淺析樁基靜載荷試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)量及應(yīng)用

摘 要：基樁靜載荷試驗(yàn)需要時(shí)時(shí)根據(jù)工程和現(xiàn)場(chǎng)的要求來(lái)進(jìn)行調(diào)整、選擇。要求我們具有扎實(shí)的基礎(chǔ)和良好的專業(yè)知識(shí)，來(lái)應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：樁基靜載荷試驗(yàn)；應(yīng)變測(cè)量；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U443.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2013）-12-0231-02

1.前言

檢測(cè)樁基承載力的方法中靜載荷試驗(yàn)是最為可靠的。需要龐大、笨重的反力設(shè)備或者要用堆積重物方法的傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)由于費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、跟加費(fèi)錢，嚴(yán)重的提高了靜載荷試驗(yàn)的成本。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，到二十世紀(jì)八十年代，國(guó)外學(xué)者發(fā)明了一種樁基承載力檢測(cè)方法那就是利用樁身本身的側(cè)摩擦阻力作為靜載荷試驗(yàn)的反力試樁法，它將載荷箱放在了樁身或者是樁基的底部。這種方法反力系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，而且此法節(jié)省時(shí)間，系統(tǒng)加載量小，對(duì)操作布置需要的場(chǎng)地也很小，現(xiàn)在大噸位的裝機(jī)承載能力廣泛的用在了在工程實(shí)際中。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，靜載荷樁基實(shí)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)得到了很好地發(fā)展，新的樁型在工程施工中不斷地出現(xiàn)，樁基檢測(cè)的手段也不斷的更新?lián)Q代，這也更好的檢驗(yàn)了工程質(zhì)量?，F(xiàn)在最直接、最可靠地方法就是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的靜載荷實(shí)驗(yàn)以檢測(cè)其抗壓等能力。對(duì)一些新型樁型必須要檢驗(yàn)其單樁承載能力這就要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)。

2.靜載荷應(yīng)變測(cè)量

2.1應(yīng)變測(cè)量的原理

在基樁測(cè)試中運(yùn)用不多但是技術(shù)成熟的就是應(yīng)用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量。鋼筋和混凝土構(gòu)成的基樁復(fù)合截面彈性模量可以根據(jù)鋼筋和混凝土彈性模量來(lái)求得。基樁的側(cè)摩阻力可以由實(shí)測(cè)得出的截面應(yīng)變來(lái)計(jì)算求得截面內(nèi)力來(lái)求得。在工程實(shí)際中，應(yīng)變傳感器埋放的基樁截面是豎向排列的，這樣就可以測(cè)得每一個(gè)截面的應(yīng)變并計(jì)算求得各個(gè)截面的內(nèi)力，這樣就可以得到基樁荷載和基樁側(cè)摩擦阻力的分布狀況。這就是靜載荷應(yīng)變量測(cè)量的原理。

2.2理論分析

首先，我們要將基樁截面視作是由鋼筋和混凝土做成的復(fù)合截面，運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)采用復(fù)合截面的理論計(jì)算復(fù)合截面的復(fù)合截面的彈性模量E。而截面的壓力則可以測(cè)量并且求得復(fù)合截面的應(yīng)變來(lái)求取，應(yīng)為復(fù)合截面上鋼筋、混凝土所受力就是截面上所受的載荷。而兩截面的所受壓力只差則是這段樁身的側(cè)摩擦阻力。要測(cè)取某截面載荷傳遞分布狀況，則需要我們?cè)谶@個(gè)截面到樁頂這段樁身之間由高到低或由低到高的分層埋置多組應(yīng)變計(jì)[1]。某一載荷作用下的基樁某截面下樁的沉降值量就是基樁樁頂實(shí)測(cè)的下沉量減去樁身壓縮的值量。由此可以計(jì)算得到對(duì)應(yīng)載荷的某一截面下沉量。

2.3應(yīng)變測(cè)量的誤差分析

在樁基靜載荷實(shí)驗(yàn)應(yīng)變測(cè)量中，與其它的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量方法相比，運(yùn)用電阻應(yīng)變計(jì)和電阻應(yīng)變儀組成的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)具有測(cè)量精度高、測(cè)量靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但是相對(duì)的也就存在著有時(shí)候測(cè)量誤差會(huì)很大的問(wèn)題。因?yàn)闇y(cè)量過(guò)程中有著各種各樣的因素影響著測(cè)量精度，比如，常見(jiàn)的測(cè)量精度有應(yīng)變計(jì)誤差、粘結(jié)劑誤差、應(yīng)變儀和連接導(dǎo)線誤差等等。

在基樁靜載荷應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中，影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量效果的最主要因素是應(yīng)變計(jì)的橫推效應(yīng)。粘結(jié)劑誤差主要是因?yàn)槭褂谜辰Y(jié)劑的粘結(jié)厚度布置不均勻或者太厚而是應(yīng)變計(jì)蠕變?cè)龃?，機(jī)械之后增加，因此為避免粘結(jié)劑引起的誤差應(yīng)該盡量使粘結(jié)劑厚度變薄，粘結(jié)方向盡力控制。在測(cè)量中，橋臂電阻不受全橋測(cè)量電路以及導(dǎo)線電阻的影響，因此對(duì)于這兩項(xiàng)我們完全不必進(jìn)行修正。額瑞昱板橋電路，我們則需要進(jìn)行修正[4]，其修正值為￡=霉，（1+2r/R）。而應(yīng)變計(jì)的誤差我們則可以使用多次測(cè)量去測(cè)量平均數(shù)的方法減小因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)應(yīng)變計(jì)儀器而引起的測(cè)量偶然誤差。

3.1堆載法與靜載荷測(cè)試方法

堆載法。堆載反力裝置是用鋼梁在樁頂設(shè)置一個(gè)承重的平臺(tái)，并在平臺(tái)上堆起重物，而平臺(tái)上的重物則依靠放置在裝訂的起重千斤頂將其頂起，因此可以將力的作用反而施加在裝身上。型鋼或者根據(jù)需要而自行加工的箱梁都可作為反力裝置的主梁，而且承重平臺(tái)的形狀也可以根據(jù)工程需要而定制，例如方形、圓形或矩形等。平常常見(jiàn)的沙袋、鋼錠、土袋、水箱等均可以做堆載法中的堆載。

錨樁法：在工程實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)反力錨的不同我們將錨樁反力裝置分為兩種，一種就是我們平常所說(shuō)的錨樁反力量裝置，它提供反力是通過(guò)將反力架和連接在錨樁；另一種錨樁，力裝置是錨桿反力裝。它提供反力是依靠已經(jīng)鉆入地下的數(shù)個(gè)螺旋。把分布在基樁四周的對(duì)稱的幾根用錨筋和反力裝置相連的錨桿[2]，接著反力架被樁頂?shù)那Ы镯旐斊?，錨樁為其提供反力，錨桿的數(shù)量、反力架強(qiáng)度和與其所連接的錨桿共同決定了反力大小。工程現(xiàn)場(chǎng)的條件與承載噸數(shù)一般不會(huì)影響到錨桿反力裝置。通常工程樁兼用作錨桿是減少工程成本的有效手段，因此在現(xiàn)場(chǎng)條件可以的情況下應(yīng)盡量應(yīng)用工程樁以減小工程施工成本。在靜載荷實(shí)驗(yàn)中我們需要注意的是，試驗(yàn)藥觀測(cè)錨桿的上拔量，因此要十分注意，避免出現(xiàn)因操作不當(dāng)而引起的拔干斷桿事故。

在一些相對(duì)小型的工程或者場(chǎng)地比較有限的工程中，小噸位基樁與復(fù)合地基樁這兩種方法就顯示出了他們的優(yōu)越性，小巧方便，工程上很有便捷性和操作性。因?yàn)榈劐^所受到的螺旋鉆的受力方向不同，我們據(jù)此將其分為斜拉式與豎直式，斜拉式又稱為傘式。在受力方向上，螺旋鉆受到土的豎向阻力和水平阻力兩種力的是斜拉式，只受到土豎向阻力的是豎直式。螺旋葉片的大小與地層土質(zhì)兩者共同決定了地錨反力的大小。在復(fù)合地基試驗(yàn)中，有很多實(shí)驗(yàn)單位會(huì)使用地錨，因此我們一定要注意在使用過(guò)程中復(fù)合地基會(huì)被地錨擾動(dòng)，因而影響實(shí)驗(yàn)的可靠性的問(wèn)題。

另外在現(xiàn)在越來(lái)越重視減少成產(chǎn)成本，充分合理應(yīng)用現(xiàn)有材料的管理?xiàng)l件下，我們會(huì)對(duì)反力裝置進(jìn)行改進(jìn)。比如，錨樁和堆重平臺(tái)的聯(lián)合布置，充分利用建筑物、地貌地形等替代反力裝置降低工程成本[3]。

3.2堆載法與錨樁法的優(yōu)缺點(diǎn)

堆載法。堆載法的優(yōu)點(diǎn)有很多，比如它廣泛使用的堆載反力梁裝置，搭建簡(jiǎn)單方便的承重平臺(tái)，載荷試驗(yàn)可適用范圍寬，適用性強(qiáng)，基樁鋼筋配比可以相對(duì)較少，降低了實(shí)驗(yàn)成本，可以隨機(jī)的對(duì)工程樁進(jìn)行抽樣檢測(cè)，增加了工程檢測(cè)的可靠性，其反力裝置的重要組成部分千斤頂，可以實(shí)現(xiàn)較均勻緩慢地將力反到基樁上，對(duì)于減少電動(dòng)油泵的因加載反力不均而引起的過(guò)沖現(xiàn)象，有利于控制載荷量大小。它的缺點(diǎn)是在實(shí)驗(yàn)之前，地面會(huì)受到對(duì)重物通過(guò)支撐墩傳導(dǎo)到其上的力，從而導(dǎo)致基樁周圍的土受到一定的影響。有研究稱，當(dāng)在和過(guò)大超過(guò)兩千千牛時(shí)，地面被影響的深度可能會(huì)有四十五米之多。當(dāng)靜載荷基樁實(shí)驗(yàn)的噸位較大時(shí)，若堆重物是沙袋等安裝時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患，因此需要處理，防止倒塌等事故的發(fā)生。

錨樁法。錨樁法的優(yōu)點(diǎn)是反力裝置安裝快速方便，降低了實(shí)驗(yàn)成本，特別是大噸位實(shí)驗(yàn)。缺點(diǎn)是反力裝置安裝過(guò)程中，不易控制載荷的對(duì)中，在開(kāi)始時(shí)易產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象。工程樁錨桿會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生影響，若不用則成本大增，切適應(yīng)性較差，對(duì)大載荷基樁的檢測(cè)不能做到隨機(jī)抽樣。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，兩種方法都有要注意的問(wèn)題，例如堆載法的“兩個(gè)中心一致”錨樁法的“對(duì)稱性”問(wèn)題等。

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作者簡(jiǎn)介：馮匯川，1962年出生，男，河北南宮人，1983年畢業(yè)于西安長(zhǎng)安大學(xué)水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，工程師。