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摘要：高強度頇應(yīng)力菅樁具有自身強度高、穿透力強、使用單樁承載力高、綜合造價低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。通過對8根高強度預(yù)應(yīng)力管樁的靜載試驗和高應(yīng)變試驗的對比分析，探討了成都地區(qū)高強度預(yù)應(yīng)力管樁以密賓卵石層為持力層時，采用高應(yīng)變試驗測試其單柱豎向承栽力，其舟析結(jié)果與靜載試驗結(jié)果相比其誤差在20％以內(nèi)，其試驗結(jié)果還是基本可靠的。...

高強度預(yù)應(yīng)力管樁靜載試驗與高應(yīng)變試驗的對比

蔣志軍，王建中

(四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都610081)

    高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁代號為PHC(簡稱PHC管樁)，是采用先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝，并經(jīng)過l MPa，I80。C左右的蒸汽養(yǎng)護(hù)，制成一種空心圓筒形混疑土預(yù)制構(gòu)件。目前四川省內(nèi)的管樁直徑多為300mm～500mm，混凝土強度等級c80。它具有如下優(yōu)點：單樁承載力高應(yīng)用范圍廣、沉樁質(zhì)量可靠、工程造價相對便宜、機(jī)械化施工程度高、施工質(zhì)量有保證等。由于PHc管樁具有以上優(yōu)點，所以在四川省發(fā)展比較迅速。2003年引進(jìn)推廣，2004年下半年就開始大量使用，至今每年管樁的用量已近1500000m。

    管樁的單樁豎向承載力的測試目前還主要依靠靜載試驗，高應(yīng)變測試技術(shù)因在四川境內(nèi)缺乏足夠的動靜對比而使用很少，在成都地區(qū)基本不采用高應(yīng)變測試方法對管樁進(jìn)行竣工驗收。筆者對8根3種樁徑規(guī)格的高強度預(yù)應(yīng)力管樁的動靜試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，提出對于以密實卵石層做樁端持力層的高強度預(yù)應(yīng)力管樁，通過高應(yīng)變試驗確定其單樁豎向承載力時參數(shù)的設(shè)置、誤差分析以及應(yīng)注意的事項，供大家探討。

1.高強度預(yù)應(yīng)力管樁的現(xiàn)場靜載試驗

    1.1工程地質(zhì)概況

    場地位于成都市，試驗場地地勢平坦、開闊．相對高差0.2m，地貌位處成都平原岷江水系楊柳河l級階地。

    據(jù)鉆探揭露，場地地層自上而下主要為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂，中砂、卵石。各地基土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表l。

    1.2工程概況

    本次試驗共設(shè)計有l2根高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其中,自300有4根，φ400有4根，φ500有4根。施工采用三菱 HD一5.0型筒式柴油打樁機(jī)施打樁徑為300mm和400mm的試樁；HD一6.2型筒式柴油打樁機(jī)施打樁徑為500mm的試樁。最后3陣貫入度控制：φ300控制在3.2—3.6cm，6409控制在25…35 m，6500控制在45—55cm。樁端均進(jìn)入密實卵石層。

    1.3靜栽試驗

    注：試柱3、試樁7、試樁9樁頭壓壞；試樁4因戴不足未做出極限承栽力。

    試驗加載反力裝置采用壓重平臺反力裝置，用6300kN液壓千斤頂分級加壓，樁頂沉降由兩只綜合精度為0.3％的位移計測定并由位移數(shù)顯儀自動采集，安裝位移計的基準(zhǔn)粱具有足夠剛度，整個試驗過程避免陽光照射。

    靜載試驗在試樁施工完畢休止14d以后進(jìn)行，試驗采用慢速維持荷載法，試驗按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJl06—2003)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

    1.4試驗結(jié)果分析

    12根試樁的靜載試驗結(jié)果匯總見表2。

2.高強度預(yù)應(yīng)力管樁的高應(yīng)變試驗

    2.1高應(yīng)變測試方法簡介

    高應(yīng)變是利用一定重量的重錘，在一定落距下沖擊樁頂，使樁產(chǎn)生一定貫入度而測出單樁豎向承載力。CASE法采用應(yīng)變傳感器、加速度傳感器和采集儀，通過測量樁頂在重錘錘擊下的力F(I)和質(zhì)點速度V(f)而對樁的極限承載力進(jìn)行計算；實測曲線擬合法是利用測量的樁頂在重錘錘擊下產(chǎn)生的力和速度來計算土阻力及其分布的計算程序，它是從一條實測曲線[F(I)曲線或V（t）曲線]出發(fā)，對樁身各段的土阻力和其它動力參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，然后進(jìn)行波動方程擬合分析計算，即可求得另一條曲線[V(l)曲線或F(l)曲線]的計算結(jié)果，把計算結(jié)果與實測曲線相比較，經(jīng)過多次循環(huán)直到獲得滿意的擬合結(jié)果。

    2.2高應(yīng)變試驗

    本次試驗錘擊系統(tǒng)為5 000 kN的自由落錘，帶垂直導(dǎo)向和自由脫鉤，24t吊車。測試儀器為美國PDl公司(Pile Dy-  namics,Inc)生產(chǎn)的打樁分析儀(PDA，Pile Driving Anaiyhzer)。

    在距樁頂2倍樁徑處安裝環(huán)形應(yīng)變傳感器和加速度傳感囂，用24t吊車將5t重錘提高l.5m～2.5m，垂直對中樁  軸心,自由落下錘擊樁頂(樁頂加有樁墊)，使樁周土在沖擊荷載下產(chǎn)生塑性變形，通過PDA接收、調(diào)制、A／D轉(zhuǎn)換和運算，得到CASE法實測結(jié)果。在CASE測試基礎(chǔ)上，運用實測曲線擬合法進(jìn)行擬合分析。高應(yīng)變試驗在靜載試驗結(jié)束7 d  后進(jìn)行，試驗按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJl06—2003)的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

    2.3 高應(yīng)變試驗結(jié)果

    8根試樁實測曲線擬合法分析結(jié)果見表3。

3.高強度預(yù)應(yīng)力管樁動靜試驗對比分析

    3.l  實剎曲線擬合法與靜栽試驗對比分析

    3.2CASE法與靜載試驗對比分析

    阻尼系數(shù)J值的確定：根據(jù)表3擬合法分析結(jié)果，計算J.的平均值為0.26；根據(jù)表4 CASE法的分析結(jié)果，計算承載力最接近靜載試驗的j值平均值為o.32。綜合以上因索，取0.3為本試驗場地高應(yīng)變試驗的阻尼系數(shù)。當(dāng) J.值取0.3時，CASE法測試結(jié)果與靜載試驗結(jié)果對比分析見表6。

    3.3小  結(jié)

    實測曲線擬合法分析結(jié)果與靜載試驗所獲得的單樁豎向極限承載力對比,平均相對誤差為l0.2％，最大相對誤差20％。

CASE法分析結(jié)果與靜載試驗所獲得的單樁豎向極限承載力對比，平均相對誤差為l4.3％，其中有兩根試樁的對比結(jié)果相對誤差大于20％，最大相對誤差達(dá)28％。

4.結(jié)論及建議

    4.1結(jié)論

    由于靜載試驗得出的極限承載力與樁的實際極限最載力相比也有10％一20％的誤差，所以目前行業(yè)內(nèi)對于高應(yīng)變測試結(jié)果與靜載試驗結(jié)果的相對誤差能接受的范圍是不超過20％。

    根據(jù)本次實測曲線擬合法與靜載試驗的對比分析，擬合法的分析結(jié)果與靜載試驗結(jié)果吻合較好。CASE法與靜載試驗的對比，CASE法的分析結(jié)果與靜載試驗結(jié)果相對較差，有6根試樁的分析結(jié)果與靜載試驗結(jié)果吻合較好，有兩根試樁分析結(jié)果超出靜載試驗結(jié)果20％。筆者認(rèn)為造成以上結(jié)果的主要原因是實測曲線擬合法與CASE法的本構(gòu)模型不同。宴測曲線擬合法樁模型采用連續(xù)桿件模型，土模型采用彈一塑模型，而CASE法假設(shè)樁為一維線彈性桿，動阻力集中在樁尖，實測曲線擬合法的本掏模型更接近樁的實際情況。

    根據(jù)8根試樁的動靜試驗對比分析，筆者認(rèn)為實測曲線擬合法分析結(jié)果滿足工程檢測要求，在一定條件下可取代靜載試驗。以密實卵石層為樁端持力層的預(yù)應(yīng)力管樁J值取0.3，CASE法分析結(jié)果基本能滿足檢測要求。

    4.2建議

    由于高應(yīng)變測試中的擬合法分析結(jié)果與靜載試驗結(jié)果吻合性較好，而EASE分析結(jié)果與靜載試驗結(jié)果吻合性相對較差，教在實際工程測試中，同一場地高應(yīng)變測試應(yīng)按現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求，選取一定數(shù)量的樁作擬合法分析，以確定該場地高應(yīng)變測試的J值，避免單純使用CASE分析而造成較大的測試誤差。

    由于高應(yīng)變測試因錘重、落距原因可能造成激發(fā)不夠充分，成樁時問與試驗時間的時間間隔等因素，會給測試結(jié)果帶來誤差，測試人員應(yīng)加強這方面的認(rèn)識。

在實際測試工作中，高應(yīng)變試驗時，應(yīng)注意選擇試驗錘重、落距、樁頭的加固，樁墊、試樁體止時間，錘擊順序以及傳感器的安裝等等各個細(xì)節(jié)，以確保取得適當(dāng)?shù)臉俄斘灰坪土己玫臏y試信號，使各種不利因素的影響減少至最低限度。

    由于CASE法的公式在推導(dǎo)過程中存在一些人為的假定，使得一些推導(dǎo)缺乏足夠的理論依據(jù)而顯得比較牽強。在實際的測試工作中，應(yīng)注意到CASE法的局限性，特別對樁身材質(zhì)均勻性差、樁身為非均勻直桿、樁身結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷等等，簡單的套用CASE法的公式將會帶來很大的誤差。故在使用CASE法測定單樁豎向承載力時應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJl06—2003)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]GBl3467—1999先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[s]

[2]JGJ l006- 2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S]

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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