PRC 管樁高應(yīng)變測試信號分析研究

秦文祁 陳侃

中國一冶集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430000

1 工程實(shí)例

龍鳳山公園工程棧橋基礎(chǔ)采用PRC-500D125 型管樁，總樁數(shù)521 根，樁身混凝土強(qiáng)度等級C60，承載力特征值400kN，每樁抗拔力為80kN,要求樁端全截面進(jìn)入為中風(fēng)化泥巖不小于2 米。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，鉆探巖芯鑒定，原位測試及與鄰近場地資料對比，依據(jù)巖土的年代、巖性、巖土結(jié)構(gòu)、工程特征，將場地巖土層劃分為四層。其中，第①層為第四系素填土層，第②層為第四系全新統(tǒng)黏土層，第③層為白堊系上統(tǒng)跑馬崗組泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化層，第④層二疊系中風(fēng)化石灰?guī)r層。

對工程樁進(jìn)行高應(yīng)變測試，在距樁頂1m 處對稱安裝兩個(gè)應(yīng)變式力傳感器和加速度傳感器，錘重3t，落距0.5m-1.2m。

高應(yīng)變測試前,先進(jìn)行低應(yīng)變樁身完整性檢測，典型低應(yīng)變時(shí)域曲線和高應(yīng)變單邊速度曲線如圖1-圖3，可以看出低應(yīng)變時(shí)域曲線2L/c 時(shí)刻前無缺陷反射波，樁底反射波明顯；如圖4-圖6 可以看出高應(yīng)變單邊速度曲線V1 和V2 一致性很好，2 倍樁長處有明顯的正向反射信號，表明錘擊沒有偏心，高應(yīng)變原始信號準(zhǔn)確可靠。

2 成果分析

力的時(shí)程波形用應(yīng)變式傳感器量測樁身應(yīng)變后換算成力信號，樁身內(nèi)力F=С2ρεA 式中С-測點(diǎn)處樁身應(yīng)力波傳播速度（m/s）ρ-樁身材料質(zhì)量密度（kg/m3）ε-樁身應(yīng)變A-樁身測點(diǎn)處截面積（m2）應(yīng)變ε 通過實(shí)測得到，對同一PRC 樁型A 和ρ可認(rèn)為是常量，測點(diǎn)處應(yīng)力波速度С 不易測定，通常用整樁平均波速代替測點(diǎn)處波速。為確定高應(yīng)變測試的平均波速值，本文分別將低應(yīng)變測定的波速Z11=3980m/s、Z16=3930m/s、Z7=4042m/s 代入高應(yīng)變分析軟件，可以看出當(dāng)Z11 單邊速度曲線Vmax=0.5時(shí)，速度曲線正向反射峰值基本在2 倍樁長處，Z7 單邊速度曲線Vmax=1.0 時(shí)，速度曲線正向反射峰值大于2 倍樁長。隨著重錘落距提高，落速加大，激發(fā)出的樁端阻力不斷增加，如圖7、圖8 所示，N4 樁不同重錘落距測試，Vmax=2.0 時(shí)速度曲線正向反射峰值明顯大于Vmax=1.5 時(shí)。

如果直接將高應(yīng)變測試速度曲線正向反射峰值認(rèn)為是樁底反射，樁端阻力發(fā)揮越充分，計(jì)算出的波速值會越低，這就會產(chǎn)生誤判，擬合計(jì)算中使用的波速將偏低，一般情況10%的波速誤差會引起20%力的誤差，導(dǎo)致承載力測試結(jié)果偏小。樁頂受錘擊力作用產(chǎn)生的應(yīng)力波，遇到樁側(cè)土摩阻力將產(chǎn)生上行的壓力波和下行的壓力波，數(shù)值分別為摩阻力的一半，上行的壓力波使測點(diǎn)處力和速度波形分開，距離在數(shù)值上正好是樁側(cè)摩阻力值。土阻力越大，力和速度分開的距離就越大。

對比Z11 和Z7 高應(yīng)變信號可以看出，當(dāng)錘擊力較小，貫入度較小時(shí)，Z11 樁側(cè)土阻力未充分發(fā)揮，無樁端阻力，樁身淺部土阻力在激發(fā)的樁身土阻力占比較大，曲線形態(tài)顯示力信號明顯高于速度信號，安裝傳感器處二者分開距離較大，2L/c 附近信號重合，如圖9 所示。當(dāng)錘擊力增加時(shí)，貫入度較大時(shí)，Z7 樁側(cè)土阻力激發(fā)較充分，樁端阻力部分激發(fā)，曲線形態(tài)顯示安裝傳感器處力信號略高于速度信號，樁身下部力信號與速度信號分開較大，2L/c 附近信號略微分開，如圖10 所示。

3 結(jié)語

本文通過不同激發(fā)狀態(tài)下高應(yīng)變實(shí)測曲線的分析對比，可以使檢測人員對PRC 管樁高應(yīng)變測試信號有直觀的認(rèn)識，并對高應(yīng)變測試土阻力激發(fā)過程有更深入的理解。如何選定擬合時(shí)的波速值，筆者認(rèn)為除了使用低應(yīng)變波速值外，還可以設(shè)定較低重錘落距（如不超過50cm），在未激發(fā)出樁端阻力時(shí)，獲得較準(zhǔn)確的樁底反射信號來確定波速，然后提高落距，增加貫入度，充分激發(fā)樁側(cè)和樁端力，獲得較準(zhǔn)確的極限承載力值。