滑动测微计在单桩静载试验中的应用
发布时间:2012-05-27

李光煜  陈东

(岩泰高新技术工程顾问有限公司)

 

摘要: 本文介绍了瑞士Solexperts公司滑动测微计(Sliding Micvometer)的原理及其在单桩静载试验中的应用。试桩类型包括钢管桩、灌注桩、方型预制桩、预应力管桩、支盘桩……等。该仪器可连续地测定桩身每米内的平均应变,通过荷载应变关系曲线可较准确地计算桩侧摩阻力、端阻力、最大弯矩点,临介水平荷载、极限水平荷载、挠度曲线、负摩阻力等桩基设计的主要参数,还可全面地评价桩身质量。多个工程实例表明,这种仪器是一种高精度、使用方便、在岩土工程领域具有广阔应用前景的仪器。

关键词:滑动测微计、单桩静载试验、正负摩阻力、端阻力

1、概述

以往桩身应变测量一般采用钢筋计、混凝土应变计或压力盒,由于探头与介质之间无法做到理想匹配以及电测元件零点飘移,实测结果误差较大,即使测量结果较可靠,也只能代表测点处的应变值,是一种典型的点法监测(Pointwise observation)方法。

 

          

 

1(a) 计算模型                1(b) 三种直径钢筋计的实测力及应变值

 

轴对称有限单元法计算表明:由于钢筋计的直径大于钢筋直径及二端的凸出部份,它在桩中的实测应力及应变均大于实际应力或应变,如图1所示,203040mm钢筋计的力增长率为27.8——21.1%,应变增长率为30.6——18.2%

由于应变计的弹性模量不等于混凝土的弹模,混凝土应变计也存在同样问题,当假定应变计的弹模介于2——55GPa时,实测应变增长27——11%,一般弦式应变计弹模约为0.5——0.8GPa,因此误差更大,如图23所示。

 



                   弦式应变计                                  混凝土

                   2 计算模型                 3 应变计实测应变与计算应变对比

 

80年代初期,瑞士联邦苏黎世综合科技大学Kovari教授等人提出了线法监测原理(Linewise observation)及相应的测试技术——滑动测微计(Sliding Micrometer——ISETH[1][2][3]

滑动测微计主体为一标距长1m,两端带有球状测头的位移探头,内装一个线性电感位移计和一个NTC测度计。为了测定线上的应变及温度分布,测线上每隔1m安置一个具有特殊定位功能的环形标,其间用硬塑料(HPVC)管相连,滑动测微计可依次测量两个环形标之间的相对位移,并可用于多条测线(图45)。

   

4 滑动测微计 

 

 

 

 

 

 

 

 图5 滑动测微计测试原理

 

相对于试桩中的钢筋计、压力盒等点法固定式仪器而言滑动测微计具有如下优点:

(1)    连续地测定标距为1m的测段平均应变,分辨率高(1με),任何部位微小变形都反映在测值中,可评估构件质量,计算弹性模量。传统方法只能测定几个点的应变,两点之间的变形只能推断,而且测点处的应变由于探头介入而产生局部应力畸变,其测量值将偏离真实值。

(2)    传统方法是将被测元件预埋在构件内部,不仅测点有限,而且易于损坏,更主要的是零点飘移无法避免,不能修正。新方法只在构件内埋设套管和测环,用一个探头测量,简单可靠,不易损坏,而且探头可随时在铟钢标定筒内进行标定,筒体温度系数小于1.5×10-6/°C,可有效地修正零点飘移,特别适用于长期观测。

(3)    新方法所用的探头具有温度自补偿功能,温度系数小于2×10-6/°C,而且附有一支分辨率为0.1°CNTC温度计,可随时监测构件温度,特别适用于长期监测,例如:桩身负摩阻力监测,岩土工程、钢或混凝土等大型构件长期监测等,以区分温度应变及应力导致的应变,这是传统方法无法做到的。

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(4)    对于承受横向力的大型构件,如桩、地下连续梁,大坝等,平行埋设二条测线,利用应变差计算横向位移,其分辨率和精度比常用的倾斜计相应指标高一个量级,可达1×10-5,而且可用于任何方向钻孔中。[4]

2.应用实例

1987年开始,本项测试技术首先在我国北仑电厂试桩工程中应用,随后普遍应用于陕西蒲城电厂、山西河津电厂、阳泉第二电厂、陕西宝鸡第二电厂试桩,它适用于各种土层及各种桩型。近10年来,欧美大地仪器公司及岩泰高新技术公司利用瑞士滑动测微计(Sliding Micrometer)测定了几十个工程、几百条试桩,均取得了满意的结果。

 

21垂直静载试桩

试验采用锚桩反力形式,慢速维持荷载法加压。加载前自上而下及自下而上二次测定每条试管中的初始读数,以保证测试精度,每级荷载稳定后测定相应读数,其差值即为各级荷载下每一测段的应变值。在钢筋笼的对称部位平行埋设了二条测管,测管中每隔1m安装一个锥形合金测环。采用两管相应测段的平均应变进行分析计算,从而避免了加载时的偏心影响。当用于水平试桩时,二条测管的连线方向必须和推力一致。

由于钻孔直径及桩身混凝土质量的差异,实测数据不可避免地存在一定误差,不能直接用实测值计算轴向力及摩阻力,否则将使误差恶性放大,甚至正负摩阻力交替出现等不合理现象。因此必须首先用拟合法对实测应变曲线进行磨光处理。[5]

根据各级荷载下桩顶应变或回归处理后的零点应变可计算弹模随应变量级的变化规律,一般可以用一元一次方程表达,如Ei=A-B×εi(GPa),计算轴向力和摩阻力时采用不同的弹模值,如下式所示:

轴向力计算公式为:     Qi=Ai×Ei×εi(kN)

单位摩阻力计算公式为:  fi=( Qi-Qi+1)/(πD)(kPa)

 

2.1.1摩擦桩

6为二条测管在各级荷载下的实测应变,由于桩顶扩大头,故应变较小,此外东测管上部应变较大,西测管上部应变较小,这是由于加载偏心影响,平均后就正常了。263141m处的应变较高,表明该处混凝土质量较差或孔径较小 
78分别为回归处理后的应变曲线及摩阻力曲线。

 

6a)东测管实测应变

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