高应变锤头测力模式与桩身测力模式比较
所谓
桩身测力模式,也就是传统的测力模式,源自PDI公司。在桩身的2d位置对称安装2只工具式应变计,量测高应变动力试桩时该部位的应变,然后乘以该部位材料的弹性模量和横截面面积,间接获得力信号,图四右。
本方法存在一下问题:
1. 可靠性受测点面积和测点弹性模量(包括密度和弹性波速)的准确性制约,绝大部分情况下,这几个指标都是估算的,对于灌注桩,短板严重。
2. 锤击偏心和测点塑性变形以及测点以下部位桩身结构影响严重。
3. 工具式应变计的安装深度与安装难度影响严重。
大直径灌注桩,安装深度很难保证,能达到1d就很好了。而工具式应变计的安装好坏更成了内地很多单位灌注桩高应变试验成败的关键,特别是一些年轻的工程师们,缺乏亲自安装体验,很难保证信号质量。
4. 由于应变信号幅值较小,需要前端放大或桥压补偿,应变测量噪音以及工业干扰也需要认真对待。舍弃前端盒的模式,必须足够重视这些因素,作出可靠的电路和电缆设计。
5. 桩头开裂很容易导致工具式应变计损坏。
图一 60吨桩身测力模式
所谓锤头测力模式,是国家质检中心副主任陈凡研究员提出的一种方法,其原理非常简单,也就是利用牛顿第二定律,通过获取自由落体锤的锤上加速度换算成相应作用在桩顶的锤击力。
图二 14吨锤头测力实测信号
本方法具有以下特点:
1. 桩身传感器距离桩顶0.5~1米即可,安装难度大为降低。
桩身只需安装两只获取速度信号的加速度计,经验和仿真分析告诉我们,锤击偏心对速度测量影响不大,0.5~1米基本可以满足测试要求。为了尽量与锤头测力加速度同步,也应该浅埋,这就为高应变测量提供了很大的方便。
由于无需安装工具式应变计,大大降低了安装难度,提高了数据可靠性。
2. 测力加速度计安装要求
两只加速度计安装应尽量在锤体形心平面对称安装(图四左)。
3. 自由落体要求
测试数据的可靠性与锤体重量是否准确、敲击时是否自由落体等因素有关。锤击瞬间,吊机脱钩、导向架等和都必须严格与锤体分离。
图三 70吨(30+25+15)组合锤试测信号
4. 锤体要求
大量实验表明,单一整体锤的锤头测力模式,信号质量非常可靠,片锤组合不宜使用锤头测力模式,而多锤组合其实也应当慎用,信号同样存在些微震荡(图三),组合的紧密性还是有要求的。
5. 锤垫要求
软而厚的锤垫可以改善测试信号,然而要想充分发挥波动效应和动力放大效应,达到四两拨千斤,充分激发桩侧各土层阻力的目的,信号脉冲宽度不宜太宽,碰撞加速度不宜太低,轻锤达到100g,超大锤50~100g还是需要的(图二实例超过150g)。这就要求锤垫不可太厚太软。
总体来说,在测试效果都非常好的情况下,桩身测试比锤头测力信号干净。
图四 现场传感器安装(左:锤头测力,右:桩身测力)