专利名称：预应力管桩现场静载试验桩身应变/应力检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木工程的桩身应变/应力检测技术领域，具体是指预应力管桩现 场静载试验桩身应变/应力检测方法及装置。
背景技术：
预应力管桩(通常是指混凝土管桩)作为房屋建筑结构和桥梁结构等土木工程的 基础，在工程中的应用越来越广泛，但由于桩的受力机理受到桩的工艺、土的特性、桩 的材料性能、桩的几何特征、荷载等众多因素的影响，即使在竖向荷载或水平荷载作用 下的单桩，其向周围土体传递应力的机理至今尚未完全弄清。预应力管桩的现场静载试 验作为判定桩的承载力的有效方法之一，在实际工程以及研究中得到很好的应用。预应力管桩的现场静载试验一般包括竖向荷载静载试验和水平荷载静载试 验。现有的预应力管桩的现场静载试验检测技术一般可分为如下的常用检测技术和改良 检测技术。1、常用检测技术对于竖向荷载静载试验，通过压力传感器或千斤顶的油压读数读取竖向荷载的 荷载值，通过安装在桩顶的位移传感器读取桩顶的竖向位移值。对于水平荷载静载试 验，同样也是通过压力传感器或千斤顶的油压读数读取水平荷载的荷载值，通过安装在 桩顶的位移传感器读取桩顶的水平位移值。常用检测技术通过获取的荷载值和桩顶的位移值可以按照相关规定确定预应力 管桩的承载力，在实际工程中广泛应用于已施工预应力管桩的承载力的检测，但该法存 在以下缺点(1)无法确定桩的侧摩阻力分布情况和端阻力大小预应力管桩的承载力由桩 侧摩阻力和桩端阻力构成。桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递 过程。当竖向荷载逐步施加于桩顶时，桩身压缩产生了向下位移，与此同时桩侧表面受 到土的向上摩阻力，桩身荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传到桩周土层中，致使桩身 荷载和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移为零处，其摩阻力尚未开始发挥作用 而等于零。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力亦随之调动起 来，桩端也因此出现竖向位移而产生桩端阻力。桩端阻力加大了桩土相对位移，从而使 桩侧摩阻力进一步发挥出来。现有的检测技术通常只能获得竖向静荷载试验时桩的竖向 荷载和桩顶竖向位移以及相关关系、水平荷载静载试验时桩的水平荷载和桩顶水平位移 以及相关关系，无法较精确地获得在荷载作用下沿桩身分布的应变(应力)关系、也无法 较精确地确定桩侧摩阻力的分布情况和桩端阻力大小。(2)无法合理地探究桩的受力特性和应力传递机理预应力管桩在实际工程中 虽然得到广泛的应用，但在不同土层、不同持力层、不同桩长等条件下的受力特性和应 力传递机理尚未完全清楚，仍有待于进一步的研究，现有的检测技术所获得的竖向(水 平)荷载和桩顶的竖向(水平)位移关系的实测数据不能满足研究该管桩受力特性和应力传递机理的要求。2、现有的改良检测技术在预应力管桩中埋置应变计可以获得荷载和对应的沿桩身分布的应变(应力)关 系。在前述的常用检测技术中增加沿桩身分布的应变值测定，不仅可以获得竖向(水平) 荷载和桩顶的竖向(水平)位移关系的实验数据，同时还可以获得荷载和沿桩身分布的应 变(应力)关系、从而确定桩的侧摩阻力分布情况和桩端阻力大小，探究桩的受力特性和 应力传递机理。由于预应力管桩的特殊制造工艺，管桩制作中应变计的埋置较为复杂， 现有的管桩试验中，桩身应变分布的检测技术有以下两种(1)在管壁预埋钢板，打桩前再把应变片粘贴在钢板上，导线顺着管壁上预留的 孔穿入管桩内。此种方法只能预埋应变片，不能预埋应力计或者应变计。而且，在打桩 的过程中应变片容易损坏。在水平荷载作用下，贴片处刚度的突变也可能会影响到管桩 的承载性能。(2)在管桩打入土中后，将带有应变片的钢筋笼放入管桩中，然后用细石混凝土 填充。这种方法比较方便，但回填的钢筋混凝土对管桩的刚度有较大的改变，从而使试 验得到的桩身压缩量和桩顶沉降性状很难接近工程实际。这两种改良的检测技术还具有以下的缺点由于管桩的内径较小，同一个截面 的两个应变计的间距较短，计算弯矩时误差较大。同样，刚度的改变对桩的水平荷载承 载性能有很大的影响，不能很好的体现管桩的水平承载性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种预应力管桩现场 静载试验桩身应变/应力检测方法，其检测精度高、操作便利、经济性好。本发明的再一目的在于提供实现上述预应力管桩现场静载试验桩身应变/应力 检测方法的装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本预应力管桩现场静载试验桩身 应变/应力检测方法，其步骤包括(1)预应力管桩中应变计的预埋置，具体为在预应力管桩的制作之前，在钢 筋笼里预先埋入带有应变计的附加钢筋；连接应变计的导线沿附加钢筋引到钢筋笼近端 部并引入至管腔中心固定在预先设置的固定装置上；将埋置有带应变计的附加钢筋的钢 筋笼放入预应力管桩制作的钢模具内；按正常的生产工艺制作预应力管桩后，不采用蒸 压养护，将脱模后的预应力管桩自然养护或水养护至达到设计要求的混凝土强度等级；(2)预应力管桩的打桩过程导线的引出，具体为打桩的过程中，每节管桩的 所有导线都绑在该节管桩近顶部预先设置固定装置上；接桩时，先用绳子把下一节桩 的所有需要接长的导线从管腔拉到上面一节桩的固定装置上固定，然后吊桩，接线，接 桩；在桩顶处设置两块预先切出槽口的端头板，试验桩的所有导线从此引出，以避免打 桩时对导线的损伤；(3)现场静载试验时的数据采集与数据分析，具体为在静载试验时，通过安 装在外部加载设备上的压力传感器获取竖向或水平荷载的荷载值，通过安装在桩顶的位 移传感器可获取桩顶的竖向或水平位移值，通过预埋的应变计可获取沿桩身不同位置的应变值，所有数据可通过常规的数据采集系统来采集，所述数据通过电脑进行数据分 析，得到最终的检测结果，从而完成本预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检 测。实现上述预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测方法的装置，包括带 有应变计的附加钢筋、导线、压力传感器、位移传感器、数据采集系统、电脑，所述有 带应变计的附加钢筋预埋置在各节预应力管桩的钢筋笼内，连接所述应变计的导线沿附 加钢筋引到钢筋笼近端部并加以固定，即每节预应力管桩的所有导线穿经管桩桩壁并临 时固定在该节预应力管桩近顶部；接桩后，各节预应力管桩的所有导线都穿经管桩内腔 从桩顶处引出；所述所有导线与所述数据采集系统连接，所述压力传感器安装在外部加 载设备上，所述位移传感器安装在桩顶；所述数据采集系统与电脑连接。为更好地实现本发明，所述应变计采用电阻式应变计、振弦式应变计或埋入式 应变计。所述各节预应力管桩近顶部预设有固定装置，每节管预应力管桩的所有导线都 绑在所述固定装置上。所述固定装置包括第一固定装置、第二固定装置，所述第一固定装置为十字径 向钢筋，其与钢筋笼的箍筋焊接，在浇捣混凝土后锚固在管桩内壁的混凝土中；为了避 免引出导线位置在打桩过程中引起应力集中，第一固定装置距离桩顶Im 2m位置处； 所述第二固定装置也为十字径向钢筋，其设置在距离桩顶0.2m 0.4m位置处，所述第 一固定装置和第二固定装置通过钢筋焊接成一个整体，导线从第一固定装置沿着钢筋引 到第二固定装置固定，从而避免在预应力管桩制作离心旋转过程导线被卷进桩壁混凝土 中。所述桩顶设置有两块预先切出槽口的端头板，试验时所有导线从所述端头板的 槽口处引出。所述数据采集系统是多测点静态应变测试系统，该系统可完成自动平衡、采样 控制、自动修正、数据存贮。本发明相对于现有技术具有以下突出优点和显著效果1、本桩身应变(应力)检测技术很好地解决了预应力管桩现场静载试验时桩身 应变(应力)无法精确测定的难题；2、桩身应变计的埋设简单，可操作性强；3、由竖向荷载静载试验获得的竖向荷载值、桩顶的竖向位移值和沿桩身的应变 值，可以方便地计算出任一深度ζ的桩侧摩阻力；4、由水平荷载静载试验获得的水平荷载值、桩顶的水平位移值和沿桩身的应变 值，可以方便地计算出任一深度ζ的桩身弯矩、挠度和地基系数；5、本桩身应变(应力)检测技术可以应用于对预应力管桩承载力的准确评估， 同时为研究预应力管桩的受力特性和应力传递机理提供有效的试验手段。
图1是本发明预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置的结构示意 图2是图1所示带有应变计的附加钢筋的结构示意图；图3是图1中B-B向所示第一固定装置的结构示意图；图4是图1中A-A向所示桩顶处设置的端头板的结构示意图；图5是本发明预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测方法的工艺流程 图；图6是第一固定装置、第二固定装置设置与钢筋笼近顶部连接的结构示意图；图7是将埋置有带应变计的附加钢筋的钢筋笼放入预应力管桩制作的钢模具内 的结构示意图；图8是已脱模的埋置有应变计的预应力混凝土管桩外观示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限 于此。如图1所示，本预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，包括带有 应变计1的附加钢筋2、导线3、压力传感器、位移传感器、数据采集系统4、电脑11。 如图1、2、6、7、8所示，带有应变计1(应变计1类型包括电阻式应变计、振弦式应变 计或埋入式应变计)的附加钢筋2预埋置在各节预应力管桩5的钢筋笼6内，连接所述应 变计1的导线3沿附加钢筋2引到钢筋笼6近端部并加以固定，即每节预应力管桩5的所 有导线3穿经管桩桩壁并临时固定在该节预应力管桩5近顶部；接桩后，各节预应力管桩 5的所有导线3都穿经管桩内腔从桩顶处引出；所述所有导线3与所述数据采集系统4连 接，所述压力传感器安装在外部的加载设备上，所述位移传感器安装在桩顶，所述数据 采集系统与电脑连接。所述数据采集系统采集到的数据再通过数据分析电脑11进行分析 处理。所述数据采集系统是多测点静态应变测试系统(可以采用型号为3816数据采集 系统)，该系统可完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮。如图1、3、6、7所示，所述各节预应力管桩5近顶部预设有固定装置，每节管 预应力管桩5的所有导线3都绑在所述固定装置上。所述固定装置包括第一固定装置 7-1、第二固定装置7-2，所述第一固定装置7-1为十字径向钢筋，其与钢筋笼6的箍筋焊 接，在浇捣混凝土后锚固在管桩内壁的混凝土中；为了避免引出导线位置在打桩过程中 引起应力集中，第一固定装置7-1距离桩顶Im 2m位置；所述第二固定装置7_2也为 十字径向钢筋，其设置在距离桩顶0.2m 0.4m位置，所述第一固定装置7_1和第二固定 装置7-2通过钢筋10焊接成一个整体，导线从第一固定装置沿着钢筋引到第二固定装置 固定，从而避免在预应力管桩制作离心旋转过程导线被卷进桩壁混凝土中。如图4所示，所述桩顶设置有两块预先切出槽口 8-1的端头板8，竖向静载试验 时所有导线3从所述端头板8的槽口 8-1处引出。如图5所示，本预应力管桩现场静载试验桩身应变/应力检测装置的检测流程， 包括以下具体步骤(1)预应力管桩5中应变计1的预埋置，如图2、6所示，具体为在预应力管 桩5的制作之前，在钢筋笼6里预先埋入带有应变计1的附加钢筋2 ；连接应变计1的导
6将式(6)代入式(2)中，可得:
线3沿附加钢筋2引到钢筋笼6近端部并引入至管腔中心固定在预先设置的第一固定装置 7-1、第二固定装置7-2上；如图7所示，将埋置有带应变计1的附加钢筋2的钢筋笼6 放入预应力管桩制作的钢模具9内；按正常的生产工艺制作预应力管桩5后，不采用蒸压 养护，将脱模后的预应力管桩5自然养护或水养护至达到设计要求的混凝土强度等级， 如图8所示；(2)预应力管桩5的打桩过程导线3的引出，如图1、3、6具体为打桩的过程 中，每节管桩5的所有导线3都绑在该节管桩5近顶部预先设置的第一固定装置7-1、第 二固定装置7-2上；接桩时，先用绳子把下一节桩5的所有导线3从管腔拉到上面一节 桩5的第一固定装置7-1、第二固定装置7-2上固定，然后吊桩，接线，接桩；如图4所 示，在桩顶处设置两块预先切出槽口 8-1的端头板8，试验桩的所有导线3从此引出，以 避免打桩时对导线3的损伤；(3)现场静载试验时的数据采集，如图1、4所示，具体为在静载试验时，通 过安装在加载设备上的压力传感器可获取竖向或水平荷载的荷载值，通过安装在桩顶的 位移传感器可获取桩顶的竖向或水平位移值，通过预埋的应变计1可获取沿桩身不同位 置的应变值，所有数据可通过数据采集系统4来采集，所述数据通过电脑11进行数据 分析，得到最终的检测结果，从而完成本预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检 测。根据上述步骤(3)的检测结果，可以进行以下计算处理1、竖向荷载静载试验时桩侧摩阻力的计算竖向荷载下桩-土体系荷载传递的过程可简单描述为桩身位移S(Z)和桩身荷 载Q(Z)随深度递减，桩侧摩阻力τ (ζ)自上而下逐步发挥。Q(Z)、S(Z)、τ (ζ)三者间 的关系可通过数学表达式加以描述。取深度ζ处的微小桩段dz，由力的平衡条件可得τ (z) Udz+Q (z)+dQ (z) = Q (ζ) (1)即
权利要求
1.预应力管桩现场静载试验桩身应变/应力检测方法，其特征在于包括以下步骤(1)预应力管桩中应变计的预埋置，具体为在预应力管桩的制作之前，在钢筋笼 里预先埋入带有应变计的附加钢筋；连接应变计的导线沿附加钢筋引到钢筋笼近端部并 引入至管腔中心固定在预先设置的固定装置上；将埋置有带应变计的附加钢筋的钢筋笼 放入预应力管桩制作的钢模具内；按正常的生产工艺制作预应力管桩后，不采用蒸压养 护，将脱模后的预应力管桩自然养护或水养护至达到设计要求的混凝土强度等级；(2)预应力管桩的打桩过程导线的引出，具体为打桩的过程中，每节管桩的所有 导线都绑在该节管桩近顶部预先设置固定装置上；接桩时，先用绳子把下一节桩的所有 需要接长的导线从管腔拉到上面一节桩的固定装置上固定，然后吊桩，接线，接桩；在 桩顶处设置两块预先切出槽口的端头板，试验桩的所有导线从此引出；(3)现场静载试验时的数据采集，具体为在静载试验时，通过安装在加载设备上 的压力传感器获取竖向或水平荷载的荷载值，通过安装在桩顶的位移传感器获取桩顶的 竖向或水平位移值，通过预埋的应变计获取沿桩身不同位置的应变值，所有数据通过常 规的数据采集系统来采集，所述数据通过电脑进行数据分析，得到最终的检测结果，从 而完成本预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测。
2.预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，其特征在于包括带有 应变计的附加钢筋、导线、压力传感器、位移传感器、数据采集系统、电脑，所述有带 应变计的附加钢筋预埋置在各节预应力管桩的钢筋笼内，连接所述应变计的导线沿附加 钢筋引到钢筋笼近端部并加以固定，即每节预应力管桩的所有导线穿经管桩桩壁并临时 固定在该节预应力管桩近顶部；接桩后，各节预应力管桩的所有导线都穿经管桩内腔从 桩顶处引出；所述所有导线与所述数据采集系统连接，所述压力传感器安装在加载设备 上，所述位移传感器安装在桩顶，所述数据采集系统与电脑连接。
3.根据权利要求2所述的，预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，其 特征在于所述应变计采用电阻式应变计、振弦式应变计或埋入式应变计。
4.根据权利要求2所述的，预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，其 特征在于所述各节预应力管桩近顶部预设有固定装置，每节管预应力管桩的所有导线 都绑在所述固定装置上。
5.根据权利要求4所述的，预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，其 特征在于所述固定装置包括第一固定装置、第二固定装置，所述第一固定装置为十字 径向钢筋，其与钢筋笼的箍筋焊接，在浇捣混凝土后锚固在管桩内壁的混凝土中；第一 固定装置距离桩顶Im 2m位置；所述第二固定装置也为十字径向钢筋，其设置在距离 桩顶0.2m 0.4m位置，所述第一固定装置和第二固定装置通过钢筋焊接成一个整体，导 线从第一固定装置沿着钢筋引到第二固定装置固定。
6.根据权利要求2所述的，预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，其 特征在于所述桩顶设置有两块预先切出槽口的端头板，所有导线从所述端头板的槽口 处引出。
7.根据权利要求2所述的，预应力管桩现场静载试验的桩身应变/应力检测装置，其 特征在于所述数据采集系统是多测点静态应变测试系统，该系统用于完成自动平衡、 采样控制、自动修正、数据存贮。
全文摘要
本发明公开了一种预应力管桩现场静载试验桩身应变/应力检测方法，是指预应力管桩中应变计的预埋置和预应力管桩的打桩过程导线的引出。在预应力管桩的制作前，在钢筋笼里预先埋入带有应变计的附加钢筋，连接应变计的导线顺着附加钢筋引到钢筋笼的近端部并加以固定，将埋置有带应变计的附加钢筋的钢筋笼放入预应力管桩制作的钢模具内，按除高压蒸气养护外的正常生产工艺制作预应力管桩；打桩中每节管桩的所有导线绑在该节管桩近顶部的固定装置上，接桩时用绳子把下节桩的所有导线从桩腔拉到上面一节桩的固定装置上固定，从桩顶预先开设槽口的桩顶端头板引出导线。本发明适用于土木建筑工程领域，操作简便、精度高、经济好。
文档编号E02D5/58GK102011415SQ20101052268
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者周万清, 杨春, 林奕禧, 蔡健, 陈庆军, 黄春晓, 黄良机 申请人:华南理工大学, 珠海市建设工程质量监督检测站