1、高应变拟合法确定预应力管桩的承载力 郑永龙 马骥 芜湖市建科工程技术咨询检测有限责任公司 安徽芜湖 241000 摘要 文章以预应力管桩竖向抗压承载力测试为例 给出了高应变动力试桩中的激振 数据采集 模型建立 曲线拟合及基桩承 载力确定方法 对基桩测试工作有一定的参考价值 关键词 预应力管桩 高应变 实测曲线拟合法 中图分类号 TU473 1 文献标识码 A 文章编号 1673 5781 f 2007 ol一0079 02 预应力管桩的承载力检测 主要有静载试验和高 应变试验 静载试验周期长 耗资大 而高应变试验 时间短 经济效益好 本文以芜湖市某厂房36 桩为 例 对高应变动力试桩测试曲线进
2、行拟合分析 确定 预应力管桩竖向抗压承载力 作为这种类型桩承载力 验收的依据 1场地工程地质概况 第 层为杂填土 上部含植物根茎 夹碎砖 碎 石等建筑垃圾 部分地区有粉煤灰回填 松散 不均 匀 饱水 厚度为2 3O 6 i0 rrl 第 层为粉质粘土 褐黄一灰黄色 可塑状 稍湿 一湿 含少量Fe Mn质氧化物结核 为芜湖常见的硬 壳层 稍有光滑 干强度中等 厚度为0 7O 3 40 ITI 第 层为淤泥质粉质粘土 灰 青灰色 流塑一软 塑状 含腐植物 有机质含量较高 局部夹粉土及粉细砂 饱水 稍有光滑 干强度中等 厚度为0 80 12 30 m 第 层为粉质粘土 青灰一褐黄色 硬塑状 含 Fe
3、 Mn质氧化物结核 光滑 干强度高 揭穿厚度一 般在0 20 8 20 m 36 桩为预应力管桩 桩径500 iYlm 施工桩长 l1 0 m 混凝土标号设计值为C80 持力层为第 层 粉质粘土 2高应变测试方法 在管桩桩顶放置一块木板 且在桩顶下1 5倍桩 径处对称安装两个加速度传感器和两个工具式应变 传感器 用吊车吊起重锤 自由下落冲击桩顶 使桩 产生一定的贯入度n 同时在桩中产生应力波 由测 试截面处的传感器获取实测力曲线和实测速度曲线 测试仪器为ZK 7E2基桩动测仪 由两个工具式应变传感器测得的两条应变曲线 e 和 z 计算测试截面处的两条力曲线 即 F 一慨 l 2 1 其中 A是
4、测试截面处的桩身截面积 E是测试截面 处的桩身弹性模量 它由测试截面处桩身密度P和桩 身波速C按公式E pC 计算 对两条力曲线取平 均 得实测力曲线 F 一 F1 F2 2 2 对两个加速度传感器测得的两条加速度曲线 n 和口 分别积分 得两条速度曲线 r 一I n dt l 2 3 J 0 对两条速度曲线取平均 得实测速度曲线 一L l 2 2 4 实测速度曲线V 再乘以测试截面处桩身波 阻抗Z Z ApC 得Zv 曲线 习惯上也称之实 测速度曲线 它与实测力曲线同量纲 两者一般显示 在同一张图上 图l是36 桩的高应变测试实测力曲线和实测 速度曲线 图中实测力曲线和实测速度曲线初始段 重
5、合 尾部归零 可见 现场测试符合要求 2j 为室内 拟合分析提供了质量保证 3高应变曲线拟合法 3 1高应变桩土系统模型 把桩身分成N 段 使每段波传播时间相同 桩身 收稿日期 2006 1 O3 作者简介 郑永龙 1979一 男 湖南石门人 芜湖市建科工程技术咨询检测有限责任公司助理工程师 工程与建设 2007年第21卷第1期 79 维普资讯 I 0 2 2 I f l l0 一15 L c 1 力曲线 2 运厦曲线 图1 36 桩实测数据的时程曲线 各段采用线弹性模型 各段桩侧土和桩底土采用改进 的Smith模型 第i i一1 2 N 段桩侧土静 阻力R 由最大静阻力R 弹限 或称最大弹性
6、变形 Q 和Smith阻尼系数J 表示 桩底土静阻力R 由最 大静阻力R 弹限Q 和Smith阻尼系数J 表示 各 段桩侧土动阻力R 一J R 其中 是桩身第i段 的振动速度 桩底土动阻力R曲一 其中 是桩 底截面的振动速度 由以上桩土参数按行波法进行 数值计算 得测试截面处的计算力曲线F t 或计算 速度曲线 计算公式见文献 4 3 2高应变计算曲线与实测曲线的拟合 以实测速度曲线 作为边界条件 求得测试 截面处的计算力曲线F t 把F t 与实测力曲线 F 进行对比 若两者差别较大 则修改桩土参数 再求得测试截面处的计算力曲线F t 直到F t 与实测力曲线F t 比较吻合 这就是高应变曲
7、线 拟合的过程 它可由人工修改桩土参数进行 也可用 最优化法进行自动拟合 高应变拟合软件采用平岱 公司研制PDC CMP软件 该软件中两种方法兼用 其中自动拟合采用最优化法中的单纯形法 由吻合较好时的计算力曲线F t 所采用的土 参数计算桩的竖向抗压承载力 它是各段桩侧土最 大静阻力R 与桩底土最大静阻力R 之和 R 一 R R 5 l l 图2是36 桩高应变曲线拟合的最后结果 图 2a中计算力曲线与实测力曲线吻合较好 图2b为桩 身形状图 图2c为各段桩侧土最大静阻力与桩底土 80 l工程与建设 2007年第21卷第1期 最大静阻力 由 5 式确定36 竖向抗压承载力为 1 500 kN
8、该桩竖向抗压承载力特征值为600 kN 满 足承载力要求 0 一 2 一 5 一 一l0 L C F kN 0 l40 侧阻力 1 O9O 端阻力 410 总阻力 l 50O aJ 图2 36 桩高应变曲线拟合结果 对3 桩做了动静对比试验 先用高应变拟合法 得出桩的竖向抗压承载力为1 450 kN 而该桩竖向抗 压承载力特征值为800 kN 未能满足设计要求 又做 了静载试验 得竖向抗压极限承载力为1 440 kN 高应变和静载试验都表明 该桩不满足设计要求 为 了查明原因 本工程做了补勘 结果显示 本桩的持力 层为可塑状的粉质粘土 没有达到预期的效果 通过 加大承台 弥补该桩承载力的不足
9、4 结束语 用高应变曲线拟合法测试预应力管桩的承载力 关键在于现场测试和室内拟合两个环节 现场测试 要掌握锤重和落高 以充分激发土阻力 注意传感器 的安装及仪器中测试参数的合理设置 要保证实测力 曲线和速度曲线具有较高的质量 室内曲线拟合要 了解场地工程地质情况 熟悉桩土理论模型参数的取 值 掌握人工拟合与自动拟合的技巧 经过近几年来 基桩检测的实际工作 在本地区有可靠的动静对比的 前提下 高应变动力试桩对预应力管桩承载力的检测 是一种行之有效的方法 参考文献 1 JGJ lO6 2003 建筑基桩检测技术规范 s 2 王雪峰 吴世明 基桩动测技术 M 北京 科学出版社 1999 3 刘明贵 佘诗刚 汪大国 桩基检测技术指南 M 北京 科学出 版社 1995 4 徐攸在 桩的动测新技术 M 北京 中国建筑工业出版社 00 o 维普资讯
