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高应变拟合法确定预应力管桩的承载力 郑永龙， 马骥 （芜湖市建科工程技术咨询检测有限责任公司，安徽芜湖 ２４１０００） 摘要：文章以预应力管桩竖向抗压承载力测试为例，给出了高应变动力试桩中的激振、数据采集、模型建立、曲线拟合及基桩承 载力确定方法 对基桩测试工作有一定的参考价值。 关键词：预应力管桩；高应变；实测曲线拟合法 中图分类号：ＴＵ４７３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８１ ｆ ２００７）ｏｌ一００７９—０２ 预应力管桩的承载力检测，主要有静载试验和高 产生一定的贯入度ｎ］，同时在桩中产生应力波，由测 应变试验。静载试验周期长，耗资大；而高应变试验 试截面处的传感器获取实测力曲线和实测速度曲线。 时间短，经济效益好。本文以芜湖市某厂房３６ 桩为 测试仪器为ＺＫ－７Ｅ２基桩动测仪。 例，对高应变动力试桩测试曲线进行拟合分析，确定 由两个工具式应变传感器测得的两条应变曲线 预应力管桩竖向抗压承载力，作为这种类型桩承载力 ｅ （ ）和￡ｚ（ ）计算测试截面处的两条力曲线，即 验收的依据。 Ｆ （ ）一慨 （ ）， —ｌ，２ （１） １场地工程地质概况 其中，Ａ是测试截面处的桩身截面积；Ｅ是测试截面 处的桩身弹性模量，它由测试截面处桩身密度Ｐ和桩 第①层为杂填土。上部含植物根茎，夹碎砖、碎 身波速Ｃ按公式Ｅ—ｐＣ 计算。对两条力曲线取平 石等建筑垃圾，部分地区有粉煤灰回填，松散，不均 均，得实测力曲线 匀，饱水，厚度为２．３Ｏ～６．ｉ０ ｒｒｌ。 Ｆ （ ）一［Ｆ１（ ）＋Ｆ２（ ）］／２ （２） 第②层为粉质粘土。褐黄一灰黄色，可塑状，稍湿 对两个加速度传感器测得的两条加速度曲线 一湿，含少量Ｆｅ、Ｍｎ质氧化物结核，为芜湖常见的硬 ｎ （ ）和口 （ ）分别积分，得两条速度曲线 ｒ 壳层，稍有光滑，干强度中等，厚度为０．７Ｏ～３．４０ ＩＴＩ。 （ ）一Ｉ ｎ （￡）ｄｔ， —ｌ，２ （３） Ｊ ０ 第③层为淤泥质粉质粘土。灰～青灰色，流塑一软 对两条速度曲线取平均，得实测速度曲线 塑状，含腐植物，有机质含量较高，局部夹粉土及粉细砂， （ ）一Ｌ ｌ（ ）＋ ２（ ）］／２ （４） 饱水，稍有光滑，干强度中等，厚度为０．８０￣１２．３０ ｍ。 实测速度曲线Ｖ （ ）再乘以测试截面处桩身波 第④层为粉质粘土。青灰一褐黄色，硬塑状，含 阻抗Ｚ（Ｚ＝ＡｐＣ），得Ｚｖ （￡）曲线，习惯上也称之实 Ｆｅ、Ｍｎ质氧化物结核，光滑，干强度高，揭穿厚度一 测速度曲线，它与实测力曲线同量纲，两者一般显示 般在０．２０～８．２０ ｍ。 在同一张图上。 ３６ 桩为预应力管桩，桩径５００ ｉＹｌｍ，施工桩长 图ｌ是３６ 桩的高应变测试实测力曲线和实测 ｌ１．０ ｍ，混凝土标号设计值为Ｃ８０，持力层为第④层 速度曲线。图中实测力曲线和实测速度曲线初始段 粉质粘土。 重合，尾部归零，可见，现场测试符合要求＿２ｊ，为室内 ２高应变测试方法 拟合分析提供了质量保证。 在管桩桩顶放置一块木板，且在桩顶下１．５倍桩 ３高应变曲线拟合法 径处对称安装两个加速度传感器和两个工具式应变 ３．１高应变桩土系统模型 传感器。用吊车吊起重锤，自由下落冲击桩顶，使桩 把桩身分成Ｎ 段，使每段波传播时间相同，桩身 收稿日期：２００６—１】Ｏ３ 作者简介：郑永龙（１９７９一），男，湖南石门人，芜湖市建科工程技术咨询检测有限责任公司助理工程师． 《工程与建设’２００７年第２１卷第１期 ７９ 维普资讯 http://www.cqvip.com
ｏ ∞ ∞ ∞ ． Ｉ ；０ ２＼ 、———— ． ：。— ＼２、． Ｉ ： ｆｌ ｌ０ ：一１５ Ｌ｜ｃ １．力曲线 ２．运厦曲线 图１ ３６ 桩实测数据的时程曲线 各段采用线弹性模型，各段桩侧土和桩底土采用改进 的Ｓｍｉｔｈ模型 。第ｉ（ｉ一１，２，…，Ｎ ）段桩侧土静 阻力Ｒ 由最大静阻力Ｒ 、弹限（或称最大弹性变形） Ｑ 和Ｓｍｉｔｈ阻尼系数Ｊ 表示；桩底土静阻力Ｒ 由最 大静阻力Ｒ 、弹限Ｑ 和Ｓｍｉｔｈ阻尼系数Ｊ 表示；各 段桩侧土动阻力Ｒ 一Ｊ Ｒ ，其中， 是桩身第ｉ段 的振动速度；桩底土动阻力Ｒ曲一 ，其中 是桩 底截面的振动速度。由以上桩土参数按行波法进行 数值计算，得测试截面处的计算力曲线Ｆ （ｔ）或计算 速度曲线 （￡），计算公式见文献［４］。 ３．２高应变计算曲线与实测曲线的拟合 以实测速度曲线 （￡）作为边界条件，求得测试 截面处的计算力曲线Ｆ （ｔ），把Ｆ （ｔ）与实测力曲线 Ｆ （￡）进行对比，若两者差别较大，则修改桩土参数， 再求得测试截面处的计算力曲线Ｆ （ｔ），直到Ｆ （ｔ） 与实测力曲线Ｆ （ｔ）比较吻合。这就是高应变曲线 拟合的过程，它可由人工修改桩土参数进行，也可用 最优化法进行自动拟合。高应变拟合软件采用平岱 公司研制ＰＤＣ—ＣＭＰ软件，该软件中两种方法兼用， 其中自动拟合采用最优化法中的单纯形法。 由吻合较好时的计算力曲线Ｆ （ｔ）所采用的土 参数计算桩的竖向抗压承载力。它是各段桩侧土最 大静阻力Ｒ 与桩底土最大静阻力Ｒ 之和。 Ｒ 一＞：Ｒ ＋Ｒ （５） ｌ—ｌ 图２是３６ 桩高应变曲线拟合的最后结果。图 ２ａ中计算力曲线与实测力曲线吻合较好；图２ｂ为桩 身形状图；图２ｃ为各段桩侧土最大静阻力与桩底土 ８０ ｌ工程与建设》２００７年第２１卷第１期 最大静阻力。由（５）式确定３６ 竖向抗压承载力为 １ ５００ ｋＮ，该桩竖向抗压承载力特征值为６００ ｋＮ，满 足承载力要求。 ● Ｆ／ｋＮ ● ＿－０ ０ ｌ４０ ● 一 －－２ ● ● ● 一 ：．５ ● ● 一 ● ● 侧阻力：１ Ｏ９Ｏ ● 端阻力：４１０ ● 总阻力：ｌ ５０Ｏ ：一ｌ０ Ｌ／Ｃ 【ａＪ 图２ ３６ 桩高应变曲线拟合结果 对３ 桩做了动静对比试验。先用高应变拟合法 得出桩的竖向抗压承载力为１ ４５０ ｋＮ，而该桩竖向抗 压承载力特征值为８００ ｋＮ，未能满足设计要求，又做 了静载试验，得竖向抗压极限承载力为１ ４４０ ｋＮ。 高应变和静载试验都表明，该桩不满足设计要求。为 了查明原因，本工程做了补勘，结果显示，本桩的持力 层为可塑状的粉质粘土，没有达到预期的效果。通过 加大承台，弥补该桩承载力的不足。 ４ 结束语 用高应变曲线拟合法测试预应力管桩的承载力， 关键在于现场测试和室内拟合两个环节。现场测试 要掌握锤重和落高，以充分激发土阻力；注意传感器 的安装及仪器中测试参数的合理设置，要保证实测力 曲线和速度曲线具有较高的质量。室内曲线拟合要 了解场地工程地质情况，熟悉桩土理论模型参数的取 值，掌握人工拟合与自动拟合的技巧。经过近几年来 基桩检测的实际工作，在本地区有可靠的动静对比的 前提下，高应变动力试桩对预应力管桩承载力的检测 是一种行之有效的方法。 ［参考文献］ ［１］ＪＧＪ ｌＯ６—２００３，建筑基桩检测技术规范［ｓ］． ［２］ 王雪峰，吴世明．基桩动测技术［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９９． ［３］刘明贵，佘诗刚，汪大国．桩基检测技术指南［Ｍ］．北京：科学出 版社，１９９５． ［４］徐攸在．桩的动测新技术［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， ００
