1.引言
近年來，靜壓樁以其無噪聲、無振動、送樁深、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，逐漸取代傳統(tǒng)的錘擊法及振動法廣泛的應(yīng)用于工程之中。與其他樁型的施工相比較，靜壓樁在施工時可以明確的知道壓樁力的大小，這是靜壓樁的優(yōu)點所在，但是壓樁力綜合反映的是樁及周圍土體共同作用的合力，樁身軸力的分布及樁與周圍土體的摩擦等情況卻并不明顯，分離樁側(cè)摩阻力與樁端阻力的應(yīng)力測試試驗是關(guān)鍵。
樁身應(yīng)力測試是樁基研究中的一項重要內(nèi)容。通過分析樁身軸力隨樁身埋深、荷載級別及樁土位移的變化規(guī)律來分析樁基的承載性狀。目前管樁的應(yīng)力測試主要是通過在樁內(nèi)不同截面埋入鋼筋應(yīng)力計及土壓力計等傳感器件獲取，而這些傳感器件基本都是基于應(yīng)變模式下的點式傳感元件，其測試結(jié)果受局部樁身性質(zhì)及傳感元件布設(shè)密度和位置所控制［1］，主要有以下缺點：精度低，成活率低，受周圍環(huán)境影響因素大。
為了尋求樁和周圍土體的作用關(guān)系，準確地分離樁端阻力與樁側(cè)摩阻力，本文提出使用光纖傳感技術(shù)的FBG（準分布式）方法進行樁身應(yīng)力測試。本課題組，針對提出的這種新型方法在杭州富陽進行了現(xiàn)場試驗，對傳感器的埋設(shè)裝置和工藝等有了一些探索。
2.試驗儀器安裝過程及測試方法
本次試驗結(jié)合該工程的巖土工程勘察報告［2］劃分的各土層厚度及土的類別，如表1所示，假定各土層與樁的摩擦力大小一致，在土層分界面的合適位置在樁身內(nèi)埋設(shè)光纖傳感器，分6層布置，每層截面上布置1個光纖應(yīng)變傳感器，并埋設(shè)溫度傳感器，傳感器安裝示意圖如圖1所示。
2.1預(yù)制管樁光纖傳感器的安裝工藝。
由于鋼筋混凝土預(yù)制管樁都是用高速離心旋轉(zhuǎn)法制做，并經(jīng)高溫蒸養(yǎng)，因此，不可能在制做樁時將光纖光柵傳感器事先埋設(shè)在樁內(nèi)。另一方面，若在預(yù)制樁做好后再在其表面直接粘貼光纖傳感器，由于預(yù)制樁要擠土沉人土中，因此很容易將凸顯在樁表面的光纖傳感器及光纜損壞，因此，本課題組提出在預(yù)制管樁樁身開槽，將傳感器及光纜埋入，并以環(huán)氧樹脂封裝，取得了比較好的效果。其具體安裝方法為：
?。?）在樁身需要安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器和溫度傳感器的地方做好標記，按照傳感器的尺寸放線以便于開槽；用彩色馬克筆將刻度標于樁身，以便于觀察樁的貫入深度。
?。?）樁身開槽，根據(jù)已放好的線利用打磨機以及沖擊鉆對樁身進行開槽，用鉆機進行預(yù)鉆孔以便埋入光纖光柵傳感器和溫度傳感器，開槽時應(yīng)將槽開的足夠深度以保證光纖傳感器完全埋入，保證其安全性，并清理樁身。
?。?）現(xiàn)場傳感器的熔接，由于常用的光柵解調(diào)儀為4通道，而如果樁身所裝傳感器多于4個，則需要對傳感器進行串聯(lián)，使用光纖熔接儀對光纜進行熔接，按照傳感器的布置方位來調(diào)節(jié)光纜長度，并對熔接好的傳感器進行測試。
?。?）將傳感器安裝在已開好槽的樁身內(nèi)，傳感器使用AB膠與樁身固定，并記錄每個傳感器的原始數(shù)據(jù)以及安放位置。
?。?）將布置好傳感器以及光纜的樁身進行封裝，封裝材料選用環(huán)氧樹脂，將環(huán)氧樹脂與固化劑按照一定比例混合，調(diào)勻后對開槽樁進行封裝，封裝完成靜置24小時后方可進行壓樁試驗，這樣可以使環(huán)氧樹脂達到足夠的強度，更好的保護傳感器以及光纜。
2.2預(yù)制管樁貫入過程應(yīng)力測試方法。
?。?）定樁位，按照試驗方案中的試驗樁樁位所示預(yù)先放線定出試驗樁樁位。
?。?）吊樁入樁位，將已經(jīng)安裝好光纖傳感器的樁用吊車吊起，落入樁位，將樁頂引出的光纜理順用扎帶綁扎在一起，起吊時應(yīng)注意分清樁端與樁頂，靠近樁頂起吊（因為傳感器接頭從該端引出），當?shù)鯓兜綐段粫r，使光纖接頭自然垂下，便于將接頭接到光纖解調(diào)儀上。
?。?）連接傳感器與光纖光柵解調(diào)儀，將傳感器的接頭插入光纖光柵解調(diào)儀中，記錄每個光纖傳感器在壓樁前的初始讀數(shù)，調(diào)試光纖光柵解調(diào)儀，采集頻率設(shè)置為1秒鐘采集1次數(shù)據(jù)以保證其數(shù)據(jù)精確。
?。?）壓樁開始，同時光纖光柵解調(diào)儀開始采集數(shù)據(jù)，其測試中的難點在于兩節(jié)樁數(shù)據(jù)的采集，由于由兩段樁接成，在第一段樁壓到接近地平時應(yīng)先暫停，如果繼續(xù)壓會將光纜壓入地下而損壞，此時應(yīng)首先將光纜線從樁身預(yù)先鉆的孔中通過，在第二段樁中預(yù)先放置一端綁有磚頭的繩子，當起吊時磚頭拉扯使繩子從樁孔中自然垂下，將光纖接頭與繩子相連，另一端拉起使光纜穿過第2段樁，然后再將光纖接頭從第2段樁預(yù)先鉆的孔中穿出，與第2段樁上的傳感器接頭同時接到光纖光柵解調(diào)儀上，此時繼續(xù)壓樁，進行采集數(shù)據(jù)，可以保證光纜的安全。
在該過程進行中應(yīng)該特別注意，由于試驗樁之間距離較近，在靜壓樁機行走時務(wù)必會壓到已壓樁完畢的樁，此時要特別做好已壓完樁的傳感器接頭保護工作，可在壓完樁后挖一小坑將接口埋入，并蓋以木板，以備后續(xù)能繼續(xù)監(jiān)測。
3.數(shù)據(jù)處理
3.1計算過程的基本假定：
?。?）樁身材料質(zhì)量均一性，即樁身混凝土材料在整個樁長各截面位置上的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是相同的。
（2）光纖傳感器的變形與樁身混凝土變形一致，即光纖傳感器與樁身混凝土能夠共同工作。這是進行樁身軸力計算的重要前提假定。
?。?）一定深度范圍內(nèi)的同一層土與樁身材料的摩擦力是均勻分布的。這是計算樁身摩阻力的重要前提假定。
3.2數(shù)據(jù)處理過程：
光纖光柵傳感器應(yīng)變公式如下所示：
Δε=Δλ S-K TS Δλ TK TK S
式中：Δε——應(yīng)變變化量（με）。
Δλ?S——光纖光柵應(yīng)變傳感器中心波長的變化量（pm）。
Δλ?T——光纖光柵溫度傳感器中心波長的變化量（pm）。
K?S——光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變靈敏度系數(shù)（pm/με）。
K?T——光纖光柵溫度傳感器的溫度靈敏度系數(shù)（pm/℃）。
K??TS?——光纖光柵應(yīng)變傳感器的溫度靈敏度系數(shù)（pm/℃）。
4.數(shù)據(jù)分析
根據(jù)數(shù)據(jù)處理的方法，對試驗樁的數(shù)據(jù)進行處理分析，可以得到壓樁力、樁端阻力、樁側(cè)摩阻力分別與貫入深度的關(guān)系如圖6所示。
如圖6的樁端阻力曲線圖所示，樁端阻力并不隨深度增加，其值不受土層埋藏深度的影響，而跟土層的性質(zhì)有關(guān)。有什么樣的土，就有什么樣的樁端阻力，只有在進入不同軟硬土層時，才發(fā)生突變。因此，在相似土性指標的不同土層，樁在貫入同一土層時，由于土層埋藏較深導致沉樁阻力提高，主要是樁側(cè)摩阻力的累積。
沉樁過程中，壓樁力在同一土層克服樁端阻力后，其高出的部分由樁側(cè)摩阻力來承擔，壓樁力隨著深度略有增加，樁側(cè)摩阻力也應(yīng)該略有增加，這表明作用在樁側(cè)的摩阻力并不是常值，但提高的幅度并不快，可以認為，樁側(cè)摩阻力并不是隨著深度而線性增加。
5.結(jié)束語
本文結(jié)合杭州富陽靜壓樁工程，對靜壓樁樁身進行了新型的應(yīng)力測試方法即光纖應(yīng)力測試的研究，本次試驗共使用光纖應(yīng)變傳感器38個，36個正常工作，2個損壞，存活率為94.7%。
且得出的數(shù)據(jù)精度很高。但是由于目前這種測試方法的應(yīng)用較少，相對傳統(tǒng)傳感器價格較高，且在后期數(shù)據(jù)整理中數(shù)據(jù)量較大，可在以后的研究中探索新的數(shù)據(jù)處理方法。
參考文獻?
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［基金項目］教育部高等學校博士點基金（No.20093721110002）資助；國家自然科學基金(No.51078196)資助。
［文章編號］1006-7619（2011）11-28-201
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