PRC管樁高應(yīng)變測(cè)試信號(hào)分析研究

李 戟 （黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

0 前言

在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中加入一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，形成一種新型混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PRC樁），由于擠土作用，PRC管樁承載力比同直徑的鉆孔灌注樁和人工挖孔樁高，并具有施工環(huán)境污染小、樁身質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，在房地產(chǎn)、港口和市政等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

樁身等阻抗是高應(yīng)變CASE法基本假定之一[1]，PRC管樁具有樁身等截面、強(qiáng)度高、材質(zhì)均勻等特性，符合高應(yīng)變測(cè)試?yán)碚撃Ｐ停^灌注樁等樁型更適應(yīng)于高應(yīng)變測(cè)試，采集到的信號(hào)清晰、干擾小，重復(fù)性好。由于公開(kāi)刊物中，高應(yīng)變實(shí)測(cè)波速曲線較少，本文結(jié)合工程實(shí)例，列舉不同激發(fā)狀態(tài)下的高應(yīng)變波速曲線，通過(guò)分析測(cè)試信號(hào)，合理選定擬合時(shí)的波速值，從而提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 工程實(shí)例

某工程基礎(chǔ)采用PRC-Ⅱ-500 AB100型管樁，總樁數(shù)66根，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)36m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60，承載力特征值1278kN，樁頂標(biāo)高-3.20 m。場(chǎng)地高程65.86m，地層在45m深度內(nèi)自上而下分述如下。

第（1）層粉土（Q4al）：灰色粉土，飽和，松散～稍密，局部含粉砂有機(jī)質(zhì)。層厚25.00m，層底埋深25.00m。夾（1）-1層粉砂透鏡體：灰黃色粉砂，飽和，稍密，含粉土，巖心呈柱狀。該層層厚1.70m～2.30m，層底埋深19.50m。

第（2）層粉土夾粉質(zhì)粘土（Q3-4al）：淺灰色，灰色粉土，飽和，稍密，夾粉質(zhì)粘土，厚度11.40m～12.67m，層底埋深36.40m～37.00m，平均36.70m。

極限側(cè)阻力及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值表 表1

第（3）層粉砂（Q3al）：灰黃色粉砂，飽和，中密。局部夾有少量粉土。該層厚度4.50m～6.20m，層底埋深 41.50m～42.60m，平均42.05m。

第（4）層粉質(zhì)粘土（Q3al）：褐黃色粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑，濕，刀切面光滑，巖心呈樁狀，層底埋深45.00m，該層未揭穿。

對(duì)工程樁進(jìn)行高應(yīng)變測(cè)試，在距樁頂1m處對(duì)稱安裝兩個(gè)應(yīng)變式力傳感器和加速度傳感器[2]，錘重3t，落距0.5m～1.2m。高應(yīng)變測(cè)試前，先進(jìn)行低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)，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(wú)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(zhǎng)處有明顯的正向反射信號(hào)，表明錘擊沒(méi)有偏心，高應(yīng)變?cè)夹盘?hào)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(cè)樁身應(yīng)變后換算成力信號(hào)，樁身內(nèi)力F=С2ρεА

式中С—測(cè)點(diǎn)處樁身應(yīng)力波傳播速度（m/s）

圖1 Z11低應(yīng)變測(cè)試時(shí)域曲線

圖2 Z16低應(yīng)變測(cè)試時(shí)域曲線

圖3 Z7低應(yīng)變測(cè)試時(shí)域曲線

圖4 Z11單邊速度曲線

圖5 Z16單邊速度曲線

圖6 Z7單邊速度曲線

圖7 N4單邊速度曲線

圖8 N4單邊速度曲線（提高落距）

圖9 Z11速度力曲線

圖10 Z7速度力曲線

ρ—樁身材料質(zhì)量密度（kg/m3）

ε—樁身應(yīng)變

А—樁身測(cè)點(diǎn)處截面積（m2）

應(yīng)變?chǔ)磐ㄟ^(guò)實(shí)測(cè)得到，對(duì)同一PRC樁型А和ρ可認(rèn)為是常量，測(cè)點(diǎn)處應(yīng)力波速度С不易測(cè)定，通常用整樁平均波速代替測(cè)點(diǎn)處波速[3]。

為確定高應(yīng)變測(cè)試的平均波速值，本文分別將低應(yīng)變測(cè)定的波速Z11=3980m/s、Z16=3930m/s、Z7=4042 m/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(zhǎng)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(zhǎng)。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(cè)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(cè)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(huì)越低，這就會(huì)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(huì)引起20%力的誤差，導(dǎo)致承載力測(cè)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(cè)點(diǎn)處力和速度波形分開(kāi)，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(kāi)的距離就越大[4][5]。

對(duì)比Z11和Z7高應(yīng)變信號(hào)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(wú)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(hào)明顯高于速度信號(hào)，安裝傳感器處二者分開(kāi)距離較大，2L/c附近信號(hào)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(hào)略高于速度信號(hào)，樁身下部力信號(hào)與速度信號(hào)分開(kāi)較大，2L/c附近信號(hào)略微分開(kāi)，如圖10所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)不同激發(fā)狀態(tài)下高應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線的分析對(duì)比，可以使檢測(cè)人員對(duì)PRC管樁高應(yīng)變測(cè)試信號(hào)有直觀的認(rèn)識(shí)，并對(duì)高應(yīng)變測(cè)試土阻力激發(fā)過(guò)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(guò)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(hào)來(lái)確定波速，然后提高落距，增加貫入度，充分激發(fā)樁側(cè)和樁端阻力，獲得較準(zhǔn)確的極限承載力值。