【摘要】本文通過對(duì)彈性模量法原理及實(shí)例說(shuō)明分析，明確了彈性模量法測(cè)定樁身應(yīng)力的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際工作中需要注意事項(xiàng)進(jìn)行了說(shuō)明。

一、 前言

近年來(lái)樁身應(yīng)力測(cè)試的試樁項(xiàng)目越來(lái)越多，其中樁身豎向抗壓應(yīng)力測(cè)試占多數(shù)?，F(xiàn)行相關(guān)檢測(cè)規(guī)范中僅僅部分規(guī)范簡(jiǎn)單介紹了樁身內(nèi)力測(cè)試的方法，但內(nèi)容略顯粗糙，對(duì)于原理及測(cè)試過程中注意事項(xiàng)不明晰，本文對(duì)彈性模量法從原理到實(shí)際操作均給出明確說(shuō)明，對(duì)于實(shí)際檢測(cè)工作具有指導(dǎo)意義。

二、 樁身抗壓應(yīng)力測(cè)試目的

1、實(shí)測(cè)樁身軸力分布

2、實(shí)測(cè)荷載作用下樁周摩阻、端阻大小及分布

3、其它用途（比如樁身負(fù)摩阻觀測(cè)、樁身質(zhì)量輔助觀測(cè)等）

三、 彈性模量法樁身應(yīng)力測(cè)試原理

該方法是通過直接測(cè)定鋼筋應(yīng)力q1得到σs（或者直接測(cè)鋼筋應(yīng)變?chǔ)?，再?jì)算q1= n×Es×ε×As），然后換算鋼筋應(yīng)變?chǔ)?σs/Es（鋼筋彈性模量），在鋼筋和混凝土等同變形條件下，混凝土的應(yīng)力可換算為σc=Ec（混凝土彈性模量）×ε，這樣可換算出q2。顯然這種方法采用的是鋼筋和混凝土的彈性模量來(lái)推算q3，由于鋼筋的彈性模量一般是已知的，那么只需要標(biāo)定Ec就可以推算樁身各部位的q3了，具體過程如下：

q=q1+q2+q3

q1=n（鋼筋數(shù)量）×σs（鋼筋應(yīng)力）×As（鋼筋截面積）

ε=σs/Es

q2=Ec×ε×（S（樁的橫截面積）-n×As）= Ec×（S-n×As）×σs/ Es

q3=qs（單位摩阻力）×h（截面深度）×d（樁的直徑）×π

在樁頂時(shí)q3=0，則q=q1+q2，q1是直接測(cè)定σs獲得的，因此可通過q2=q-q1獲得在分級(jí)荷載作用下Ec隨σs的變化規(guī)律。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可通過EXCEL電子表格的趨勢(shì)線，回歸出計(jì)算公式，椐此計(jì)算樁身其它部位的q2，進(jìn)而推算q3。

同樣如果直接測(cè)定鋼筋的應(yīng)變?chǔ)?，也可通過類似的方法標(biāo)定Ec來(lái)推算q1+q2，同樣可得到q3。顯然測(cè)定樁身應(yīng)力和摩阻的方法并不是唯一的，但有一點(diǎn)必須注意，那就是樁身參數(shù)（如直徑、鋼筋數(shù)量）必須已知（可通過樁孔形的測(cè)試確定樁身各部位的實(shí)際樁徑），否則會(huì)帶來(lái)很大的推算誤差，甚至造成試驗(yàn)結(jié)果難以解釋。

四、彈性模量法的優(yōu)缺點(diǎn)

彈性模量法需要給定鋼筋的彈性模量，因此鋼筋彈性模量的準(zhǔn)確與否將決定推算過程和結(jié)果的準(zhǔn)確度。但彈性模量法能夠直接顯示混凝土彈性模量的變化特征，對(duì)于樁身質(zhì)量可以給出比較明確的判斷。

五、測(cè)試數(shù)據(jù)的處理

1、鋼筋應(yīng)力的轉(zhuǎn)換計(jì)算

當(dāng)同一截面埋設(shè)多個(gè)應(yīng)力感應(yīng)裝置時(shí)，一般應(yīng)將有效觀測(cè)數(shù)據(jù)代入事先標(biāo)定的應(yīng)力表達(dá)公式計(jì)算該應(yīng)力計(jì)的應(yīng)力值，然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平均處理，計(jì)算實(shí)際的鋼筋應(yīng)力。例如：某級(jí)荷載下，某個(gè)深度（hi）的3個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)實(shí)測(cè)的頻率（fi）分別為：1790、1760、1727，應(yīng)力計(jì)的初始讀數(shù)（f0）為1793、1764、1730。根據(jù)三個(gè)應(yīng)力計(jì)的標(biāo)定公式計(jì)算結(jié)果分別為：

Pi=2.0914×10-5×（f02-fi2-630）=0.212 （kN）

Pi=2.0628×10-5×（f02-fi2-63）=0.289 （kN）

Pi=2.2064×10-5×（f02-fi2+204）=0.233 （kN）

取其平均值Pi’=0.245kN作為該深度應(yīng)力觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。該截面總的鋼筋力為鋼筋數(shù)量（例如n=20）乘以單根鋼筋力，即q1=n×Pi=20×0.245=4.9< div> （kN），換算成壓強(qiáng)單位，則除以鋼筋（20φ16）的總面積，即σs=q1/As=4.9/（0.008×0.008×3.14×20）=1219（kPa）。

2、標(biāo)定曲線的建立

全部斷面的鋼筋應(yīng)力計(jì)算出來(lái)后，就能夠建立標(biāo)定曲線了。根據(jù)前述原理，樁頂標(biāo)定斷面用來(lái)確定K值和分級(jí)荷載作用下鋼筋應(yīng)力σs的關(guān)系：q=σs×K，因此需要計(jì)算標(biāo)定斷面在各級(jí)荷載作用下對(duì)應(yīng)σs的K值（計(jì)算過程上面已經(jīng)提到，本節(jié)不再重復(fù)）。將σs和K的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得到K的函數(shù)表達(dá)式。一般應(yīng)首先繪制σs和K散點(diǎn)圖，然后根據(jù)曲線形態(tài)選定合適的回歸公式模式，并將多個(gè)回歸結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，找出擬合效果最好的函數(shù)關(guān)系作為公式回歸的結(jié)果。一種比較簡(jiǎn)潔的辦法是利用電子表格的趨勢(shì)線功能，為散點(diǎn)繪制的曲線添加多條趨勢(shì)線，并將各條趨勢(shì)線代表的公式和相關(guān)系數(shù)進(jìn)行比較分析，選定最恰當(dāng)?shù)暮瘮?shù)關(guān)系。

3、樁身軸力計(jì)算

樁身軸力的計(jì)算實(shí)質(zhì)上是計(jì)算樁身各觀測(cè)截面的q1+q2，可根據(jù)以上介紹的公式直接計(jì)算。還以上面出現(xiàn)過的回歸公式和數(shù)據(jù)為例，計(jì)算過程為：q1+q2=σs×K=σs×（10-6σs+0.1393）=171（kN），根據(jù)各深度觀測(cè)斷面計(jì)算結(jié)果可繪制樁身軸力分布圖。樁身軸力分布曲線是計(jì)算樁身摩阻的依據(jù)，通常情況下需要對(duì)軸力分布曲線特征進(jìn)行觀察，對(duì)于個(gè)別異常點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)行分析，做必要的平滑處理，但一定要區(qū)別原因，盡量避免一味圓滑曲線追求美觀，造成分析解釋誤差增大。

六、測(cè)試需要注意的問題

應(yīng)力觀測(cè)的試樁，應(yīng)盡可能對(duì)成樁過程嚴(yán)格控制，例如：成樁前做樁孔形觀測(cè)，加工鋼筋籠時(shí)盡可能保持觀測(cè)截面和標(biāo)定斷面的一致；灌注的混凝土應(yīng)盡可能均勻，避免和標(biāo)定斷面產(chǎn)生明顯不同。焊接應(yīng)力或者應(yīng)變傳感器時(shí)應(yīng)避免對(duì)傳感器產(chǎn)生不良影響，例如高溫、扭彎等。另外傳感器傳輸線纜也必須保證其絕緣性和導(dǎo)通性能不產(chǎn)生大的變化，這就要求在施工過程中派專人負(fù)責(zé)照管傳感器及其線纜，在施工過程中適時(shí)檢測(cè)傳感器的工作狀態(tài)，必要時(shí)能及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，防止傳感器失效。由于應(yīng)力分析過程中假定了各個(gè)觀測(cè)截面的應(yīng)力平衡狀態(tài)，所以在恒載狀態(tài)下獲得的應(yīng)力觀測(cè)數(shù)據(jù)才能依據(jù)應(yīng)力平衡方程獲得應(yīng)力解析，在荷載的非穩(wěn)定階段，一般難以得到正確的除觀測(cè)應(yīng)力外的其它解釋。