专利名称：一种在基桩竖向静荷载试验中测量桩身内力及断面位移的方法
技术领域：
本发明涉及到基桩竖向静荷载试验中一种测量桩身内力及断面位移的方法，属于土木 工程中桩基质量检测技术领域。
背景技术：
在桩基工程质量检测时，经常采用静荷载试验方法对桩基础中的基桩进行竖向承载力 的检测。在传统的基桩竖向桩身内力及断面位移测试中， 一般采用制桩时埋设应变传感器 及连接导线、套管的方法，出现以下问题
U) —方面埋设应变式或钢弦式传感器、位移杆的工作量很大，同时极其繁琐，另 一方面传感器焊接时的高温、混凝土的浇筑与振捣、混凝土养护时产生的水化热等诸多复 杂因素都会对传感器、连接导线等造成严重损伤，进而导致试验时无法采集到完整的数据 甚至完全无法进行。
(2) —方面传感器的介入使得埋设点处的应变产生应力畸变，传感器所测到的应变 值偏离真实值，另一方面传感器所侧到的应变值只代表埋设点的应变，两点之间的应变分 布只能推断。假定在某两个传感器之间桩身某处存在明显缺陷，传感器应变值对此将毫无 反应。
(3) —旦施工固定，埋设位置无法调整，传感器无法更换，即使发现埋设位置出错、 甚至传感器、连接电缆损坏也很难采取补救措施。
(4) 位移杆内外管之间的晃动、摩擦容易造成数据误差。同时，桩顶横截面尺寸在
扣除千斤顶所占区域后，位移杆的埋设数量受到严格限制。
(5) 传感器、连接电缆及位移杆等无法回收，不能重复使用，经济性不佳。
发明内容
针对上述目前基桩桩身内力及断面竖向位移测试中存在的问题，本发明的目的是提出 一种准确度高，可靠性好的桩身内力及断面位移的测试方法。
本发明提出的测试方法，首先，在桩身按纵向预埋套管或直接在桩身纵向钻孔，在套 管或钻孔内安装测量系统。该测量系统由锚头、多点位移计、接长杆及压力管组成。多点 位移计一端直接连接在锚头上，另一端与一接长杆一端相连，该接长杆另一端与另一锚头 直接连接。通过压力管加压使得锚头膨胀，进而固定在套管或钻孔内。当锚头被固定以后， 多点位移计通过接长杆测量相邻两个锚头位置之间的竖向变形。根据实测相邻两个锚头之间的位移变形，计算该分段桩身平均轴向应变，推算锚头埋设断面的轴向应变，然后利用 混凝土弹性模量标定结果计算锚头埋设断面的桩身轴力。如果在桩端位置埋有锚头时，该 埋设断面轴力就是桩端阻力。两相邻锚头埋设断面的轴力求出以后，再根据相邻两锚头之 间桩的长度、桩横截面周长推算两锚头之间土层的侧摩阻力。根据桩顶竖向位移观测结果 和所有相邻两个锚头位置之间的竖向变形，推算锚头埋设断面的竖向位移，推算相邻锚头 之间桩段竖向位移，建立起桩土相对位移与桩侧摩阻力关系，从而实现桩身内力及断面竖 向位移测量。
本发明方法的具体操作步骤如下
(1) 在制桩时埋设套管或基桩施工完毕后直接在桩身钻孔。套管材质或钻孔工具不 予限定，但是要求套管或钻孔轴线应平行于桩身纵轴线，套管或钻孔尺寸应与选用的锚头 相匹配；埋设套管或桩身钻孔的数量不予限定，宜沿横截面中心轴线方向对称布置。
(2) 依据试桩所在场地的岩土工程勘察报告、施工记录、地区经验及设计要求等确 定合适的锚头数量及其埋设断面位置。
(3) 将若干锚头、多点位移计及接长杆等组成的测量系统在试验现场连接，经调试 正常后插入套管或钻孔内设定的位置，同时将压力管及多点位移计电缆引出至地面便于操 作与观测的位置。
(4) 在地面上操纵加压设备，将压力通过压力管传至锚头，锚头受力后膨胀与套管 管壁或钻孔孔壁紧密接触、牢固结合。
(5) 安装常规的基桩竖向静荷载试验仪器、设备，静载试验开始后按照常规方法记 录荷载大小以及桩顶竖向位移。
(6) 在某级荷载作用下位移稳定，施加下一级荷载以前，记录某级荷载下的多点位 移计读数，计算相邻两个锚头位置之间的桩身竖向变形量，计算两个锚头位置之间的桩身 平均竖向应变，推算出锚头埋设断面的竖向应变。
(7) 依据桩身混凝土弹性模量标定结果，计算锚头埋设断面的桩身轴力，推算出相
邻两锚头之间的轴力差。根据轴力差以及相邻两锚头之间桩段长度、桩横截面周长，计算 桩侧土层摩阻力。
(8) 根据某级荷载下桩顶竖向位移大小及相邻两锚头之间的竖向变形量，计算锚头
埋设断面的竖向位移，计算相邻两锚头之间桩段的竖向位移，建立桩土相对位移与桩侧摩 阻力两者之间的关系。
本发明可以直接测量计算得到桩身内力及断面竖向位移，进而解决按传统方式进行基 桩桩身内力及断面竖向位移测试时准确度差、可靠性低的问题，是一种替代传统的利用应变式或钢弦式传感器及位移杆来测试桩身内力及断面竖向位移的方法。
图l为本发明测量方法示意图。
图中标号l一套管或钻孔；2—锚头；3—多点位移计；4一接长杆；5—压力管；6 一多点位移计电缆。
具体实施例方式
本发明方法的具体步骤为
(1) 在制桩时埋设套管l或基桩施工完毕后直接在桩身钻孔l。套管材质或钻孔工 具不予限定，但是要求套管1或钻孔1轴线应平行于桩身纵轴线，套管1或钻孔1尺寸应 与选用的锚头2相匹配；埋设套管1或桩身钻孔1的数量不予限定，宜沿横截面中心轴线 方向对称布置。
(2) 依据试桩所在场地的岩土工程勘察报告、成桩或打桩记录、地区经验及设计要 求等设置锚头数量及其埋设断面位置。锚头2 —般可埋设在两种不同性质土层的界面处。
(3) 将若干锚头2、多点位移计3及接长杆4等组成的测量系统在试验现场连接组 装，经调试正常后插入套管1或钻孔1内至设定的位置，同时将压力管5及多点位移计电 缆6通过锚头2引出至地面便于操作与观测的位置。
(4) 在地面上操纵加压设备，将压力通过压力管5传至锚头2，使得锚头2受力膨 胀，对套管l管壁或钻孔l孔壁施加足够的锚固力，两者之间应紧密接触，牢固结合。
(5) 安装常规的基桩竖向静荷载试验仪器、设备，静载试验开始后按照常规方法记 录荷载大小以及桩顶竖向位移(沉降量或上拔量)。
(6) 在某级荷载作用下位移稳定，施加下一级荷载以前，记录某级荷载下的多点位 移计读数，计算相邻两个锚头位置之间的桩身竖向变形量(压縮或拉伸变形)A"。
(7) 相邻两锚头之间桩段的长度丄己知，计算两个锚头位置之间的桩身平均竖向应 变〃 =AD/i，推算出锚头埋设断面桩身混凝土的竖向应变e。
(8) 依据桩身混凝土弹性模量标定结果￡=/(e)，计算锚头埋设断面的桩身轴力 A^4*￡*￡，推算出相邻两锚头之间的轴力差AA^Vw—7Vi。 iVj为第i个锚头的所在断面的 桩身轴力，根据轴力差AiV以及相邻两锚头之间桩的长度丄、桩的横截面周长C，计算桩 侧土层摩阻力/= AW/C丄。
(9) 根据某级荷载下桩顶竖向位移大小及相邻两锚头之间的竖向变形量A计算第i 个锚头埋设断面z'的竖向位移&二S— (AA+厶"+ + AD")， ADj为第j+l个锚 头与前一个锚头之间桩身竖向变形量，j=l， 2，…，i-l，计算相邻两锚头之间桩段的竖向位移S二0.5X 建立该桩段桩土相对位移S'与桩侧土层摩阻力/两者之间的关系。
本发明中测量桩身分段压縮量的多点位移计是不限定的，其可以采用振弦式、电感调 频式、差动电阻式等类型；同样，接长杆可选用玻璃纤维、石墨和不锈钢等类型；锚头可 选用气压式、液压式、机械式等类型；套管可采用pfc塑料管、钢管等。为了更详细的说 明问题，下面列举一个算例。
某单桩竖向抗压静载试验，钻孔灌注桩，桩长20m，桩径lm，混凝土强度等级为水 下C30。桩顶高出地面1.0m。在桩横截面正中心钻一直径为0.1m的孔。在桩顶及桩顶下 lm、 20m等三个位置处的钻孔内分别埋设l个锚头，共计3个锚头，3个锚头之间的多点 位移计为2个。假定在某级荷载作用前，多点位移计的读数分别为10.00mm、 5.00mm;在 某级荷载作用下，多点位移计的读数为10.60mm、 5.50mm。
那么在该级荷载作用下，两个桩身分段分别压縮了 0.60mm、 0.50mm，相应的两个桩 身分段平均压縮应变是60(^s、 50(^s，三个锚头埋设断面的压缩应变是600|as、 600ne、 400hs。假定混凝土弹性模量的标定结果为e-3.0Xl(^MPa，于是三个锚头埋设断面桩身 混凝土的压应力分别为18.0MPa、18.0MPa、12.0MPa，相应断面的桩身轴力分别为14137kN、 14137kN、 9424kN。
桩顶下lm 20m的桩身分段，上下轴力差A7V为4713kN，计算得到桩侧土层摩阻力 为戶79kPa。
假定在该级荷载作用下桩顶累计沉降为1.50mm，那么三个锚头埋设断面的累计沉降 分别为1.50mm、 0.90mm、 0.40mm，于是相邻两锚头之间两个桩段的桩土相对位移分别为 1.20mm、 0.65mm。
权利要求
1.一种测量基桩桩身内力及断面位移的方法，其特征在于具体步骤如下首先，在桩身按纵向预埋套管或直接在桩身纵向钻孔，在套管或钻孔内安装测量系统；该测量系统由锚头、多点位移计、接长杆及压力管组成；多点位移计一端直接连接在锚头上，另一端与一接长杆一端相连，该接长杆另一端与另一锚头直接连接；通过压力管加压使得锚头膨胀，进而固定在套管或钻孔内；当锚头被固定以后，多点位移计通过接长杆测量相邻两个锚头位置之间的竖向变形；根据实测相邻两个锚头之间的位移变形，计算该分段桩身平均轴向应变，推算锚头埋设断面的轴向应变，然后利用混凝土弹性模量标定结果计算锚头埋设断面的桩身轴力；如果在桩端位置埋有锚头时，该埋设断面轴力就是桩端阻力；两相邻锚头埋设断面的轴力求出以后，再根据相邻两锚头之间桩的长度、桩横截面周长推算两锚头之间土层的侧摩阻力；根据桩顶竖向位移观测结果和所有相邻两个锚头位置之间的竖向变形，推算锚头埋设断面的竖向位移，推算相邻锚头之间桩段竖向位移，建立起桩土相对位移与桩侧摩阻力关系，从而实现桩身内力及断面竖向位移测量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于具体操作步骤如下(1) 在制桩时埋设套管或基桩施工完毕后直接在桩身钻孔；套管或钻孔轴线平行于 桩身纵轴线，且沿横截面中心轴线方向对称布置；(2) 依据试桩所在场地的岩土工程勘察报告、施工记录、地区经验及设计要求设置 锚头数量及其埋设断面位置；(3) 将若干锚头、多点位移计及接长杆组成的测量系统在试验现场连接组装，经调 试正常后插入套管或钻孔内至设定的位置，同时将压力管及多点位移计电缆通过锚头引出 至地面便于操作与观测的位置；(4) 在地面上操纵加压设备，将压力通过压力管传至锚头，使得锚头受力膨胀，对 套管管壁或钻孔孔壁施加足够的锚固力，使两者之间应紧密接触，牢固结合；(5) 安装基桩竖向静荷载试验仪器、设备，静载试验开始后按照常规方法记录荷载 大小以及桩顶竖向位移；(6) 在某级荷载作用下位移稳定，施加下一级荷载以前，记录某级荷载下的多点位 移计读数，计算相邻两个锚头位置之间的桩身竖向变形量AD;(7) 相邻两锚头之间桩段的长度丄已知，计算两个锚头位置之间的桩身平均竖向应 变〃 推算出锚头埋设断面桩身混凝土的竖向应变￡;(8) 依据桩身混凝土弹性模量标定结果计算锚头埋设断面的桩身轴力A^4'￡*e，推算出相邻两锚头之间的轴力差AA^Viw—iVi; M为第i个锚头的所在断面的 桩身轴力，根据轴力差AAT以及相邻两锚头之间桩的长度Z、桩的横截面周长C，计算桩 侧各土层的分层摩阻力/= A7V/CX;(9)根据某级荷载下桩顶竖向位移大小及相邻两锚头之间的竖向变形量S，计算第i 个锚头埋设断面i的竖向位移&=5— ( A^为第j+1个锚头与第j个锚头之间桩身竖向变形量，j=l， 2，…，i-l，计算相邻两锚头之间桩段的竖向 位移S二0.5X 建立桩土相对位移S'与桩侧土层摩阻力/两者之间的关系。
全文摘要
本发明属于土木工程中桩基质量检测技术领域，具体为一种在基桩静荷载试验中测量桩身内力及断面位移的方法。该方法首先在桩身按纵向预埋套管或直接在桩身纵向钻孔，在套管或钻孔内安装测量系统。该测量系统由锚头、多点位移计、接长杆及压力管组成。通过压力管加压使锚头膨胀，进而固定在套管或钻孔内。当锚头被固定以后，多点位移计通过接长杆测量相邻两个锚头位置之间的竖向变形，并根据桩顶竖向位移观测结果和所有相邻两个锚头位置之间的竖向变形，推算桩侧各土层的分层摩阻力、桩端支承力及锚头埋设断面的竖向位移，建立起桩土相对位移与桩侧摩阻力关系，从而实现桩身内力及断面竖向位移测量。本发明测试准确度高、可靠性好，可替代传统的利用应变式或钢弦式传感器及位移杆来测试桩身内力及断面竖向位移的方法。
文档编号E02D33/00GK101638902SQ200910056699
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者姜卫方, 飞 高 申请人:飞 高