PRC管桩高应变测试信号分析研究

2020-09-05黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003

安徽建筑 2020年9期

李戟（黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南郑州 450003）

0 前言

在预应力混凝土管桩中加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型混合配筋预应力混凝土管桩（PRC桩），由于挤土作用，PRC管桩承载力比同直径的钻孔灌注桩和人工挖孔桩高，并具有施工环境污染小、桩身质量可靠等优点，在房地产、港口和市政等领域得到了广泛应用。

桩身等阻抗是高应变CASE法基本假定之一[1]，PRC管桩具有桩身等截面、强度高、材质均匀等特性，符合高应变测试理论模型，较灌注桩等桩型更适应于高应变测试，采集到的信号清晰、干扰小，重复性好。由于公开刊物中，高应变实测波速曲线较少，本文结合工程实例，列举不同激发状态下的高应变波速曲线，通过分析测试信号，合理选定拟合时的波速值，从而提高测试结果的准确性。

1 工程实例

某工程基础采用PRC-Ⅱ-500 AB100型管桩，总桩数66根，设计桩长36m，桩身混凝土强度等级C60，承载力特征值1278kN，桩顶标高-3.20 m。场地高程65.86m，地层在45m深度内自上而下分述如下。

第（1）层粉土（Q4al）：灰色粉土，饱和，松散～稍密，局部含粉砂有机质。层厚25.00m，层底埋深25.00m。夹（1）-1层粉砂透镜体：灰黄色粉砂，饱和，稍密，含粉土，岩心呈柱状。该层层厚1.70m～2.30m，层底埋深19.50m。

第（2）层粉土夹粉质粘土（Q3-4al）：浅灰色，灰色粉土，饱和，稍密，夹粉质粘土，厚度11.40m～12.67m，层底埋深36.40m～37.00m，平均36.70m。

极限侧阻力及极限端阻力标准值表表1

第（3）层粉砂（Q3al）：灰黄色粉砂，饱和，中密。局部夹有少量粉土。该层厚度4.50m～6.20m，层底埋深 41.50m～42.60m，平均42.05m。

第（4）层粉质粘土（Q3al）：褐黄色粉质粘土，可塑～硬塑，湿，刀切面光滑，岩心呈桩状，层底埋深45.00m，该层未揭穿。

对工程桩进行高应变测试，在距桩顶1m处对称安装两个应变式力传感器和加速度传感器[2]，锤重3t，落距0.5m～1.2m。高应变测试前，先进行低应变桩身完整性检测，典型低应变时域曲线和高应变单边速度曲线如图1～图3，可以看出低应变时域曲线2L/c时刻前无缺陷反射波，桩底反射波明显；如图4～图6可以看出高应变单边速度曲线V1和V2一致性很好，2倍桩长处有明显的正向反射信号，表明锤击没有偏心，高应变原始信号准确可靠。

2 成果分析

力的时程波形用应变式传感器量测桩身应变后换算成力信号，桩身内力F=С2ρεА

式中С—测点处桩身应力波传播速度（m/s）

图1 Z11低应变测试时域曲线

图2 Z16低应变测试时域曲线

图3 Z7低应变测试时域曲线

图4 Z11单边速度曲线

图5 Z16单边速度曲线

图6 Z7单边速度曲线

图7 N4单边速度曲线

图8 N4单边速度曲线（提高落距）

图9 Z11速度力曲线

图10 Z7速度力曲线

ρ—桩身材料质量密度（kg/m3）

ε—桩身应变

А—桩身测点处截面积（m2）

应变ε通过实测得到，对同一PRC桩型А和ρ可认为是常量，测点处应力波速度С不易测定，通常用整桩平均波速代替测点处波速[3]。

为确定高应变测试的平均波速值，本文分别将低应变测定的波速Z11=3980m/s、Z16=3930m/s、Z7=4042 m/s代入高应变分析软件，可以看出当Z11单边速度曲线Vmax=0.5时，速度曲线正向反射峰值基本在2倍桩长处，Z7单边速度曲线Vmax=1.0时，速度曲线正向反射峰值大于2倍桩长。随着重锤落距提高，落速加大，激发出的桩端阻力不断增加，如图7、图8所示，N4桩不同重锤落距测试，Vmax=2.0时速度曲线正向反射峰值明显大于Vmax=1.5时。

如果直接将高应变测试速度曲线正向反射峰值认为是桩底反射，桩端阻力发挥越充分，计算出的波速值会越低，这就会产生误判，拟合计算中使用的波速将偏低，一般情况10%的波速误差会引起20%力的误差，导致承载力测试结果偏小。

桩顶受锤击力作用产生的应力波，遇到桩侧土摩阻力将产生上行的压力波和下行的压力波，数值分别为摩阻力的一半，上行的压力波使测点处力和速度波形分开，距离在数值上正好是桩侧摩阻力值。土阻力越大，力和速度分开的距离就越大[4][5]。

对比Z11和Z7高应变信号可以看出，当锤击力较小，贯入度较小时，Z11桩侧土阻力未充分发挥，无桩端阻力，桩身浅部土阻力在激发的桩身土阻力占比较大，曲线形态显示力信号明显高于速度信号，安装传感器处二者分开距离较大，2L/c附近信号重合，如图9所示。当锤击力增加时，贯入度较大时，Z7桩侧土阻力激发较充分，桩端阻力部分激发，曲线形态显示安装传感器处力信号略高于速度信号，桩身下部力信号与速度信号分开较大，2L/c附近信号略微分开，如图10所示。