摘要： 本文介紹了瑞士Solexperts公司滑動(dòng)測微計(jì)（Sliding Micvometer）的原理及其在單樁靜載試驗(yàn)中的應(yīng)用。試樁類型包括鋼管樁、灌注樁、方型預(yù)制樁、預(yù)應(yīng)力管樁、支盤樁……等。該儀器可連續(xù)地測定樁身每米內(nèi)的平均應(yīng)變，通過荷載應(yīng)變關(guān)系曲線可計(jì)算樁側(cè)摩阻力、端阻力、最大彎矩點(diǎn)，臨介水平荷載、極限水平荷載、撓度曲線、負(fù)摩阻力等樁基設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，還可評價(jià)樁身質(zhì)量。多個(gè)工程實(shí)例表明，這種儀器是一種高精度、使用方便、在巖土工程領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的儀器。
關(guān)鍵詞：滑動(dòng)測微計(jì)、單樁靜載試驗(yàn)、正負(fù)摩阻力、端阻力
1、概述
以往樁身應(yīng)變測量一般采用鋼筋計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì)或壓力盒，由于探頭與介質(zhì)之間無法做到理想匹配以及電測元件零點(diǎn)飄移，實(shí)測結(jié)果誤差較大，即使測量結(jié)果較可靠，也只能代表測點(diǎn)處的應(yīng)變值，是一種典型的點(diǎn)法監(jiān)測（Pointwise observation）方法。
圖1(a) 計(jì)算模型 圖1(b) 三種直徑鋼筋計(jì)的實(shí)測力及應(yīng)變值
軸對稱有限單元法計(jì)算表明：由于鋼筋計(jì)的直徑大于鋼筋直徑及二端的凸出部份，它在樁中的實(shí)測應(yīng)力及應(yīng)變均大于實(shí)際應(yīng)力或應(yīng)變，如圖1所示，20、30、40mm鋼筋計(jì)的力增長率為27.8——21.1%，應(yīng)變增長率為30.6——18.2%。
由于應(yīng)變計(jì)的彈性模量不等于混凝土的彈模，混凝土應(yīng)變計(jì)也存在同樣問題，當(dāng)假定應(yīng)變計(jì)的彈模介于2——55GPa時(shí)，實(shí)測應(yīng)變增長27——11%，一般弦式應(yīng)變計(jì)彈模約為0.5——0.8GPa，因此誤差更大，如圖2、3所示。
弦式應(yīng)變計(jì) 混凝土
圖2 計(jì)算模型 圖3 應(yīng)變計(jì)實(shí)測應(yīng)變與計(jì)算應(yīng)變對比
80年代初期，瑞士聯(lián)邦蘇黎世綜合科技大學(xué)Kovari教授等人提出了線法監(jiān)測原理（Linewise observation）及相應(yīng)的測試技術(shù)——滑動(dòng)測微計(jì)（Sliding Micrometer——ISETH）[1]、[2]、[3]。
滑動(dòng)測微計(jì)主體為一標(biāo)距長1m，兩端帶有球狀測頭的位移探頭，內(nèi)裝一個(gè)線性電感位移計(jì)和一個(gè)NTC測度計(jì)。為了測定線上的應(yīng)變及溫度分布，測線上每隔1m安置一個(gè)具有特殊定位功能的環(huán)形標(biāo)，其間用硬塑料（HPVC）管相連，滑動(dòng)測微計(jì)可依次測量兩個(gè)環(huán)形標(biāo)之間的相對位移，并可用于多條測線（圖4、5）。
圖4 滑動(dòng)測微計(jì)
圖5 滑動(dòng)測微計(jì)測試原理
相對于試樁中的鋼筋計(jì)、壓力盒等點(diǎn)法固定式儀器而言滑動(dòng)測微計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 連續(xù)地測定標(biāo)距為1m的測段平均應(yīng)變，分辨率高（1με），各部位微小變形都反映在測值中，可評估構(gòu)件質(zhì)量，計(jì)算彈性模量。傳統(tǒng)方法只能測定幾個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變，兩點(diǎn)之間的變形只能推斷，而且測點(diǎn)處的應(yīng)變由于探頭介入而產(chǎn)生局部應(yīng)力畸變，其測量值將偏離真實(shí)值。
(2) 傳統(tǒng)方法是將被測元件預(yù)埋在構(gòu)件內(nèi)部，不僅測點(diǎn)有限，而且易于損壞，更主要的是零點(diǎn)飄移無法避免，不能修正。新方法只在構(gòu)件內(nèi)埋設(shè)套管和測環(huán)，用一個(gè)探頭測量，簡單可靠，不易損壞，而且探頭可隨時(shí)在銦鋼標(biāo)定筒內(nèi)進(jìn)行標(biāo)定，筒體溫度系數(shù)小于1.5×10-6/°C,可有效地修正零點(diǎn)飄移，適用于長期觀測。
(3) 新方法所用的探頭具有溫度自補(bǔ)償功能，溫度系數(shù)小于2×10-6/°C，而且附有一支分辨率為0.1°C的NTC溫度計(jì),可隨時(shí)監(jiān)測構(gòu)件溫度,適用于長期監(jiān)測，例如：樁身負(fù)摩阻力監(jiān)測，巖土工程、鋼或混凝土等大型構(gòu)件長期監(jiān)測等，以區(qū)分溫度應(yīng)變及應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變，這是傳統(tǒng)方法無法做到的。
(4) 對于承受橫向力的大型構(gòu)件，如樁、地下連續(xù)梁，大壩等，平行埋設(shè)二條測線，利用應(yīng)變差計(jì)算橫向位移，其分辨率和精度比常用的傾斜計(jì)相應(yīng)指標(biāo)高一個(gè)量級，可達(dá)1×10-5，而且可用于任何方向鉆孔中。[4]
2．應(yīng)用實(shí)例
從1987年開始，本項(xiàng)測試技術(shù)在我國北侖電廠試樁工程中應(yīng)用，隨后普遍應(yīng)用于陜西蒲城電廠、山西河津電廠、陽泉第二電廠、陜西寶雞第二電廠試樁，它適用于各種土層及各種樁型。近10年來，歐美大地儀器公司及巖泰高新技術(shù)公司利用瑞士滑動(dòng)測微計(jì)(Sliding Micrometer)測定了幾十個(gè)工程、幾百條試樁，均取得了滿意的結(jié)果。
2．1垂直靜載試樁
試驗(yàn)采用錨樁反力形式，慢速維持荷載法加壓。加載前自上而下及自下而上二次測定每條試管中的初始讀數(shù)，以保證測試精度，每級荷載穩(wěn)定后測定相應(yīng)讀數(shù)，其差值即為各級荷載下每一測段的應(yīng)變值。在鋼筋籠的對稱部位平行埋設(shè)了二條測管，測管中每隔１m安裝一個(gè)錐形合金測環(huán)。采用兩管相應(yīng)測段的平均應(yīng)變進(jìn)行分析計(jì)算，從而避免了加載時(shí)的偏心影響。當(dāng)用于水平試樁時(shí)，二條測管的連線方向必須和推力一致。
由于鉆孔直徑及樁身混凝土質(zhì)量的差異，實(shí)測數(shù)據(jù)不可避免地存在一定誤差，不能直接用實(shí)測值計(jì)算軸向力及摩阻力，否則將使誤差惡性放大，甚至正負(fù)摩阻力交替出現(xiàn)等不合理現(xiàn)象。因此必須首先用擬合法對實(shí)測應(yīng)變曲線進(jìn)行磨光處理。[5]
根據(jù)各級荷載下樁頂應(yīng)變或回歸處理后的零點(diǎn)應(yīng)變可計(jì)算彈模隨應(yīng)變量級的變化規(guī)律，一般可以用一元一次方程表達(dá)，如Ei=A-B×εi(GPa),計(jì)算軸向力和摩阻力時(shí)采用不同的彈模值，如下式所示：
軸向力計(jì)算公式為： Qi=Ai×Ei×εi(kN)
單位摩阻力計(jì)算公式為: fi=( Qi-Qi+1)/(πD)(kPa)
2.1.1摩擦樁
圖6為二條測管在各級荷載下的實(shí)測應(yīng)變，由于樁頂擴(kuò)大頭，故應(yīng)變較小，此外東測管上部應(yīng)變較大，西測管上部應(yīng)變較小，這是由于加載偏心影響，平均后就正常了。26、31、41m處的應(yīng)變較高，表明該處混凝土質(zhì)量較差或孔徑較小
圖7、8分別為回歸處理后的應(yīng)變曲線及摩阻力曲線。
圖6（a）東測管實(shí)測應(yīng)變
