３　试桩应力测试

３.１　试验目的

　　在试桩的加、卸载过程当中，对桩身轴力进行连续动态测试，目的在于分析桩一土系统桩侧阻力、桩尖瓜力的发挥请况及发展过程，同时利用桩顶位移观测资料、试块抗压资料及应力测试结果对试桩的各截面前位移发展进行分析。

３.２　数据处理

3.2.1　基本原理

　　钢筋计的直接测读量为振弦的频率值f，单位Hz，按下式即可转换成钢筋计的应力σgi

σgi=（f-f1）＊A

式中：σgi——测读的钢筋应力（MPa）

　　　f—一测读的钢筋计频率值（Hz）

　　　f1——工作初频，单位Hz；

　　　A——为钢筋计的率定参数。

　　事实上由于部分钢筋计率走参数Ａ，在不同的荷载等级下有少许偏差，可采用分段内插的　方法求取σgi，以保证测试精度。
　　当现场测试出钢筋计应力σgi后，钢筋的测试应变εg可由下式计算：

　　式中钢筋计的弹性模量为Eg=2.1×10⁵MPa，

　　钢筋砼的弹性模量Eght=Eh+（Eg-Eh）＊μ

　　式中：Eh混凝土的抗压弹性模量（MPa）；

　　　　　Eght第i个截面钢筋砼的抗压模量（MPa）。
　　因此，桩柱体任一测试截面Ai的轴力计算可用下式，即

Ni=σ_ghi*A4_t

　　当轴力已知时，可利用简单的静力平衡原理推出侧壁摩阻力的大小，

N_i+1-N_i-F_i=0

　　桩端反力计算可采用下式：

G=Ni-π＊R＊L₀＊τi

　　式中Ｇ为桩端反力，在这里i=1表示Ni为桩柱体第一测试断面处的轴力。

　　桩柱体各测试断面的沉降位移按下式计算：

　　其中：n是试桩的测试断面，在这里n=10；

　　　　　Si为第i个测试断面的沉降推算值（mm）；

　　　　　St为桩顶沉降，由位移计测出（mm）。

３.２.２　数值处理

　　经过一系列复杂的数据计算和数据处理后得到了试桩断面轴力图、摩阻力图
以及断面沉降图。

３.３　成累分析

　　（1）1号、2号、3号及4号试桩侧阻力及桩端土反力见表３。

单位：KN 表３

　　从表中实测数据可以看出，摩擦桩前桩端反力所占比例极小，远未达到依据《桥规》设计的桩尖承载力。

　　（2）实测数据显示，桩侧库摩力大小与勘察报告提供的参数值及根据规范和土层分类、物理性质有出的测阻力不尽相同，主要表现力：
　　①桩柱体上部（约15m以内），各土层的极限摩阻力试验测试值与地勘报告值及规范值基本吻合；
　　②桩柱体中下部，各上层的极限摩阻力试验测试值较地勘报告值及规范值偏大，约大15～20％；
　　③桩柱体底部，侧阻力测试值与地勘报告值及规范值基本吻合；
　　④个别测区（分布在中下部），侧阻力测试信明显高于地勘报告值及规范值。　
　　⑤下同位置土层的侧阻力发挥与桩顶沉降之间的关系是上部土层侧限力发挥仅需较小的桩顶沉降，一般桩顶沉降在5～7mm时，侧阻力已充分发挥；而中下部侧阻力则随桩顶沉降是不断增加的趋势；桩端的侧阻力似乎在极限状态下，仍未充分发挥。
　（３）桩端反力的测试值明显偏低，钻孔灌注桩在使用阶段工作状态下桩顶沉降很小，一般在2～３mm左右，砼处于弹性压缩阶段，而端阻力的完全发挥需要重大柱顶沉降，一般结构是不容许这样大的沉降。在这里就端部反力不能发挥的原因作如下分析：
　　①本次试验的桩细长比均较大、141#墩L/D=40.8，而29#墩L/D=36.1，这样大的细长比，对端阻力的发挥是有影响的。
　　②端部反力的发挥除了与该土层的性质有关外，钻孔后的沉淀层厚度（虚土厚度）对端反力的发挥也有较大的影响，本次试验的两个桩位，桩尖持力层十的性质是接近的，但141#墩的端反力明显小于29#墩，而29#墩４号试桩施工采用了反循环钻机，沉淀层厚度较菏，其端阻力在极限状态对，比３号试桩大了一倍。由此可见，采用反循环施工工艺对控制沉淀层厚度，提高桩的端阻力是十分有利的。
　（4）从桩顶及各测试断面沉降资料可明显看出，桩柱体的弹性压缩变形盘较小，各截面的沉降特征主要力桩——土体系间的相对滑动。

４　几点思考

　(1)桩基础作为承重结构，在公路桥梁上应用非常广泛，其理论日趋成熟，但长细比≥30的细长桩，长细比越大，其实际承载尤与理论承载力相差越大，因为长细比的增加大大降低了桩身与桩尖承载力的分担比，桩身上部土层发生相对滑移，而下部土层还未达到极限状态，从而降低了桩的承载力，设计上又优先选用长细比尽量小的桩型；
　（2）土层深度的影响，在临界深度范围内，粘性土埋深越深，在土层自重应力作用下，其厕阻力应该越大，即同种土层，在不同深度，应该有不同的侧摩阻力。

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