PRC 管桩高应变测试信号分析研究

秦文祁 陈侃

中国一冶集团有限公司 湖北武汉 430000

1 工程实例

龙凤山公园工程栈桥基础采用PRC-500D125 型管桩，总桩数521 根，桩身混凝土强度等级C60，承载力特征值400kN，每桩抗拔力为80kN,要求桩端全截面进入为中风化泥岩不小于2 米。根据野外地质调查，钻探岩芯鉴定，原位测试及与邻近场地资料对比，依据岩土的年代、岩性、岩土结构、工程特征，将场地岩土层划分为四层。其中，第①层为第四系素填土层，第②层为第四系全新统黏土层，第③层为白垩系上统跑马岗组泥质粉砂岩风化层，第④层二叠系中风化石灰岩层。

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，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=С2ρεA 式中С-测点处桩身应力波传播速度（m/s）ρ-桩身材料质量密度（kg/m3）ε-桩身应变A-桩身测点处截面积（m2）应变ε 通过实测得到，对同一PRC 桩型A 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。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=4042m/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。

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。

3 结语

本文通过不同激发状态下高应变实测曲线的分析对比，可以使检测人员对PRC 管桩高应变测试信号有直观的认识，并对高应变测试土阻力激发过程有更深入的理解。如何选定拟合时的波速值，笔者认为除了使用低应变波速值外，还可以设定较低重锤落距（如不超过50cm），在未激发出桩端阻力时，获得较准确的桩底反射信号来确定波速，然后提高落距，增加贯入度，充分激发桩侧和桩端力，获得较准确的极限承载力值。