桩身内力测试方法-滑动测微计法

1、桩身内力测试新方法滑动测微计法确认广东天信电力工程检测有限公司中华人民共和国行业标准建筑基桩检测技术规范 （JGJ106-2003、J 256-2003）附录 A.0.3条规定“基桩内力测试宜采用 应变式传感器或钢弦式传感器。 根据测试的目的及要求也可采用滑动 测微计。”滑动测微计法是一种新的桩身内力测试方法。二十世纪 80 年代 初由瑞士联邦苏黎世综合科技大学 K.Kovari 教授等人提出线法监测 原理及其相应的测试技术 滑动测微计 1（图 1）。其主体为一标距 1、两端带有球形测头的探头，内装一个 LVDT 位移计和一个 NTC 温度计。为了测定测线上的应变和温度分布 ,沿测线每隔一米安

2、置一 个具有精确定位功能的锥形环 ,环间用 HPVC 管（硬塑料管 ）相连，测试 时将滑动测微计探头放入测管中 ,即可依次量测各相邻环之间的相对 位移，换算成测线方向上的应变。1 桩身内力测试方法及其优缺点1.1 钢筋计和压力盒法 点法监测方法 目前我国对桩身内力检测一般采用钢筋计、 压力盒法。 钢筋计根据地 层结构埋设于桩身主筋上， 压力盒埋设于桩底， 监测桩身某一截面和 桩底的应力应变， 是一种典型的点法监测， 其观测数据只能代表测点 处的应变值。 由于探头与介质无法做到理想匹配， 以及固定埋设的电 测元件或多或少存在零点漂移， 且无法修正实测结果在很大程度上只 能是定性的。以钢筋计为例，

3、 它是以实测钢筋上某一点处的应变来代 替断面上桩身平均应变，然后乘以桩身平均弹模求出该断面的轴向 力。这样作存在一系列的问题。首先，测点处的应变由于探头或电阻 片（包括防潮层、导线）的介入，局部受力状态已发上变化，实测应 变不等于真实应变。其次，桩身平均弹模只是一个估算值，实际上它 沿轴向变化很大， 特别是现场灌注桩， 而且弹模还与加载量级和速率 有关；再者，测点有限，间距一般 35m，甚至更大，而且钢筋计易 于损坏，一般有效率只有 65左右，因而造成有的土层由于测试元 件无效，无法取得试验数据，试验难以达到预期的效果 2,3,4 。1.2 滑动测微计法 线法监测方法 与钢筋计和压力盒法相比

4、,滑动测微计具有如下优点 2,4 ：1）滑动测微计法能连续测定标距为 1的桩身平均应变，分辨 率高 （0.001mm），能够反映桩身任何部位微小变形。因此，与传统钢 筋计、压力盒法的点法检测相比 ,滑动测微计不仅可以计算摩阻力、 端阻力、弯矩和挠度曲线等 ,还可以全面评价桩身质量。2）滑动测微计法在桩内埋设套管和测环，用一个探头测量，简 单可靠 ,不易损坏，而且探头可以在铟钢制标定筒内进行标定，筒体 温度系数仅为 2×10-6/，可有效地修正零点漂移，适用于长期观测。3）滑动测微计法所用的探头具有温度自补偿功能，温度系数小 于 2×10-6/ ，并且附有一个分辨率为 0.1

5、的温度计，可随时监测测 段温度，特别适用于优温度变化的长期检测，如负摩阻力检测、岩土 工程检测等，与传统方法相比 ,新方法可以区分温度应变及应力导致 的应变。4）滑动测微计法在每根桩中预埋两根测线，可以测定垂直加载 时桩身平均应变及水平加载时的应变差 ,利用应变差 ,可计算挠度曲图1 滑动测微计2 滑动测微计线法监测原理图 2（ a）、（ b）为一条直线或弯曲的测线， 在平面问题的前提下， 当测定了所有测段的变形 li 、转角 i及转角 i 变化以后，任意段的 位移 un、vn和转角 n即可计算出。式中 ki 为曲率。17图 2 以多个参考点形成的测量链确定变形线a）直线；（ b）曲线图 3

6、通过测点ab确定构件平面变形轴对于桩、地下连续墙以及大坝等细长型构件 ,当测定了a 、b 两 条测线上轴向应变分布后 （图3） ,即可算出整个构件的变形轴 ,其横向 变形测量精度比通用的钻孔测斜仪高一个量级。3.滑动测微计探头标定3.1 标定装置滑动测微计探头的标定装置 （图 4）提供了分别由长度为 997.5 和 1002.5mm（ e=5 mm）的铟钢结构控制的高稳定性的两个标定位置 e1和 e2。测量标志是高硬度的不锈钢。铟钢在 030时的温度 膨胀系数接近 1×10-6m/。3.2 标定程序探头的标定应在每一次连续的野外测量的前后定期进行。 两次标 定测量的平均值在数据整理分

7、析时使用。（1）仪器标定前，连接所有的测量设备，读数器启动需要大约 20 分钟；（2）把探头放在标定装置的位置 e1（图 5），并记录测量数据。 从标定装置上移开探头，重复放在位置 e1上再测量 2 次。确定 3 次 测量值的平均值，作为位置 e1 上的标定值；（3）在位置 e2上重复上述步骤，计算位置 e2 上的标定值 （e 2）；图 4 滑动测微计标定装置 铟钢标定筒+5mme(2)e(1)-5mme(2)=997.5mme(1)=1002.5mm1000mm e=5mm图 5 滑动测微计探头标定示意图例如：位置 e1测量值：-2611/-2610/-2609 ，则 e（1）平均值 =-2

8、610 位置 e2测量值： +2450/+2452/+2451 ，则 e（2）平均值 =+24514）从平均标定值 e（1）和 e（2）中计算 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）比较 e 和标定装置的给定标定值（由制造商提供，如 5.075mm）。给定的标定值除以 e 即为 F。F=给定的标定值 /e例如： F=5.075mm/5061 =0.001003 mm（6）零点位置 Zo和标定系数 F将用于测量值的计算。 取野外测 量的前后两次标定的零点位置的平

9、均值和标定系数的平均值对测量 值进行修正， 以消除零点漂移和环境温度带来的测量误差， 具体方法 如下：测量值修正后的值 =（测量读数 -平均零点位置） ×平均标定系数。4 现场实测数据的分析与整理4.1 数据修正 15实际钻孔灌注桩由于施工工艺的原因， 其横截面面积往往变化较 大，为了消除桩身横截面面积变化对桩 -土体系荷载传递特性的影响， 将实测试验桩孔径的变化归一化到桩身平均截面， 即采用实测孔径与 平均孔径之比的平方作为应变修正系数， 将此系数乘以相应测得的实 测值，其结果即为经过断面修正的应变。4.2 平均静弹模 Es 的计算 15已有的试验研究表明 :混凝土的应力 - 应变

10、关系在超过一定的应 力水平后呈现出非线性特性 ,其弹性模量将随应变或轴力的增加而降 低。为了得到符合实际的桩身轴力 ,应对桩身弹性模量进行校正。在 以往的工程项目中这一问题一直未引起关注 ,往往简单地按混凝土强 度等级采用同一弹性模量 ,或虽然考虑了弹性模量的校正问题 ,但利用 取有限的几组 （ Ei 、）i 数据得到的平均弹性模量进行计算。根据各 级回归应变曲线 ,桩顶应变可计算不同应变量级下桩身平均弹性模量 由线性回归 , 得到Ei = f （ i的 ） 线性方程 ,从应变计算轴向及摩阻力时 采用不同应变量级下的 E 值。通过这种校正方法 ,可有效地解决桩身 材料的应力应变非线性问题。平均

11、静弹模 Es 可由下式给出 :式中 Es：桩身平均静弹模 , GPa；A ：桩体平均截面积 ,m2 ； o ：桩顶应变 ,10 - 6 ；P：桩顶垂直荷载 ,kN 。4.3桩身轴向应变分布桩身轴向应变分布是配合单桩竖向静载实验进行的 ,对于单桩的 每一级加载 ,在每级变形基本稳定后 ,量测一次桩身应变 ,将每根桩的 两根测管平均后得实测桩身轴向应变曲线。由于桩身应变受桩身质量 (混凝土弹模和桩身截面积 ) 、测管埋设 质量积仪器误差的影响 , 会产生一定的测试误差 ,不能直接用于摩阻 力分析 ,所以要对实测曲线进行修正平滑处理 , 可以使用最小二乘 法 ,进行回归处理 , 得到实测应变曲线的拟

12、合曲线 ,作为分析的依据。 实测应变曲线是判断桩身质量及孔径是否均匀的依据 , 理想情况下 桩身轴向应变自上而下是递减的。4.4 轴向力 Q 和单位摩阻力 f 沿桩轴分布在第i 级荷载下, 桩身第j 级测点处的轴向力 Qij由下式得出 ：Qij = A Esi i j = D2 Esi ij/4式中 Qij：第 i 级荷载下第 j 级测点处的轴向力 ,kN；D ：桩平均直径 ,m ；Esi :第i 级荷载下桩体平均静弹模 , GPa；ij:第i 级荷载下j 测点处的应变 ,10 - 6 。 其余符号同前。第i 级荷载下桩身 j 测段处的单位摩阻力 fij 由下式给出 :fij = ( Qi,j

13、 Qi,j+i ) /(DL) =R/2 ×LEsi ( i,j i,j+1 ) 式中 fi,j:单位摩阻力， kPa；R ：桩平均半径 ,m;L ：测段长 ,取 1m;i,j , i,j+1 :分别为第 i 测段上、下测点处的应变 ,10-6 。5 滑动测微计在桩身内力测试中的应用该项技术于 1987 年首次在北仑电厂试桩工程中应用 4,5 ，之后在 陕西蒲城电厂 5 、温州电厂 4 、西安市郊邮电网管中心大楼 5 、京珠 高速公路广珠段 6、武汉市轻型轨道交通线 7 、广州市海珠区嘉仕花 园8 、广州地区泥岩持力层中嵌岩桩的试验 9 、西安市高新技术产业 开发区 10 、广东科学

14、中心 11、宁夏扶贫扬黄灌溉工程 12、武汉天兴 洲公铁两用长江大桥铁路引桥工程 13 等工程的试桩工程得到广泛应 用。滑动测微计应用文献及工程实例如下：1 苏志东极限摩阻力系数测试的新方法公路， 1999， 2：30-322 唐军风，胡祥昭，汤新福，等 滑动测微计在大直径桩身检测中的应用 .勘察科学技术， 2005，2：31-343 Kovari K ， Amstad ChA new method of measuring deformation in diaphragm wall and pileGeotechnique，1982，32（ 4）：402-4064 李光煜，江彬静力试桩及负摩

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