兩個錨頭之間的位移變形，計算該分段樁身平均軸向應變，推算錨頭埋設斷面的軸向應變，然後利用混凝土彈性模量標定結果計算錨頭埋設斷面的樁身軸力；如果在樁端位置埋有錨頭時，該埋設斷面軸力就是樁端阻力；兩相鄰錨頭埋設斷面的軸力求出以後，再根據相鄰兩錨頭之間樁的長度、樁橫截面周長推算兩錨頭之間土層的側摩阻力；根據樁頂豎向位移觀測結果和所有相鄰兩個錨頭位置之間的豎向變形，推算錨頭埋設斷面的豎向位移，推算相鄰錨頭之間樁段豎向位移，建立起樁土相對位移與樁側摩阻力關係，從而實現樁身內力及斷面豎向位移測量。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於具體操作步驟如下(1) 在制樁時埋設套管或基樁施工完畢後直接在樁身鑽孔；套管或鑽孔軸線平行於 樁身縱軸線，且沿橫截面中心軸線方向對稱布置；(2) 依據試樁所在場地的巖土工程勘察報告、施工記錄、地區經驗及設計要求設置 錨頭數量及其埋設斷面位置；(3) 將若干錨頭、多點位移計及接長杆組成的測量系統在試驗現場連接組裝，經調 試正常後插入套管或鑽孔內至設定的位置，同時將壓力管及多點位移計電纜通過錨頭引出 至地面便於操作與觀測的位置；(4) 在地面上操縱加壓設備，將壓力通過壓力管傳至錨頭，使得錨頭受力膨脹，對 套管管壁或鑽孔孔壁施加足夠的錨固力，使兩者之間應緊密接觸，牢固結合；(5) 安裝基樁豎向靜荷載試驗儀器、設備，靜載試驗開始後按照常規方法記錄荷載 大小以及樁頂豎向位移；(6) 在某級荷載作用下位移穩定，施加下一級荷載以前，記錄某級荷載下的多點位 移計讀數，計算相鄰兩個錨頭位置之間的樁身豎向變形量AD;(7) 相鄰兩錨頭之間樁段的長度丄已知，計算兩個錨頭位置之間的樁身平均豎向應 變〃 推算出錨頭埋設斷面樁身混凝土的豎向應變￡;(8) 依據樁身混凝土彈性模量標定結果計算錨頭埋設斷面的樁身軸力A^4'￡*e，推算出相鄰兩錨頭之間的軸力差AA^Viw—iVi; M為第i個錨頭的所在斷面的 樁身軸力，根據軸力差AAT以及相鄰兩錨頭之間樁的長度Z、樁的橫截面周長C，計算樁 側各土層的分層摩阻力/= A7V/CX;(9)根據某級荷載下樁頂豎向位移大小及相鄰兩錨頭之間的豎向變形量S，計算第i 個錨頭埋設斷面i的豎向位移&=5— ( A^為第j+1個錨頭與第j個錨頭之間樁身豎向變形量，j=l， 2，…，i-l，計算相鄰兩錨頭之間樁段的豎向 位移S二0.5X 建立樁土相對位移S'與樁側土層摩阻力/兩者之間的關係。
全文摘要
本發明屬於土木工程中樁基質量檢測技術領域，具體為一種在基樁靜荷載試驗中測量樁身內力及斷面位移的方法。該方法首先在樁身按縱向預埋套管或直接在樁身縱向鑽孔，在套管或鑽孔內安裝測量系統。該測量系統由錨頭、多點位移計、接長杆及壓力管組成。通過壓力管加壓使錨頭膨脹，進而固定在套管或鑽孔內。當錨頭被固定以後，多點位移計通過接長杆測量相鄰兩個錨頭位置之間的豎向變形，並根據樁頂豎向位移觀測結果和所有相鄰兩個錨頭位置之間的豎向變形，推算樁側各土層的分層摩阻力、樁端支承力及錨頭埋設斷面的豎向位移，建立起樁土相對位移與樁側摩阻力關係，從而實現樁身內力及斷面豎向位移測量。本發明測試準確度高、可靠性好，可替代傳統的利用應變式或鋼弦式傳感器及位移杆來測試樁身內力及斷面豎向位移的方法。
文檔編號E02D33/00GK101638902SQ200910056699
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月20日 優先權日2009年8月20日
發明者姜衛方, 飛 高 申請人:飛 高