CN105735374B - 一种高应变法测试桩的承载力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高应变法测试桩的承载力的方法，包括三个步骤：步骤1.仪器设备安装；步骤2.数据采集；步骤3.桩的承载力计算。具体通过在桩身等间距布置串列式的应变计和加速度传感器，采用重锤敲击桩顶，测试桩身不同位置处的应变和速度，根据测得的桩身不同位置处的应变，可计算得到桩身各段的总摩阻力和桩端总端阻力，根据测得的桩身不同位置处的速度，可计算得到桩身各段的动摩阻力和桩端动端阻力，桩身各段的总摩阻力与动摩阻力之差即为静摩阻力、桩端总阻力与动阻力之差即为桩端静端阻力，最后将所求得的静摩阻力和桩端静端阻力累加，即得到桩的极限承载力，本发明提出的方法能够避免传统拟合法的不确定性对测试结果的影响，获得桩的实际承载能力。

Description

一种高应变法测试桩的承载力的方法

技术领域

本发明属于工程检测领域，具体涉及一种土木工程检测领域用于桩基承载力测试的方法。

技术背景

作为一种桩的承载力测试方法，高应变测试法因其方便快捷、无需堆载等优点而得到广泛应用。测试时，采用重锤敲击桩顶使桩产生足够的贯入度，通过安装在桩侧的加速度传感器和应变传感器实测桩顶的速度和力时程曲线，进而通过室内拟合的方式得到桩的承载力。但是，由于实测曲线仅包括桩顶的速度和力时程曲线，室内拟合时存在很大的不确定性，即使相同的测试曲线，不同的人进行拟合得到的桩的承载力也会差别很大，从而很难得到桩的实际承载力情况，所得结果的可靠性也大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于克服现有高应变法测试桩的承载力时存在的问题，并提供一种高应变法测试桩的承载力的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高应变法测试桩的承载力的方法，包括如下步骤：

步骤1.仪器设备安装：在桩身等间距布置串列式的应变计和加速度传感器，并将其分别连接于应变测试仪和加速度测试仪；

步骤2.数据采集：采用重锤敲击桩顶，利用应变测试仪测试桩身不同位置处的应变信号，同时利用加速度测试仪测试桩身不同位置处的加速度信号并转换成速度信号；

步骤3.桩的承载力计算：根据测得的桩身不同位置处的应变，计算得到桩身各段的总摩阻力和桩端总端阻力；根据测得的桩身不同位置处的速度，计算得到桩身各段的动摩阻力和桩端动端阻力，桩身各段的总摩阻力与动摩阻力之差即为静摩阻力，桩端总阻力与动阻力之差即为桩端静端阻力，最后将所求得的静摩阻力和桩端静端阻力累加，即得到桩的极限承载力。

该方法通过在桩身等间距布置串列式的应变计和加速度传感器，分别测试重锤敲击过程中桩身不同位置处的应变和速度，进而可通过直接计算的方法得到桩的承载力，能够很好地避免传统拟合法的不确定性对测试结果的影响，获得桩的实际承载能力。

所述的步骤1可具体采用如下方法：

1-1.下放钢筋笼时，沿桩身通长对称布置两根钢管，并保证均处于竖直状态；

1-2.根据桩的总长度制作串列式应变计和串列式加速度传感器，待桩身混凝土浇筑完毕之后，将N+1个串列式应变计和N个串列式加速度传感器分别放置于两根钢管内，相邻应变计之间及加速度传感器之间的距离为1～2米；其中串列式应变计自上而下编号分别为0，1，2，……，i-1，i，……，N-1，N，串列式加速度传感器自上而下编号分别为1，2，……，i，……，N，最下端的应变计和加速度传感器均位于桩端处，随后在钢管内浇筑配制好的水泥浆液将串列式应变计和加速度传感器密封在钢管内；

所述的步骤2可具体采用如下方法：

2-1.待桩身混凝土强度达到高应变测试要求时，在桩顶面钢管口与桩身外延之间切割出一条具有一定深度的窄缝，通过窄缝将导线引出，应变计和加速度传感器分别连接在应变测试仪和加速度测试仪上；

2-2.在桩顶铺设一定厚度的干沙当作垫层，将重锤吊至一定高度后放下敲击桩顶，通过应变测试仪测试桩身不同位置处的应变信号，通过加速度测试仪测试桩身不同位置处的加速度信号并转换成速度信号。

所述的步骤3可具体采用如下方法：

3-1.第i(i＝1,2,…,N-1)段桩桩身静摩阻力计算

根据编号为i-1和i的应变计(两者之间的桩段即第i段桩)分别所测得的桩身应变ε_i-1和ε_i，可得第i段桩的总摩阻力f_i为：

f_i＝EAε_i-1-EAε_i

其中：E和A分别为桩的弹性模量和横截面积，均为已知量；

第i段桩的总摩阻力f_i包括动摩阻力f_di和静摩阻力f_si两部分，根据加速度传感器i测得的速度v_i，可得动摩阻力f_di为：

f_di＝v_iδ_iS_i

其中：S_i和δ_i分别为第i段桩桩侧表面积及桩侧土阻尼系数，前者为已知量，后者可据工程勘察资料得到；

据此可求得第i段桩的静摩阻力为：

f_si＝f_i-f_di＝EAε_i-1-EAε_i-v_iδ_iS_i

3-2.第N段桩桩身静摩阻力及桩端静端阻力计算

根据编号为N-1和N的应变计(两者之间的桩段即第N段桩)分别所测得的桩身应变ε_N-1和ε_N，可得第N段桩的总摩阻力f_N和桩端总端阻力f_b之和为：

f_N+f_b＝EAε_N-1-EAε_N

第N段桩(即靠近桩底位置处的一段)的总摩阻力f_N包括动摩阻力f_dN和静摩阻力f_sN两部分，桩端总端阻力f_b包括动端阻力f_bd和静端阻力f_bs两部分，根据编号为N的加速度传感器测得的速度v_N，可得第N段桩动摩阻力f_dN和桩端动端阻力f_bd分别为：

f_dN＝v_Nδ_NS_N；

f_bd＝v_Nδ_bS_b

其中：S_b和δ_b分别为桩端截面积和桩端土阻尼系数，前者为已知量，后者可据工程勘察资料得到；

据此可求得第N段桩的静摩阻力f_sN和桩端静端阻力f_bs之和为：

f_sN+f_bs＝EAε_N-1-EAε_N-v_Nδ_NS_N-v_Nδ_bS_b

3-3.在求得每段桩的静摩阻力和桩端静端阻力之后，可得桩的极限承载力为：

本发明的有益效果是：通过埋设串列式应变计和加速度传感器分别测量桩身不同位置处的应变和速度信号，进而通过直接计算的方法得到桩身各段的静摩阻力和桩端静端阻力，从而得到桩的承载力，很好地避免了传统高应变测试方法中因数据拟合的偶然性和随机性造成的测试结果的偏差，使得测试结果更加可靠。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的检测示意图。

图2是检测过程中桩顶窄缝凿设示意图。

图中：重锤1、桩顶面2、加速度测试仪3、应变测试仪4、地表面5、导线6、第二钢管7、第一钢管8、水泥浆液9、应变计10、加速度传感器11、窄缝12。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

一种高应变法测试桩的承载力的方法，包括如下步骤：

步骤1.仪器设备安装：在桩身等间距布置串列式的应变计10和加速度传感器11，并将其分别连接于应变测试仪4和加速度测试仪3。

该步骤具体如下：

1-1.下放钢筋笼时，沿桩身通长对称布置两根钢管，两根钢管分别位于桩身两侧，并均处于竖直状态。

1-2.待桩身混凝土浇筑完毕之后，将N+1个串列式应变计(由N+1个应变计10串联组成)置于其中第一钢管8内，将N个串列式加速度传感器(由N个加速度传感器11串联组成)放置于第二钢管7内。同一根钢管中，相邻应变计10之间及加速度传感器11之间的距离为1～2米。其中串列式应变计自上而下编号分别为0，1，2，……，i-1，i，……，N-1，N，串列式加速度传感器自上而下编号也分别为1，2，……，i，……，N，最下端的应变计10和加速度传感器11均位于桩端处，随后在钢管内浇筑配制好的水泥浆液9将串列式应变计10和加速度传感器11密封在钢管内。安装完毕的设备如图1所示。

步骤2.数据采集：采用重锤敲击桩顶，利用应变测试仪4测试桩身不同位置处的应变信号，同时利用加速度测试仪3测试桩身不同位置处的加速度信号并转换成速度信号。

该步骤具体如下：

2-1.如图2所示，待桩身混凝土强度达到高应变测试要求时，在桩顶面2两根钢管口与桩身外延之间均切割出一条具有一定深度的窄缝12，窄缝12深度以与导线6相匹配为宜，使导线6能够顺利引出。通过窄缝12将导线6引出，并将应变计10和加速度传感器11分别连接在应变测试仪4和加速度测试仪3上；

2-2.在桩顶铺设一定厚度的干沙当作垫层，具体厚度视实际情况而定。将重锤1吊至一定高度后放下敲击桩顶，通过应变测试仪4测试桩身不同位置处的应变信号，通过加速度测试仪3测试桩身不同位置处的加速度信号并转换成速度信号。加速度测试仪3、应变测试仪4放置于地表面5上。

步骤3.桩的承载力计算：根据测得的桩身不同位置处的应变，计算得到桩身各段的总摩阻力和桩端总端阻力；根据测得的桩身不同位置处的速度，计算得到桩身各段的动摩阻力和桩端动端阻力，桩身各段的总摩阻力与动摩阻力之差即为静摩阻力，桩端总阻力与动阻力之差即为桩端静端阻力，最后将所求得的静摩阻力和桩端静端阻力累加，即得到桩的极限承载力。

该步骤具体如下：

3-1.第i(i＝1,2,…,N-1)段桩桩身静摩阻力计算

根据编号为i-1和i的应变计10(两者之间的桩段即第i段桩)分别所测得的桩身应变ε_i-1和ε_i，可得第i段桩的总摩阻力f_i为：

f_i＝EAε_i-1-EAε_i

其中：E和A分别为桩的弹性模量和横截面积，均为已知量；

第i段桩的总摩阻力f_i包括动摩阻力f_di和静摩阻力f_si两部分，根据加速度传感器i测得的速度v_i，可得动摩阻力f_di为：

f_di＝v_iδ_iS_i

其中：S_i和δ_i分别为第i段桩桩侧表面积及桩侧土阻尼系数，前者为已知量，后者可据工程勘察资料得到；

据此可求得第i段桩的静摩阻力为：

f_si＝f_i-f_di＝EAε_i-1-EAε_i-v_iδ_iS_i

3-2.第N段桩桩身静摩阻力及桩端静端阻力计算

根据编号为N-1和N的应变计10(两者之间的桩段即第N段桩)分别所测得的桩身应变ε_N-1和ε_N，可得第N段桩的总摩阻力f_N和桩端总端阻力f_b之和为：

f_N+f_b＝EAε_N-1-EAε_N

第N段桩的总摩阻力f_N包括动摩阻力f_dN和静摩阻力f_sN两部分，桩端总端阻力f_b包括动端阻力f_bd和静端阻力f_bs两部分，根据编号为N的加速度传感器11测得的速度v_N，可得第N段桩动摩阻力f_dN和桩端动端阻力f_bd分别为：

f_dN＝v_Nδ_NS_N；

f_bd＝v_Nδ_bS_b

其中：S_b和δ_b分别为桩端截面积和桩端土阻尼系数，前者为已知量，后者可据工程勘察资料得到；

据此可求得第N段桩的静摩阻力f_sN和桩端静端阻力f_bs之和为：

f_sN+f_bs＝EAε_N-1-EAε_N-v_Nδ_NS_N-v_Nδ_bS_b

3-3.在求得每段桩的静摩阻力和桩端静端阻力之后，可得桩的极限承载力为：

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高应变法测试桩的承载力的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.仪器设备安装：在桩身分别等间距布置串列式的应变计和串列式的加速度传感器，并将其分别连接于应变测试仪和加速度测试仪；最下端的应变计和加速度传感器均位于桩端处；

步骤2.数据采集：采用重锤敲击桩顶，利用应变测试仪测试桩身不同位置处的应变信号，同时利用加速度测试仪测试桩身不同位置处的加速度信号并转换成速度信号；

步骤3.桩的承载力计算：根据测得的桩身不同位置处的应变，计算得到桩身各段的总摩阻力和桩端总端阻力；根据测得的桩身不同位置处的速度，计算得到桩身各段的动摩阻力和桩端动端阻力，桩身各段的总摩阻力与动摩阻力之差即为静摩阻力，桩端总端阻力与桩端动端阻力之差即为桩端静端阻力，最后将所求得的静摩阻力和桩端静端阻力累加，即得到桩的极限承载力。

2.如权利要求1所述的高应变法测试桩的承载力的方法，其特征在于所述的步骤1具体如下：

1-1.下放钢筋笼时，沿桩身通长对称布置两根钢管，并保证均处于竖直状态；

1-2.待桩身混凝土浇筑完毕之后，将N+1个串列式应变计和N个串列式加速度传感器分别放置于两根钢管内，相邻应变计之间及加速度传感器之间的距离为1～2米；其中串列式应变计自上而下编号分别为0，1，2，……，i-1，i，……，N-1，N，串列式加速度传感器自上而下编号分别为1，2，……，i，……，N，随后在钢管内浇筑配制好的水泥浆液将串列式应变计和加速度传感器密封在钢管内。

3.如权利要求2所述的高应变法测试桩的承载力的方法，其特征在于所述的步骤2具体如下：

2-1.待桩身混凝土强度达到高应变测试要求时，在桩顶面钢管口与桩身外延之间切割出一条具有一定深度的窄缝，通过窄缝将导线引出，应变计和加速度传感器分别连接在应变测试仪和加速度测试仪上；

2-2.在桩顶铺设一定厚度的干沙当作垫层，将重锤吊至一定高度后放下敲击桩顶，通过应变测试仪测试桩身不同位置处的应变信号，通过加速度测试仪测试桩身不同位置处的加速度信号并转换成速度信号。

4.如权利要求2所述的高应变法测试桩的承载力的方法，其特征在于所述的步骤3具体如下：

3-1.第i段桩桩身静摩阻力计算，i＝1,2,…,N-1

根据编号为i-1和i的应变计分别所测得的桩身应变ε_i-1和ε_i，可得第i段桩的总摩阻力f_i为：

f_i＝EAε_i-1-EAε_i

其中：E和A分别为桩的弹性模量和横截面积；

第i段桩的总摩阻力f_i包括动摩阻力f_di和静摩阻力f_si两部分，根据加速度传感器i测得的速度v_i，可得动摩阻力f_di为：

f_di＝v_iδ_iS_i

其中：S_i和δ_i分别为第i段桩桩侧表面积及桩侧土阻尼系数；

据此可求得第i段桩的静摩阻力为：

f_si＝f_i-f_di＝EAε_i-1-EAε_i-v_iδ_iS_i

3-2.第N段桩桩身静摩阻力及桩端静端阻力计算

根据编号为N-1和N的应变计分别所测得的桩身应变ε_N-1和ε_N，可得第N段桩的总摩阻力f_N和桩端总端阻力f_b之和为：

f_N+f_b＝EAε_N-1-EAε_N

第N段桩的总摩阻力f_N包括动摩阻力f_dN和静摩阻力f_sN两部分，桩端总端阻力f_b包括动端阻力f_bd和静端阻力f_bs两部分，根据编号为N的加速度传感器测得的速度v_N，可得第N段桩动摩阻力f_dN和桩端动端阻力f_bd分别为：

f_dN＝v_Nδ_NS_N；

f_bd＝v_Nδ_bS_b

其中：S_b和δ_b分别为桩端截面积和桩端土阻尼系数；

据此可求得第N段桩的静摩阻力f_sN和桩端静端阻力f_bs之和为：

f_sN+f_bs＝EAε_N-1-EAε_N-v_Nδ_NS_N-v_Nδ_bS_b

3-3.在求得每段桩的静摩阻力和桩端静端阻力之后，可得桩的极限承载力为：