鋼筋計(jì)在擴(kuò)底樁側(cè)摩阻力計(jì)算中的應(yīng)用

劉翔青

(合肥工大工程試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009)

鋼筋計(jì)在擴(kuò)底樁側(cè)摩阻力計(jì)算中的應(yīng)用

劉翔青

(合肥工大工程試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009)

文章介紹通過振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)測量樁身軸力，根據(jù)所測結(jié)果最終得到樁側(cè)摩阻力沿深度分布狀態(tài)。樁側(cè)摩阻力值反映出樁體擴(kuò)頭部分在抗拔過程中起到的關(guān)鍵作用，樁側(cè)摩阻力主要由樁身所處中、下部分土體提供。

擴(kuò)底樁；鋼筋計(jì)；樁側(cè)摩阻力；受力分析

0 引 言

隨著現(xiàn)代工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,工程上部結(jié)構(gòu)尺寸也不斷增大,對樁基的承載力提出了更高的要求,樁基向著大直徑、深長、擴(kuò)底等方向發(fā)展。樁基的承載力影響因素較多,樁土相互作用十分復(fù)雜,因此樁基一直是工程研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1-3]。本文以某市軌道交通換乘站樁基工程為例,主要介紹擴(kuò)底灌注樁樁側(cè)側(cè)摩阻力的計(jì)算方法。

1 鋼筋計(jì)的布置與安裝

該車站樁基礎(chǔ)工程皆為鉆孔擴(kuò)底灌注樁,所選試樁每根樁詳細(xì)參數(shù)及設(shè)計(jì)極限承載力計(jì)算結(jié)果見表1所列。

表1 試樁相關(guān)參數(shù)表

試樁鋼筋計(jì)安裝按照圖1所示位置,S1、S2試樁由上至下四個截面分別編號1、2、3、4,每個截面安裝三個振弦式鋼筋計(jì),按圓周互成120°角三等分分布。

焊接時一般將鋼筋與鋼筋計(jì)的連接桿對中之后采用對接法焊接,工程現(xiàn)場焊接時也可在鋼筋計(jì)的埋設(shè)位置上截去相應(yīng)長度鋼筋,然后將鋼筋計(jì)焊上。為避免焊接時鋼筋計(jì)周圍溫度過高而致其損壞,焊接過程中鋼筋計(jì)外應(yīng)包上濕棉布并不斷在棉布上澆冷水,直到焊接完畢后鋼筋冷卻到一定溫度為止,全程鋼筋計(jì)所測溫度不高于60 ℃[4-5]。

鋼筋計(jì)的引線可沿鋼筋籠的主筋延伸至地面,并預(yù)留5～10 m的引線與振弦式測讀儀相連,運(yùn)用測讀儀量測鋼筋應(yīng)力計(jì)頻率變化,進(jìn)而換算得出鋼筋應(yīng)力。

圖1 試樁鋼筋計(jì)位置示意圖

2 鋼筋計(jì)測試原理

試驗(yàn)選用GJ-16振弦式鋼筋測力計(jì),鋼筋計(jì)用于測試鋼筋混凝土樁結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋應(yīng)力,并由此推算樁身內(nèi)力,進(jìn)而得到土層的抗壓或者抗拔側(cè)摩阻力。鋼筋計(jì)主要由振弦式感應(yīng)部件、熱敏電阻、鋼套、連接桿、電纜及密封組件等組成,如圖2所示[6-7]。振弦式鋼筋計(jì)以鋼弦作為傳感元件,其應(yīng)力測量物理基礎(chǔ)是鋼弦振動的固有頻率同鋼弦的張緊程度大致成正比[8]。

(1)

其中,F為鋼筋計(jì)受力大小,f為鋼筋計(jì)輸出振動頻率;A、B為標(biāo)定系數(shù)。

圖2 振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

鋼筋應(yīng)力計(jì)在使用前需先行對其標(biāo)定,標(biāo)定時按一定增量對鋼筋計(jì)施加一系列的力Fi,測定不同力的作用下鋼筋計(jì)的輸出振動頻率fi,然后對各組(Fi,fi)線性回歸分析,確定(1)式中的A、B標(biāo)定值,這樣在測試時通過讀取fi的值帶入(1)式即可確定鋼筋的受力[9]。

3 鋼筋計(jì)測試結(jié)果及分析

3.1 軸力的計(jì)算

根據(jù)本試驗(yàn)GJ-16鋼筋計(jì)標(biāo)定證書所列,鋼筋內(nèi)力計(jì)算按

(2)

ΔT=T0-T

其中,P為被測鋼筋的載荷(kN);K為鋼筋計(jì)的標(biāo)定系數(shù)(kN/Hz2);ΔF為鋼筋計(jì)輸出頻率模數(shù)實(shí)時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量(kHz2);f0為鋼筋計(jì)的初始頻率值(Hz);fi為鋼筋計(jì)工作頻率值(Hz);b為鋼筋計(jì)的溫度修正系數(shù)(kN/℃);ΔT為鋼筋計(jì)的溫度實(shí)時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量(℃);B為鋼筋計(jì)的計(jì)算修正值(kN)。

通過振弦式測讀儀,讀取鋼筋計(jì)輸出頻率模數(shù)和溫度實(shí)時測量值,將其帶入(2)式,得到被測鋼筋所受荷載P,σg為試驗(yàn)荷載在鋼筋內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力。

(3)

其中,Ag為鋼筋的橫截面積,本試驗(yàn)鋼筋計(jì)連接在鋼筋籠φ32主筋上。試驗(yàn)荷載作用下,深度Hi處樁體截面所承受軸力為Fpi,Fpi由構(gòu)成樁體的鋼筋和混凝土共同承擔(dān),即

(4)

其中:Ag為樁體截面上鋼筋所占面積;Ac為截面上混凝土所占面積;σg=Egεg,為樁身鋼筋應(yīng)力;σc=Ecεc為樁身混凝土應(yīng)力;Eg和Ec分別為樁體鋼筋和混凝土的彈性模量,εg和εc分別為樁體鋼筋和混凝土的應(yīng)變。假設(shè)樁體同一截面上應(yīng)變處處相等,則εg=εc,將此關(guān)系帶入(4)式得

EgεgAg+EcεcAc=

(5)

其中,Acg為樁體鋼筋折算面積,Acg=(EgAg+EcAc)/Eg,將(3)式帶入(5)式可得

(6)

其中,k為樁筋受力比,k=Acg/Ag。

因此,利用埋置在不同深度的鋼筋計(jì)測得兩個樁截面間的樁側(cè)摩阻力Qs為

(7)

任意兩截面間的樁側(cè)摩阻力也可以用此方法求得[10-11]。

將振弦測讀儀測得數(shù)據(jù),帶入上述各式計(jì)算可得各鋼筋計(jì)所在截面樁身軸力值,具體見表2所列。

表2 鋼筋計(jì)所在截面樁體軸力值

3.2 試樁S1側(cè)摩阻力分析

試樁S1底部最大加載值達(dá)36 000 kN,樁頂軸力為0,將表2所測結(jié)果代入(7)式可得到試樁各分隔段間樁側(cè)摩阻力大小,見表3所列。

表3 試樁S1樁側(cè)摩阻力

試樁S1側(cè)摩阻力沿深度分布曲線見圖3所示。

圖3 試樁S1側(cè)摩阻力深度分布曲線

3.3 試樁S2側(cè)摩阻力分析

試樁S2底部最大加載值達(dá)29 000 kN,樁頂軸力為0,將表2所測結(jié)果代入(7)式可得到試樁各分隔段間樁側(cè)摩阻力大小,見表4所列。

表4 試樁S2樁側(cè)摩阻力

試樁S2側(cè)摩阻力沿深度分布曲線見圖4所列。

圖4 試樁S2側(cè)摩阻力深度分布曲線

4 結(jié)束語

由于試驗(yàn)樁身處在中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖中,土體狀況較為單一,鋼筋應(yīng)力計(jì)的布置目的在于測量擴(kuò)頭部分在樁側(cè)摩阻力發(fā)揮過程中所起作用。其測試結(jié)果表明:由于土層摩阻力的作用,樁身軸力隨著與加載位置距離的增大而減小。摩阻力的發(fā)揮取決于樁基與土之間的相對位移,摩阻力隨著樁土相對位移的增加而增大,可以判斷樁底部與土的相對位移較大,而樁頂部較小[12-13]。當(dāng)樁底加載至極限荷載時,樁身中、下部土層提供的摩阻力所占總樁側(cè)摩阻力的比例較大,擴(kuò)底部分的增強(qiáng)效果尤為突出,試樁S1、試樁S2兩擴(kuò)頭及中間部分約分擔(dān)總樁側(cè)摩阻力的70.2%和81.4%。

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2016-12-16；修改日期：2016-12-20

劉翔青(1991-),男,安徽太和人 ,碩士，合肥工大工程試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司助理工程師．

TU473.1

A

1673-5781(2016)06-0815-03