深厚回填土中灌注桩负摩阻力中性点的测试方法技术领域
本发明涉及岩土工程测试领域，尤其是深厚回填土中灌注桩负摩阻力中性点的测试方法。
背景技术
近些年来，我国在沿海地区广泛兴建工程建设，而这些地区往往大面积分布着含水量高、压缩性高、强度低的深厚淤泥及淤泥质土，为了满足上部结构荷载的需要，往往要大面积回填土，随着新近回填土发生的较大固结沉降，钻孔灌注桩桩侧会产生较大的负摩阻力，对桩体产生下拽作用，使得桩身破坏，桩身的有效承载力降低，还会引起建筑物基础产生不均匀沉降。若设计时未能充分合理的考虑到负摩阻力的影响，将会给工程项目带来巨大的安全隐患。
确定填土对桩产生的负摩阻力，首先必须要确定中性点的位置。所谓中性点，是指某一深度的桩断面上，桩身的沉降和桩周土的沉降相等。对于一般工程，通常采用建筑桩基技术规范中经验公式来确定，但由于负摩阻力中性点深度受到影响因素很多，如桩周土特性、桩端土特性等，且缺乏相应的工程经验和深入的理论研究，设计时很难以准确计算。同时由于桩侧负摩阻力中性点的位置会随着桩周土沉降而发生移动，需要现场进行长期监测进行动态分析，但现行的规范中并未明确规定对负摩阻力基桩的现场测试和长期监测方法。
目前，研究单桩桩身内力的测试多针对于钢桩和混凝土预制桩，而关于灌注桩的研究则极少。最常用的方法是在桩体安装应变式传感器，将应变计贴在主筋表面上，但由于传感器本身对环境要求较高（温度、水、导线长等），容易受到较大影响，且施工时难以保护（易于脱落）等原因，测试结果往往难以达到理想状态，同时，该方法难以准确测得桩身不同断面的沉降。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了深厚回填土中灌注桩负摩阻力中性点的测试方法，通过分别对桩周土体和桩身沉降测量，确定理论中性点的位置，同时综合桩身轴力测试的结果，确定中性点的准确位置。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种深厚回填土中灌注桩负摩阻力中性点的测试方法，其特征在于：分别测量灌注桩的桩身各截面处的沉降量和所述灌注桩的桩周土体各深度处的沉降量；结合对比两个所述沉降量，当所述灌注桩的桩身沉降量与所述桩周土体的沉降量相一致时，该沉降量相一致的位置判断为所述灌注桩的负摩阻力理论中性点的位置。
通过所述灌注桩的桩身轴力测试分析出所述灌注桩的负摩阻力中性点的位置，并以该负摩阻力中性点的位置对所述负摩阻力理论中性点的位置进行校核，分析出所述灌注桩的负摩阻力中性点的准确位置。
所述结合对比两个所述沉降量指的是，分别绘制所述灌注桩的各截面处的桩身沉降量和所述桩周土体各深度处的沉降量随时间的变化曲线，结合对比两个曲线，其交点为所述灌注桩的桩身沉降量与所述桩周土体的沉降量相一致的位置。
所测量的所述灌注桩的桩身截面的位置与所测量的所述桩周土体的深度位置相对应。
本发明的优点是：
1、测量结果更为直接、直观，理论上更可靠，可测得桩身不同断面的沉降量。桩身不同断面的沉降量采取多组位移杆方式测量，且在位移杆外设置位移保护管，可避免测量断面以上混凝土部分与位移杆的直接接触，使得测得结果即为该断面的理论沉降值。
2、采用的装置，如钢筋应力计，位移杆，分层沉降管等，受环境影响较小，测试方法简单，数据稳定，成本较低，更具有实用性，便于长期监测。
3、通过测量桩土的沉降和桩身轴力综合判断中性点位置，而不是通过单一测量桩身轴力的方法，使得中性点的位置更加准确可靠。
4、可用于中性点位置的长期监测，适用范围广，对一般灌注桩都适用，更具实用性，可操作性。
附图说明
图1为本发明的平面布置示意图；
图2为本发明的第一种剖面布置示意图；
图3为本发明的第二种剖面布置示意图；
图4为本发明中位移保护管的管口和位移杆的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为本发明中位移保护管的管底的结构示意图；
图7为图6的俯视图；
图8为本发明中钢筋应力计的安装结构示意图；
图9为本发明中分层沉降管的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-9所示，图中标记1-24分别表示为：土体1、灌注桩桩身混凝土2、钢筋应力计3、灌注桩纵向主筋4、位移保护管底盖5、位移保护管6、细扎丝7、位移杆8、钢筋应力计信号线9、分层沉降管底盖10、分层沉降管11、沉降磁环12、定位环13、钢板14、砖15、分层沉降管顶盖16、内箍筋17、外箍筋18、刻度19、蜡烛油20、焊缝21、对接管22、螺丝23、防水处理区域24。
实施例：本实施例中深厚回填土中灌注桩负摩阻力中性点的测试方法可通过一套测试装置来实现，该测试装置包括钢筋应力计3、位移保护管6、位移杆8和分层沉降管11，其中钢筋应力计3作为轴力测量装置用于测量灌注桩的轴力，位移保护管6和位移杆8作为桩身沉降测量装置用于测量灌注桩不同截面处的沉降量，分层沉降管11作为桩周土体沉降测量装置用于测量桩周土体不同深度处的沉降量。
如图2所示，灌注桩布设在土体1之中，其灌注桩桩身混凝土2位于土体1的表面以下，其灌注桩纵向主筋4位于内箍筋17和外箍筋18之间。在灌注桩的钢筋笼绑扎完成后，选取钢筋笼中两根相对称的灌注桩纵向主筋4，且沿灌注桩纵向主筋4的长度方向均匀间隔布置钢筋应力计3。钢筋应力计信号线9沿着灌注桩纵向主筋4与位移保护管6之间的空隙往上绑扎固定，防止桩身浇筑时被混凝土导管触碰而破坏。
如图1、图2和图3所示，将位移保护管6对称布置于桩身内，在桩身内每个布置钢筋应力计3的截面处对称布置两个位移保护管6，以便在测量灌注桩不同截面处的沉降量时取均值以减小误差。位移保护管6通过细扎丝7绑扎固定在灌注桩纵向主筋4的内侧，其底端与钢筋应力计3中传感器中心位置一致，也就是说，位移保护管6所测量的灌注桩的截面位置与钢筋应力计3所处的截面位置吻合适配。当灌注桩纵向主筋4上布置有若干钢筋应力计3时，在桩身内便可布置与钢筋应力计3的数量相对应的若干组位移保护管6，每组位移保护管6包含有两个位移保护管。
如图2、图4和图5所示，在位移保护管6的内部放置有位移杆8，位移杆8上具有刻度19，在使用时，在每个位移保护管6内放入带刻度的位移杆8，待其稳定后，记录下位移保护管6管口对应的位移杆8上的刻度值，同时，采用电子水准仪进行每个位移保护管6管口的标高测量，即可计算出桩身不同的截面的标高以及其绝对沉降量。
如图1和图2所示，分层沉降管11布置在灌注桩外围的土体1之中，分层沉降管11上设置有若干定位环13，定位环13用于确定沉降磁环12的安装位置并完成沉降磁环12与分层沉降管11之间的连接固定。若干沉降磁环12沿分层沉降管11的长度方向均匀间隔布置。在使用时，通过电子水准仪测量分层沉降管11管口的初始标高，再采用分层沉降仪测读出每个沉降磁环12的距管口的标高，即可计算出该处土层的绝对标高以及其绝对沉降量，同一截面的沉降量取均值。
本实施例中的测试方法包括如下具体步骤：
1）按上述结构完成测试装置的安装。分层沉降管11的布置是等到灌注桩的注浆完成以后。待灌注桩的桩身养护完成，桩体成型后，采用频率读数仪进行钢筋应力计3的初始值测读和记录。
2）在每个位移保护管6内放入带刻度的位移杆8，如图4所示，待其稳定后，记录下位移保护管6管口对应的位移杆上的刻度值，同时，采用电子水准仪进行每个位移保护管6管口的标高测量，即可计算出灌注桩桩身不同的截面的标高以及其绝对沉降量。此处的不同的截面指的是，在灌注桩的桩身内设置有若干组位移保护管6，每组位移保护管6对应于一个截面，而每组位移保护管6的底端在设置时所处的深度不同，因此若干组位移保护管6对应于若干不同深度的截面，通过若干组位移保护管6便可测得灌注桩桩身不同截面的沉降量。
3）通过电子水准仪测量分层沉降管11管口的初始标高，再采用分层沉降仪测读出每个沉降磁环12的距分层沉降管11管口的标高，即可计算出每个沉降磁环12处土层的绝对标高以及其绝对沉降量，从而实现桩周土体不同深度处的沉降量的测量。每个沉降磁环12所对应的同一截面的沉降量取均值。
4）每天进行数据的测量和分析，绘制出不同深度处桩身截面和土层的沉降随时间的变化曲线，即通过位移保护管6和位移杆8所测得的灌注桩桩身不同截面处的沉降量和通过分层沉降管11和沉降磁环12所测得的桩周土体不同深度处的沉降量随时间的变化曲线，两个曲线中的交点即为桩身截面和土层沉降相一致的点的位置，可得出一个理论中性点的位置，且可以看出中性点随着时间的变化趋势。在具体测试时，可以将位移保护管6的底端位置与沉降磁环12的设置位置相对应，保证测量的灌注桩的桩身截面的位置与所测量的桩周土体的深度位置相对应，以提高测试的准确性。
5）同时，根据所测得的桩身不同截面处的钢筋应力计3的数据，绘制桩身轴力随时间的变化曲线，分析出桩身轴力最大位置处，即中性点位置处。
6）在通过桩土位移随时间的沉降曲线分析出的中性点基础上，综合桩身轴力测试的结果，两者结果取均值，即最终得出负摩阻力中性点的准确位置。
在使用本实施例中的测试装置进行深厚回填土中灌注桩负摩阻力中性点的测试时，每次通过高精密的电子水准仪测得分层沉降管11和各组位移保护管6顶端的标高，然后通过分层沉降仪测量分析出桩周土体不同深度处土层的沉降，通过位移杆8上的刻度19分析得出灌注桩的桩身不同截面处沉降，绘制出不同深度处桩身截面的沉降随时间的变化曲线，加入桩身长度范围内桩周土体各土层随时间的沉降曲线，两者的交点处即为理论中性点位置，同时结合桩身轴力的测试结果分析出的中性点位置，进而对比得出中性点的准确位置。
本实施例在具体实施时：呈均匀间隔布置的钢筋应力计3之间的间距可选择为3m-4m，以保证轴力测量的准确性。钢筋应力计3与灌注桩纵向主筋4之间的连接固定可以先将灌注桩纵向主筋4上需布置钢筋应力计3传感器位置处的钢筋截断，再采用双面焊接方式将钢筋应力计3焊接于灌注桩纵向主筋4上，钢筋应力计3与纵向主筋4之间形成焊缝21，如图8所示，焊缝21的长度满足于两者之间连接强度的要求。在将钢筋应力计3焊接到灌注桩纵向主筋4上时，应不断对焊接处（焊缝21的位置）进行冷却，以免焊缝21的温度过高而影响钢筋应力计3的精度。
每根钢筋应力计信号线9应在其接头处贴带有深度及编号的标签，便于每次测试记录。
当钻机完成灌注桩桩孔后，应立即进行桩身桩径的测量，随即将钢筋笼沉入孔中，进行桩身浇筑混凝土，对位移保护管6的顶端和底端都进行密封处理，防止混凝土等加固材料进入影响带刻度19的位移杆8的放入。一般而言，可以在位移保护管6的底端采用位移保护管底盖5盖住，并采用蜡烛油20进行密封处理，如图6和图7所示，从而防止浇筑桩身时泥浆等材料进入位移保护管6的内部。与此同时，将位移保护管6的顶端也采用顶盖盖住，避免浆料进入。同样地，如图2和图3所示，分层沉降管11的顶端和底端也分别采用分层沉降管顶盖16和分层沉降管底盖10密封，防止施工材料进入到分层沉降管11的内部。
位移保护管6采用外部套对接管加螺丝的方法连接（如图7），同时对接处采用防水胶带进行包裹做防水处理，以防水泥浆料等进入。
由于分层沉降管11的长度需要满足测试的实际需求，即不小于灌注桩的桩长，以分析出在灌注桩桩长范围内的桩周土体不同深度处土层的沉降，因此分层沉降管11可以采取分段式的拼接结构来满足需要。如图9所示，两个分层沉降管11的首尾两端之间设置有对接管22，对接管22分别套装在两根分层沉降管11连接部外围，且对接管22分别与两个连接端之间通过螺丝23连接固定，使得两个分层沉降管11通过对接管22连接固定形成一体。为了保证连接部的密封性，避免地下水的流入，在对接管22以及两根分层沉降管11连接部的外围设置防水处理区域24。防水处理区域24一般可通过包裹防水胶带或套装密封环的方式形成。同样地，由于位移保护管6的长度也需要满足测试的实际需求，因此也可以参照分层沉降管11的结构形式来制作位移保护管6。
在灌注桩桩体和分层沉降管11的周围可砌筑围护结构，如图1、图2和图3所示，围护结构包括钢板14和砖15，砖15半封闭地围砌在桩体和分层沉降管11外围，钢板14盖在砖15上方，以对砖15所围成的半封闭围砌进行封闭，避免长期监测时测试装置受到破坏。
除了采用位移杆8之外，还可以在位移杆6的外壁的顶端，沿着杆身粘贴塑料刻度尺，便于直接读出位移杆相对位移保护管的沉降差，避免每次立杆于位移杆上测量引起的误差。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，如：轴力测量装置的选择、灌注桩桩身不同截面处沉降量和桩周土体不同深度处的测量装置选择等，故在此不一一赘述。