[发明专利]基于徐变应变分离的桩基浸水载荷试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桩基浸水载荷试验方法，尤其是涉及一种基于徐变应变分离的桩基浸水载荷试验方法。

背景技术

八十年代初，瑞士联邦苏黎世科技大学岩石及隧道工程系K.Kovari教授等提出了线法监测原理（Linewise observation），区别于以应变计为代表的点法监测原理（Pointwise Observation）；并根据线法监测原理研制了一系列的便携式仪器（其中包括滑动测微计），以区别于应变计、多点伸长计等固定埋设式仪器，此类仪器已申报专利并委托瑞士Solexperts AG公司生产销售。

滑动测微计是根据线法监测原理研制的一种便携式高精度应变测试仪器，它可以1m为标距连续地测定测线方向的应变，进而计算各点的应力和位移。该系列仪器由瑞士研制和生产，20世纪80年代后期引入中国，在国内桩基、深基坑、隧道、边坡、大坝等工程现场监测中得到了成功应用，与其他同类测试仪器相比，可获得更高的测试精度。滑动测微计为移动式测试仪器，其可连续地测量相邻两点间的平均应变，这样就可以导出整条测线上轴向应变分布及任意点的位移，一套仪器可用于多个钻孔和多个工程，特别适用于岩土工程现场应变（变形)监测。实际测试时，滑动测微计能在被测介质内沿测线自由移动并连续地测定相邻两点（间距为1000mm）之间的相对变形，分辨率为0.001mm/m的应变和变形测试仪器。

滑动测微计主要由测试探头、测管（英文名称为Measuring pipe）、数据采集仪、导杆（也称测杆）等组成，其中测管由塑料套管（英文名称为Casing）和测标（英文名称为Measuring Mark）组成。其中，测标为由硬金属或硬塑料等材料制成的锥形环和外壳组成的量测标志；测试探头采用球锥定位原理来测量测管上的测标，而且传感器精度很高，在每次测量前后进行定期校准，可到达非常高的测量精度和长期稳定性。实际测试时，在塑性套管上每米间隔布设一个测标，将测线划分成若干段，通过灌浆，测标与被测介质牢固地浇筑在一起，当被测介质发生变形时，将带动测标与之同步变形。从而用滑动测微计逐段测出各标距长度随时间的变化，从而得到反映被测介质沿测线的变形分布规律。

湿陷性黄土是一种特殊土，广泛分布在我国北方，它在力和水的作用下会发生下沉，其中自重湿陷性黄土在上覆土自重压力作用下受水浸泡就会发生下沉，从而导致自重湿陷性黄土中的桩产生负摩阻力作用。在湿陷性黄土地区，混凝土桩是主要的桩基类型。位于湿陷性黄土场地中的桩基，当湿陷性土层浸水下沉量大于桩基下沉量时，湿陷土层对桩基产生相对下沉，桩周一定厚度的湿陷性土体通过摩擦力悬挂在桩体上，对试验桩产生负摩阻力作用。当湿陷性黄土场地上采用桩基作为重要工程的基础使用时，为研究湿陷性黄土地区桩基的负摩阻力发挥性状，以及确定桩基工程设计时所需的负摩阻力大小和中性点深度等参数，往往进行湿陷性黄土场地桩基的现场浸水试验，实测桩基负摩阻力及其他相关技术参数进行桩基设计。

在20世纪80年代以前，多采用悬吊法进行黄土场地桩基负摩阻力的试验研究。随着测试技术的发展，20世纪90年代以后多采用在桩身中埋设传感器通过内力测试来进行负摩阻力的测试，通常的做法是在黄土浸水过程中，维持试桩桩顶恒定荷载（包括零荷载）不变，在桩体中埋设传感器测试黄土在浸水发生附加下沉过程中桩身混凝土应变的情况，按弹性理论式(1)计算桩身不同测试断面的轴力，进而获得桩侧阻力（含负摩阻力大小和中性点深度）。式(1)中Q_i为桩身第i断面处的轴力且其单位为kN，为桩身第i断面处的应变平均值，E_i为桩身材料弹性模量且其为单位为kPa，A_i为桩身截面面积且其单位为m²。

然而在采用埋设传感器进行的桩基浸水试验中，湿陷性黄土浸水沉降稳定所需的时间（从浸水开始到沉降基本稳定）较长，试验一般需持续1月～3月。在此过程中，试验桩桩体混凝土在轴力的作用下除发生弹性应变外，还会发生徐变，因此，在试桩环境条件（温度和湿度）维持不变条件下，埋设在桩身中的传感器测试得到的应变实际上包含了弹性应变和徐变两部分。在以往的测试资料整理工作当中，往往忽略徐变的影响，直接将测试得到的应变代入式(1)计算桩身轴力，当桩顶处计算轴力和桩顶施加荷载不一致时，一般通过在式(1)右侧增加一小于1的固定修正系数（使在桩顶处式(1)两侧相等）对桩身的轴力进行修正。