PRC 管樁高應變測試信號分析研究

秦文祁 陳侃

中國一冶集團有限公司 湖北武漢 430000

1 工程實例

龍鳳山公園工程棧橋基礎采用PRC-500D125 型管樁，總樁數521 根，樁身混凝土強度等級C60，承載力特征值400kN，每樁抗拔力為80kN,要求樁端全截面進入為中風化泥巖不小于2 米。根據野外地質調查，鉆探巖芯鑒定，原位測試及與鄰近場地資料對比，依據巖土的年代、巖性、巖土結構、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層為第四系全新統黏土層，第③層為白堊系上統跑馬崗組泥質粉砂巖風化層，第④層二疊系中風化石灰巖層。

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

高應變測試前,先進行低應變樁身完整性檢測，典型低應變時域曲線和高應變單邊速度曲線如圖1-圖3，可以看出低應變時域曲線2L/c 時刻前無缺陷反射波，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，高應變原始信號準確可靠。

2 成果分析

力的時程波形用應變式傳感器量測樁身應變后換算成力信號，樁身內力F=С2ρεA 式中С-測點處樁身應力波傳播速度（m/s）ρ-樁身材料質量密度（kg/m3）ε-樁身應變A-樁身測點處截面積（m2）應變ε 通過實測得到，對同一PRC 樁型A 和ρ可認為是常量，測點處應力波速度С 不易測定，通常用整樁平均波速代替測點處波速。為確定高應變測試的平均波速值，本文分別將低應變測定的波速Z11=3980m/s、Z16=3930m/s、Z7=4042m/s 代入高應變分析軟件，可以看出當Z11 單邊速度曲線Vmax=0.5時，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，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 時速度曲線正向反射峰值明顯大于Vmax=1.5 時。

如果直接將高應變測試速度曲線正向反射峰值認為是樁底反射，樁端阻力發揮越充分，計算出的波速值會越低，這就會產生誤判，擬合計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，導致承載力測試結果偏小。樁頂受錘擊力作用產生的應力波，遇到樁側土摩阻力將產生上行的壓力波和下行的壓力波，數值分別為摩阻力的一半，上行的壓力波使測點處力和速度波形分開，距離在數值上正好是樁側摩阻力值。土阻力越大，力和速度分開的距離就越大。

對比Z11 和Z7 高應變信號可以看出，當錘擊力較小，貫入度較小時，Z11 樁側土阻力未充分發揮，無樁端阻力，樁身淺部土阻力在激發的樁身土阻力占比較大，曲線形態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。當錘擊力增加時，貫入度較大時，Z7 樁側土阻力激發較充分，樁端阻力部分激發，曲線形態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 結語

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