CN102797269A - 预应力管桩载荷试验用内力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预应力管桩载荷试验用内力测试方法，包括以下步骤：一、测管安装：在施工完成的预应力管桩内安装滑动测微计的测管，所述测管呈竖直向布设在预应力管桩的管桩桩芯中部；测管底部通过密封盖进行密封且其内装满水；二、填充材料注入：采用注浆设备由下至上向预应力管桩的管桩桩芯与测管之间的空腔内注入由水、水泥和膨润土组成的填充材料；三、加载装置安装；四、载荷加载；五、桩身内力测试：加载完成且预应力管桩沉降稳定后，采用滑动测微计对预应力管桩的桩身内力进行测试。本发明方法步骤简单、实现方便且测试精度高、投入成本低，能简便、快速且准确得出预应力管桩的内力测试结果。
Description
技术领域
本发明属于预应力管桩内力测试技术领域，尤其是涉及一种预应力管桩载荷试验用内力测试方法。
背景技术
八十年代初，瑞士联邦苏黎世科技大学岩石及隧道工程系K.Kovari教授等提出了线法监测原理（Linewise observation），区别于以应变计为代表的点法监测原理（Pointwise Observation）；并根据线法监测原理研制了一系列的便携式仪器（其中包括滑动测微计），以区别于应变计、多点伸长计等固定埋设式仪器，此类仪器己申报专利并委托瑞士Solexperts AG公司生产销售。
滑动测微计是根据线法监测原理研制的一种便携式高精度应变测试仪器，它可以1m为标距连续地测定测线方向的应变，进而计算各点的应力和位移。该系列仪器由瑞士研制和生产，20世纪80年代后期引入中国，在国内桩基、深基坑、隧道、边坡、大坝等工程现场监测中得到了成功应用，与其他同类测试仪器相比，可获得更高的测试精度。滑动测微计为移动式测试仪器，其可连续地测量相邻两点间的平均应变，这样就可以导出整条测线上轴向应变分布及任意点的位移，一套仪器可用于多个钻孔和多个工程，特别适用于岩土工程现场应变（变形)监测。实际测试时，滑动测微计能在被测介质内沿测线自由移动并连续地测定相邻两点（间距为1000mm）之间的相对变形，分辨率为0.001mm/m的应变和变形测试仪器。
滑动测微计主要由测试探头、测管（英文名称为Measuring pipe）、数据采集仪、导杆（也称测杆）等组成，其中测管由塑料套管（英文名称为Casing）和测标（英文名称为Measuring Mark）组成。其中，测标为由硬金属或硬塑料等材料制成的锥形环和外壳组成的量测标志；测试探头采用球锥定位原理来测量测管上的测标，而且传感器精度很高，在每次测量前后进行定期校准，可到达非常高的测量精度和长期稳定性。实际测试时，在塑性套管上每米间隔布设一个测标，将测线划分成若干段，通过灌浆，测标与被测介质牢固地浇筑在一起，当被测介质发生变形时，将带动测标与之同步变形。从而用滑动测微计逐段测出各标距长度随时间的变化，从而得到反映被测介质沿测线的变形分布规律。
采用滑动测微计测试之前，需将测管布设于被测试管桩内，且在被测试管桩与测管之间设置填充材料。实际测试过程中，桩壁变形通过被测试管桩与测管之间的填充材料传递给测管，通过测试测管的变形情况则可间接测定被测试管桩的桩壁变形。现如今，一种利用水、水泥和膨润土按一定的比例混合制备的填充材料由于强度可控，对桩体弹性模量影响小，且与被测桩体变形协调性好的优点，近年在管桩应变测试中逐步得到推广应用。该填充材料在使用时，需要开展室内试验，确定填充材料各组分的含量和判断管桩应变测试的合理时间。
预应力管桩（即预应力混凝土管桩）具有强度高、质量稳定、造价低等优点，近年来作为建筑的桩基础得到广泛应用。在桩基内力测试方法中，滑动测微技术由于精度高、可靠性强、信息量大的优点，近年在桩基内力测试中得到越来越广泛的应用。应用滑动测微技术进行桩基内力测试时，具体是采用滑动测微计且基于线法监测原理进行测试。当采用滑动测微计对桩身内力进行测试时，通过在被测试桩身中设置测管进行测试，该测管便为桩身内力测试用测管。
而预应力管桩在设计之前，通常要进行单桩载荷试验评定承载能力，而在载荷试验时进行内力测试可以为桩基础的优化设计提供依据。但是，由于预应力管桩桩壁较薄，采用离心成型、蒸压养护等生产工艺，使得预应力管桩的内力测试存在较大的困难。采用传统的内力测试方法，一方面会改变了预应力管桩的桩身材料特性和受力特性，另一方面安装施和工难度大，测试精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其方法步骤简单、实现方便且测试精度高、投入成本低，能简便、快速且准确得出预应力管桩的内力测试结果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、测管安装：在施工完成的预应力管桩内安装滑动测微计的测管，所述测管呈竖直向布设在预应力管桩的管桩桩芯中部；
所述测管由上下两端均开口的塑性套管和多个由下至上安装在塑性套管上的测标组成；所述测管底部通过密封盖进行密封，且测管内装满水；
步骤二、填充材料注入：采用注浆设备由下至上向预应力管桩的管桩桩芯与测管之间的空腔内注入填充材料，所述填充材料为由水、水泥和膨润土按照重量比1000︰600～1200︰75的比例均匀混合形成的混合浆液；
步骤三、加载装置安装：在预应力管桩的正上方安装加载装置；
步骤四、载荷加载：当步骤二中所注入填充材料的单轴抗压强度处于测管的单轴抗压强度与预应力管桩的单轴抗压强度之间，且步骤二中所注入填充材料的单轴抗压弹性模量处于测管的单轴抗压弹性模量与预应力管桩的单轴抗压弹性模量之间时，采用所述加载装置由上至下对预应力管桩进行加载，此时所述加载装置施加在预应力管桩桩顶上的载荷为FN；
步骤五、桩身内力测试：采用所述滑动测微计对加载前后预应力管桩桩身不同深度处的应变值进行测试，并根据测试结果分析处理得出加载载荷FN时预应力管桩的桩身内力。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤四中采用所述加载装置由上至下对预应力管桩进行加载的次数为多次，且多次加载时，所述加载装置施加在预应力管桩桩顶上的载荷均不相同；多次记载过程中，每一次加载完成且预应力管桩沉降稳定后，均采用所述滑动测微计对预应力管桩的桩身内力进行测试，便可得到预应力管桩在加载不同载荷时的桩身内力测试结果。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤二中所述填充材料注入N天后，所述填充材料的单轴抗压强度处于测管的单轴抗压强度与预应力管桩的单轴抗压强度之间，且步骤二中所注入填充材料的单轴抗压弹性模量处于测管的单轴抗压弹性模量与预应力管桩的单轴抗压弹性模量之间，此时采用所述加载装置由上至下对预应力管桩进行加载；其中，N不小于14。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤四中采用单轴抗压强度试验确定所述加载装置的加载时间，所述加载装置的加载时间为步骤二中所述填充材料注入M天后；
采用单轴抗压强度试验确定所述加载装置的加载时间时，先将步骤二中所述填充材料制作成圆柱形试样，并对制作完成的所述圆柱形试样进行养护，且养护过程中对所述圆柱形试样同步进行单轴抗压强度试验；
当试验测试得出所述圆柱形试样的单轴抗压强度处于测管的抗压强度与预应力管桩的单轴抗压强度之间，且其单轴抗压弹性模量处于测管的单轴抗压弹性模量与预应力管桩的单轴抗压弹性模量之间时，所述圆柱形试样达到加载条件，此时所述圆柱形试样的养护时间为M天。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：将步骤二中所述填充材料制作成圆柱形试样时，采用制样装置进行制作；所述制样装置包括上下两端均开口的对开模和对对开模的下部开口进行封堵的底部封堵件，所述对开模与所述底部封堵件组成一个用于制作圆柱形试样的成型模具，所述成型模具内部为一个上部开口的圆柱形成型腔，所述圆柱形成型腔的直径与圆柱形试样的直径相同，且所述圆柱形成型腔的高度大于圆柱形试样的高度；所述成型模具外侧套装有一个上部开口的密封套，且所述密封套外侧设置有多个紧箍件，多个所述紧箍件由上至下进行布设。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤四中所述加载装置加载过程中，采用测力装置对所述加载装置施加在预应力管桩桩顶上的载荷FN进行实时检测，并将检测结果同步传送至数据处理器；且步骤四中所述加载装置加载过程中，采用位移检测单元对预应力管桩的桩顶沉降量进行实时检测，并将检测结果同步传送至数据处理器；
步骤五中进行桩身内力测试时，先采用所述滑动测微计对加载前后预应力管桩桩身不同深度处的应变值进行测试，且所述滑动测微计的数据采集仪将测试结果同步传送至所述数据处理器；之后，通过所述数据处理器对步骤四中所述加载装置施加在预应力管桩桩顶上的载荷FN和加载载荷FN时预应力管桩桩身不同深度处的应变值进行分析处理，得出加载载荷FN时预应力管桩的桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤一中所述测管的数量为一根或多根；
所述数据处理器对所述加载装置施加在预应力管桩桩顶上的载荷FN和加载载荷FN时预应力管桩桩身不同深度处的应变值进行分析处理时，其分析处理过程如下：
步骤501、桩身应变曲线绘制：根据所述滑动测微计测试得出的加载载荷FN时预应力管桩桩身不同深度处的应变值，绘制出加载载荷FN时预应力管桩的桩身实测应变曲线；
当所述测管的数量为一根时，所述桩身实测应变曲线为所述滑动测微计测试得出的预应力管桩桩身应变值随深度变化的曲线；
当所述测管的数量为多根时，所述滑动测微计相应得出加载载荷FN时的多组预应力管桩桩身不同深度处的应变值，多组所述预应力管桩桩身不同深度处的应变值分别与多个测管相对应，且所述桩身实测应变曲线为预应力管桩的平均应变值随深度变化的曲线，所述平均应变值为多组所述预应力管桩桩身不同深度处的应变值的平均值；
步骤502、桩身应变曲线拟合：采用桩身应变曲线的多项式拟合方法，对步骤501中所述的桩身实测应变曲线进行拟合，获得加载载荷FN时预应力管桩的桩身应变拟合曲线；所述桩身应变拟合曲线为预应力管桩的桩身拟合应变值随深度变化的曲线；
步骤503、桩身混凝土弹性模量获取：根据公式
计算得出预应力管桩的桩身混凝土弹性模量；
式中A为预应力管桩的桩截面积且其单位为m2，Qi为预应力管桩桩顶上所加载的载荷FN且其单位为kN；ε0i为桩顶加载载荷FN时所述预应力管桩桩顶的拟合应变值；
步骤504、桩身轴力计算：根据公式Q(z)=AEiεi(z)，计算得出预应力管桩各位置处的桩身轴力；
式中A为预应力管桩的桩截面积且其单位为m2，εi(z)为预应力管桩桩身在深度z处的拟合应变值，Q(z)为预应力管桩桩身在深度z处的轴力，Ei为预应力管桩的桩身混凝土弹性模量；
步骤505、桩侧摩阻力计算：根据公式
计算得出预应力管桩各位置处的桩侧摩阻力；
式中D为预应力管桩的外径且其单位为m，Q(z)为预应力管桩桩身在深度z处的轴力，qs(z)为预应力管桩桩身在深度z处的桩侧摩阻力；
步骤506、桩端阻力计算：根据公式计算得出预应力管桩的桩端阻力；
式中A为预应力管桩的桩端截面积且其单位为m2，Qn为桩顶加载载荷FN时所述预应力管桩桩端的轴力且其单位为kN。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤一中对测管进行安装时，其安装过程如下：
步骤101、预应力管桩内注水：所述预应力管桩施工完成后，向预应力管桩的管桩桩芯内注满水；
所述预应力管桩底部密封焊接有钢桩尖，且所述管桩桩芯底部通过钢桩尖密封后形成一个上部开口的储水腔；
步骤102、测管安装：所述测管由多个测管节段从下至上连接组成，且相邻两个测管节段之间密封连接，多根所述测管节段中位于最下部的测管节段为底部测管节段且其底部通过密封盖进行密封，且所述测管的安装过程如下：
步骤1021、底部测管节段下放：先将所述底部测管节段竖直向放置于所述管桩桩芯的正上方，再采用向所述底部测管节段内连续注水的方式，将所述底部测管节段逐渐进行竖直下沉，直至所述底部测管节段顶端高出所述管桩桩芯内水位的高度为h为止；其中h=30cm～70cm；
步骤1022、上一个测管节段接高及下放：将上一个需安装的测管节段密封连接于此时已下放到位的测管节段上，此时当前所下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段形成一个注水腔，且当前所下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段均呈同轴布设；之后，通过向所述注水腔内连续注水的方式，将当前需下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段一并逐渐进行竖直下沉，直至当前所下放的测管节段顶端高出所述管桩桩芯内水位的高度为h为止；
步骤1023、多次重复步骤1022，直至完成所述测管中所有测管节段的下放过程，此时所述测管安装完成，且所述底部测管节段的底部与所述管桩桩芯的底部相接触；
所述测管安装完成后，其内部装满水。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤一中所述测管的数量为一根或多根；
当所述测管的数量为一根时，测管外侧由下至上装有多个扶正器一，上下相邻两个所述扶正器一之间的间距为2m～3m；所述测管在多个所述扶正器一的扶正作用下竖直向布设于所述管桩桩芯的内部中心处；且对所述测管进行安装过程中，同步由下至上对多个所述扶正器一分别进行安装；
当步骤一中所述测管的数量为多根时，多根所述测管的结构和尺寸均相同；步骤一中进行测管安装时，对多根所述测管同步进行安装，且多根所述测管的安装进度均相同；多根所述测管的安装方法均相同，且均按照步骤1021至步骤1023所述的方法进行安装；
多根所述测管沿圆周方向进行均匀布设，多根所述测管通过由下至上布设的多个扶正器二组装为一体，且多根所述测管组装成一个测管组；上下相邻两个所述扶正器二之间的间距为2m～3m；所述测管组在多个所述扶正器二的扶正作用下竖直向布设于所述管桩桩芯的内部中心处；且步骤二中对多根所述测管进行同步安装过程中，同步由下至上对多个所述扶正器二分别进行安装。
上述预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征是：步骤一中所述测管安装完成后，所述测管的顶端高出预应力管桩桩顶的高度为8cm～20cm；多个所述测标中位于最上部的测标为顶部测标，且所述顶部测标与预应力管桩桩顶之间的距离大于预应力管桩的外径；位于所述顶部测标下方且与其相邻的测标与地面相平齐；多个所述测标中位于最下部的测标为底部测标，且所述底部测标与所述管桩桩芯底部的距离为d3，其中10cm＜d3＜30cm；
步骤二中采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管之间的空腔内注入填充材料时，注浆压力为0.2MPa±0.02MPa；采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管之间的空腔内注满填充材料后，所注入填充材料经12小时±0.5小时初凝，之后还需采用注浆设备向所述管桩桩芯与测管之间的空腔内补注填充材料，使得凝固后的填充材料顶面与预应力管桩的桩顶相平齐。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤设计合理、操作简便且实现方便，投入成本低。
2、测管安装方法步骤简单、操作简便且投入成本低，同时测管安装步骤设计合理且可操作性强，主要包括采用钢桩尖封闭桩底后逐节沉桩且地面以上预留桩头、预连接测管并对测管接头进行防水处理、将预应力管桩桩芯注满水，密封测管底端后向桩芯中逐段下沉测管且随着测管接长同步向测管中注水、测管逐段下沉测管与接高过程中沿预应力管桩深度方向每隔2～3m设置一个扶正器、采用注浆设备将填充材料注入预应力管桩桩芯与测管之间的空隙中、采用抗浮装置固定测管等步骤，各步骤设计合理，测管安装可靠，且施工过程简单。
3、测管安装速度快且测管安装质量高，有效解决了测管在预应力管桩中进行安装的技术难题，保证了测管位于预应力管桩内的测试位置，从而可测准确测得桩壁应变。同时，本发明所采用的测管安装方法既克服现有测管安装方法时常出现的测管变形、扭曲、折断、管内不洁或落入异物等问题，又保证了测标位于正确测试位置，提高了测管的防水性能和应变测试精度。同时，本发明的安装方法简单，所需施工设备较少、成本低，便于推广使用。
4、进行单轴抗压强度试验时，所采用的制样装置结构简单、加工制作及拆装方便且投入成本低，同时使用操作简便，可简便完成圆柱形试样的制作过程。另外，由于所采用密封套进行防漏处理，实现方便且防漏效果好。所采用的制样装置使用方式灵活，实际使用时，可一次性制作多个试样，也可以一次只制作一个试样。实际制样时，可根据需要制作试样的数量和尺寸对对开模进行加长，且对开模的加长非常简单，而实际制备时只需相应增加填充材料混合浆液的注入量，并预留凝固收缩体积便可。另外，所制作的圆柱形试样质量高，由于本实用新型所制作的初步试样比需制作圆柱形试样高度高4cm～6cm，经过初凝养护并进一步切平加工处理，能简便且高质量地制作出标准试样。
5、采用锚桩法或堆载荷法加载且加载及应变测试方便，加载装置上所安装的压力传感器测量所加荷载值，在预应力管桩中设置了应变测试用测管，桩壁应变通过测管与预应力管桩之间的填充材料传递给测管，测试探头在测管内滑动测试测管内相邻测标之间的应变值，进而得到不同深度处的预应力管桩桩壁应变值。根据每级荷载下预应力管桩桩顶荷载值和不同深度处的预应力管桩桩壁应变值，便可得到每级荷载下预应力管桩应力与应变关系，结合桩身不同深度处应变测试结果，通过数据处理器便可自动计算得到桩基内力测试结果。
6、使用效果好，本发明通过在预应力管桩与测管之间浇注填充材料，使桩壁应变通过填充材料传递给测管，通过测试测管应变反映桩壁在荷载的作用下的应变值，测试数据可以根据弹性模量与应变的关系对不同加压级别下的混凝土弹性模量进行修正。本发明所采用的应变测试用填充材料具有强度可控，对桩体弹性模量影响小，与被测预应力管桩变形协调性好的优点。
综上所述，本发明方法步骤简单、实现方便且测试精度高、投入成本低，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为采用本发明进行内力测试时的方法流程框图。
图2为采用本发明进行内力测试时的测试状态示意图。
图3为图2的I-I剖视图。
图4为本发明所采用测试探头的使用状态参考图。
图5为本发明所采用测试探头处于滑动状态时的使用状态参考图。
图6为本发明所采用测试探头处于测量状态时的使用状态参考图。
图7为采用本发明对两根测管安装完成后的结构示意图。
图8为图7中A处的局部放大示意图。
图9为本发明所采用扶正器一的结构示意图。
图10为图9的俯视图。
图11为本发明安装2根测管时所采用扶正器二的结构示意图。
图12为图11的左视图。
图13为图11的俯视图。
图14为本发明安装4根测管时所采用扶正器二的结构示意图。
图15为本发明所采用制样装置一的使用状态参考图。
图16为本发明所采用对开模的结构示意图。
图17为本发明所采用制样装置二的使用状态参考图。
图18为图17的I-I剖视图。
附图标记说明:
1—数据采集仪； 2—数据线； 3—测管；
4—预应力管桩； 5—测杆； 6—填充材料；
7—地面； 8—测试探头； 9—塑性套管；
10—测标； 11-1—扶正器一； 11-2—扶正器二；
12—桩壁； 13—密封盖； 14—钢桩尖；
15-加压梁； 16-压力传感器； 17-千斤顶；
18-传力梁； 19-测管预留孔； 20-位移传感器；
21—锚桩； 22—反力梁； 18-1—上套环；
18-2—下套环； 20-1—上圆环； 20-2—下圆环；
23-1—对开模； 23-2—底盖； 23-3—紧箍夹；
23-4—橡胶水带； 23-5—圆柱形试样； 23-6—半圆形模板；
23-7—透明胶带； 23-8—分离筛； 23-9—圆板；
23-10—加长管。 24-10—搅拌机； 24-11—注浆泵；
24-12—注浆管； 24-13—搅拌筒； 24-14—固定夹板；
24-15—配重物； 24-16—万能胶层； 24-17—防水胶带；
24-19—肋架； 24-21—内圆环。
具体实施方式
如图1所示的一种预应力管桩载荷试验用内力测试方法，包括以下步骤：
步骤一、测管安装：在施工完成的预应力管桩4内安装滑动测微计的测管3，所述测管3呈竖直向布设在预应力管桩4的管桩桩芯中部。所述测管3的结构详见图2。
所述测管3由上下两端均开口的塑性套管9和多个由下至上安装在塑性套管9上的测标10组成；所述测管3底部通过密封盖13进行密封，且测管3内装满水。
本实施例中，步骤一中对测管3进行安装时，其安装过程如下：
步骤101、预应力管桩内注水：所述预应力管桩4施工完成后，向预应力管桩4的管桩桩芯内注满水。
所述预应力管桩4底部密封焊接有钢桩尖14，且所述管桩桩芯底部通过钢桩尖14密封后形成一个上部开口的储水腔。
实际施工过程中，对预应力管桩4进行施工时，按照常规预应力混凝土桩的施工方法进行施工。本实施例中，所述预应力管桩4由多个桩节由下至上拼装组成，且上下相邻两个所述桩节之间的接头位置采用焊接方式进行密封连接。对预应力管桩4进行施工时，按照常规方法，依次完成吊桩、插桩、沉桩、接桩和送桩等过程。实际进行接桩时，采用焊接设备绕预应力管桩4接头位置一周，并将上下相邻两个所述桩节焊接成一体。而对预应力管桩4进行沉桩时，采取逐节沉桩的施工方式，所采用的沉桩方法包括锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法、中掘法等，其中静压法用得最多。本实施例中，采用静压法进行沉桩。
综上，对预应力管桩4进行施工之前，先在多个上所述桩节中位于最下部的桩节底部密封焊接钢桩尖14。待预应力管桩4施工完成后，在地面7以上预留的桩头。由于预应力管桩4的桩端焊接钢桩尖14封闭桩底，并且相邻两个所述桩节的接头处采用焊接方式进行密封连接，因而能有效保证向所述管桩桩芯内注水时，焊缝位置不发生渗漏。
步骤102、测管安装：所述测管3由多个测管节段从下至上连接组成，且相邻两个测管节段之间密封连接，多根所述测管节段中位于最下部的测管节段为底部测管节段且其底部通过密封盖13进行密封，因而能有效保证向所述测管3内注水时，不发生渗漏。本实施例中，所述塑性套管9为HPVC管（硬质塑料管）。
所述测管3为滑动测微计的测管，所述滑动测微计的测试探头8为一两端带有球形测头的探头，且所述测试探头8的长度与上下相邻两个测标10之间的间距相同；所述测试探头8内装一个LVDT位移计和一个NTC温度计。本实施例中，所述塑性套管9通过多个所述测标10分为多个塑性套管节段，上下相邻两个测标10之间均通过所述塑性套管节段进行连接。
且所述测管3的安装过程如下：
步骤1021、底部测管节段下放：先将所述底部测管节段竖直向放置于所述管桩桩芯的正上方，再采用向所述底部测管节段内连续注水的方式，将所述底部测管节段逐渐进行竖直下沉，直至所述底部测管节段顶端高出所述管桩桩芯内水位的高度为h为止；其中h=30cm～70cm；
本实施例中，h=50cm。实际施工时，可根据实际具体需要，对h的数值在30cm～70cm范围内进行相应调整。
步骤1022、上一个测管节段接高及下放：将上一个需安装的测管节段密封连接于此时已下放到位的测管节段上，此时当前所下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段形成一个注水腔，且当前所下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段均呈同轴布设；之后，通过向所述注水腔内连续注水的方式，将当前需下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段一并逐渐进行竖直下沉，直至当前所下放的测管节段顶端高出所述管桩桩芯内水位的高度为h为止。本实施例中，h=50cm。
步骤1023、多次重复步骤1022，直至完成所述测管中所有测管节段的下放过程，此时所述测管3安装完成，且所述底部测管节段的底部与所述管桩桩芯的底部相接触。
所述测管3安装完成后，其内部装满水。
本实施例中，步骤1023中所述测管3安装完成后，在未进行测量的桩体下，还需采用密封盖13对安装完成的测管3顶部进行密封，防止杂物进入测管3中。
步骤一中所述测管3安装完成后，所述测管3的顶端高出预应力管桩4桩顶的高度为8cm～20cm。多个所述测标10中位于最上部的测标10为顶部测标，且所述顶部测标与预应力管桩4桩顶之间的距离大于预应力管桩4的外径；位于所述顶部测标下方且与其相邻的测标10与地面6相平齐；多个所述测标10中位于最下部的测标10为底部测标，且所述底部测标与所述管桩桩芯底部的距离为d 3，其中10cm＜d3＜30cm。
多个所述测标10呈均匀布设，且上下相邻两个测标10之间的间距为1m±0.001m。本实施例中，上下相邻两个测标10之间的间距均为1m。
实际对预应力管桩4进行施工时，所述预应力管桩4在地面7以上留有桩头，所述顶部测标位于所述桩头内。实际施工时，所述桩头的高度为h=d3+d4+△，其中d3为所述顶部测标与其下方相邻的测标10之间的间距，d4为预应力管桩4的外径，△=10cm±2cm。
本实施例中，所述测管3的顶端高出预应力管桩4桩顶的高度为10cm。实际施工时，可根据具体需要，对测管3顶端高出预应力管桩4桩顶的高度进行相应调整。上下相邻两个测标10之间的间距均为1m。实际施工时，可根据具体需要，对上下相邻两个测标10之间的间距进行相应调整。其中，△=10cm，所述桩头的高度为h=d3+d4+△=1m+d4+10cm。所述底部测标与所述管桩桩芯底部的距离为15cm。实际施工时，可根据具体需要，对所述底部测标与所述管桩桩芯底部的距离进行相应调整。
结合图8，所述测管节段的长度为3m～4m。步骤1022中将上一个需安装的测管节段密封连接于此时已下放到位的测管节段上时，先将上一个需安装测管节段的下部接头和此时已下放到位的测管节段的上部接头上均涂抹一层万能胶后进行对接，再采用防水胶带24-17对上一个需安装测管节段与此时已下放到位的测管节段之间的对接处进行密封。实际连接后，所涂抹的万能胶相应形成一个万能胶层24-16。
本实施例中，所述塑性套管9由多节塑性套管节段连接组成，且上下相邻两个塑性套管节段之间安装有测标10。实际对测管3进行安装之前，先将塑性套管9与测标10预连接成单根长度为3m～4m的测管节段。对所述测管节段进行预连接时，先将上下相邻两个需连接塑性套管节段的接头位置均涂抹一层万能胶后进行对接，再采用防水胶带24-17对上下相邻两个需连接的塑性套管节段之间的对接处进行密封，具体是在对接处外部采用防水胶带24-17顺次搭接密封。
综上，所述测管3中上下相邻两个塑性套管节段之间，均采用采用万能胶层24-16和防水胶带24-17对上下相邻两个塑性套管节段之间的接头位置进行防水处理。
本实施例中，步骤一中所述测管3的数量为一根。实际施工时，对于内径不大于Ф600m的预应力管桩4，其管桩桩芯内所安装测管3的数量均为一根。
综上，对测管3进行安装时，将位于最下部的测管节段底端采用密封盖13密封，向预应力管桩4的管桩桩芯中注满水，随着测管3的接长同步向测管3内注水，并保持测管3内的水位与预应力管桩4桩芯内的水位大致相同，从而实现测管3的逐段下沉与接高，测管安装完毕后用密封盖13封住测管3上端管口。
结合图9和图10，实际安装过程中，为保证测管3安装位置的准确性，沿着预应力管桩4的深度方向，每隔2m～3m设置一个扶正器一11-1将测管3固定于预先设计的测试位置。本实施例中，由于所述测管3的数量为一根，则测管3外侧由下至上装有多个扶正器一11-1，上下相邻两个所述扶正器一11-1之间的间距为2m～3m。所述测管3在多个所述扶正器一11-1的扶正作用下竖直向布设于所述管桩桩芯的内部中心处。且步骤二中对所述测管3进行安装过程中，同步由下至上对多个所述扶正器一11-1分别进行安装。也就是说，在对测管3进行逐段下沉与接高过程中，按照预先设计的扶正器安装位置，将多个所述扶正器一11-1分别安装在测管3与所述管桩桩芯之间。
所述扶正器一11-1包括上套环18-1、位于上套环18-1正下方的下套环18-2以及沿圆周方向连接于上套环18-1和下套环18-2之间的多个支撑肋组成的肋架24-19，所述上套环18-1和下套环18-2的结构和尺寸均相同且二者均呈水平向布设。多个所述支撑肋的结构和尺寸均相同；所述上套环18-1和下套环18-2的内径均小于测标10的外径且二者的内径均大于塑性套管9的外径，多个所述支撑肋与所述预应力管桩4内侧壁之间的间距均为d1，其中d1=3mm 8mm；所述上套环18-1和下套环18-2之间的间距D1=c×d0，其中c=1～2，且d0为预应力管桩4的内径。
多个所述支撑肋呈均匀布设。本实施例中，多个所述支撑肋与所述预应力管桩4内侧壁之间的间距均为5mm。所述支撑肋的数量为三个，实际使用时，可根据实际需要对所述支撑肋的数量进行调整。
实际加工制作时，所述上套环18-1、下套环18-2和所述支撑肋均由直径为6mm～7mm的光面钢筋弯曲而成，且所述支撑肋与上套环18-1和下套环18-2之间均以焊接方式进行固定连接。
实际施工时，当步骤一中所述测管3的数量为多根时，多根所述测管3的结构和尺寸均相同。步骤一中进行测管安装时，对多根所述测管3同步进行安装，且多根所述测管3的安装进度均相同。多根所述测管3的安装方法均相同，且均按照步骤1021至步骤1023所述的方法进行安装。
如图8所示，当预应力管桩4的内径大于Ф600m时，所述测管3的数量为多根，并且多根所述测管3沿圆周方向进行均匀布设。结合图11、图12和图13，为保证多根所述测管3安装位置的准确性，多根所述测管3通过由下至上布设的多个扶正器二11-2组装为一体，且多根所述测管3组装成一个测管组。上下相邻两个所述扶正器二11-2之间的间距为2m～3m。所述测管组在多个所述扶正器二11-2的扶正作用下竖直向布设于所述管桩桩芯的内部中心处。且步骤二中对多根所述测管3进行同步安装过程中，同步由下至上对多个所述扶正器二11-2分别进行安装。由于多根所述测管3的结构和尺寸均相同，则多根所述测管3上所安装的多个所述测标10的安装位置均相同，因而多根所述测管3中相同深度处的测标10在同一水平面上。
所述扶正器二11-2包括上圆环20-1和位于上圆环20-1正下方的下圆环20-2，所述上圆环20-1和下圆环20-2内部均设置有多个供多根所述测管3穿过的内圆环24-21，多个所述内圆环24-21沿圆周方向均匀布设且其布设位置与多根所述测管3的布设位置一一对应。所述上圆环20-1与其内部所设置的所有内圆环24-21均布设于同一水平面上，且上圆环20-1与其内部所设置的所有内圆环24-21之间均通过横向连接件进行连接。所述下圆环20-2与其内部所设置的所有内圆环24-21均布设于同一水平面上，且下圆环20-2与其内部所设置的所有内圆环24-21之间均通过横向连接件进行连接。所述上圆环20-1与下圆环20-2之间通过竖向连接件进行连接。所述上圆环20-1和下圆环20-2内所设置内圆环24-21的数量与多根所述测管3的数量相同，且所述上圆环20-1和下圆环20-2内所设置内圆环24-21的直径均相同。所述内圆环24-21的内径小于测标10的外径且其大于塑性套管9的外径。所述上圆环20-1和下圆环20-2的直径相同且二者的直径比预应力管桩4的内径小3mm～8mm。所述上圆环20-1和下圆环20-2之间的间距D2=c×d0，其中c=1～2，且d0为预应力管桩4的内径。
本实施例中，所述测管3的数量为两根。实际施工时，对于内径大于Ф600m的预应力管桩4，其管桩桩芯内所安装测管3的数量均为多根，且多根所述测管3的数量为偶数个。
本实施例中，由于所述测管3的数量为两根，则所述上圆环20-1和下圆环20-2上所开设内圆环24-21的数量均为两个。并且，所述上圆环20-1和下圆环20-2的直径比预应力管桩4的内径小5mm。
实际对测管3进行安装时，两根测管3之间沿预应力管桩4的深度方向，每隔2m～3m设置一个扶正器二11-2。
实际对扶正器二11-2进行加工时，所述上圆环20-1、下圆环20-2和内圆环24-21均采用直径为6mm～7mm的光面钢筋，所述横向连接件和所述竖向连接件均为直径为6mm～7mm的光面钢筋。本实施例中，两个内圆环24-21之间通过横向布设且直径为6mm～7mm的光面钢筋一进行连接，且所述竖向连接件为连接于上下两根所述光面钢筋一之间的光面钢筋二。
实际施工时，结合图14，当多根所述测管3的数量为四根，所述上圆环20-1和下圆环20-2内所设置的内圆环24-21数量均为4个，且4个内圆环24-21沿圆周方向均匀布设。以此类推，当多根所述测管3的数量大于四根时，只需对上圆环20-1和下圆环20-2内所设置的内圆环24-21数量进行相应调整即可。
步骤二、填充材料注入：采用注浆设备由下至上向预应力管桩4的管桩桩芯与测管3之间的空腔内注入填充材料6，所述填充材料6为由水、水泥和膨润土按照重量比1000︰600～1200︰75的比例均匀混合形成的混合浆液。
实际施工过程中，采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管3之间的空腔内注入填充材料6时，注浆压力为0.2MPa±0.02MPa。采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管3之间的空腔内注满填充材料6后，所注入填充材料6经12小时±0.5小时初凝，之后还需采用注浆设备向所述管桩桩芯与测管3之间的空腔内补注填充材料6，使得凝固后的填充材料6顶面与预应力管桩4的桩顶相平齐。
本实施例中，所述填充材料6为由水、水泥和膨润土按照重量比1000︰1000︰75的比例均匀混合而成，实际施工时，可根据具体需要，对水、水泥和膨润土的重量比在1000︰600～1200︰75的范围内进行相应调整。
采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管3之间的空腔内注入填充材料6之前，先对填充材料6进行配制；且对填充材料6进行配制时，先采用搅拌机24-10将膨润土和水搅拌均匀后，再加入水泥并搅拌均匀。本实施例中，所采用的膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土。
本实施例中，所述注浆设备包括注浆泵24-11和与注浆泵24-11相接的注浆管24-12，所述注浆管24-12由PPR管热熔连接形成。实际进行注浆时，需将注浆管24-12深入至预应力管桩4的管桩桩芯底部，且由上至下进行注浆，这样注浆过程中，将所述管桩桩芯内所注水逐渐排出。实际施工时，在注浆之前，也可采用抽水设备将所述管桩桩芯内所注水全部抽出。注浆过程中，采用注浆泵24-11从搅拌机24-10的搅拌筒24-13中抽取填充材料，再通过注浆管24-12注入预应力管桩4和测管3之间的空隙中，注浆压力以能将填充材料6注入所述管桩桩芯中的最小压力为宜（即能克服填充材料6的自重压力即可）。注浆时，注浆压力为0.2MPa，也可根据实际需要，对注浆压力进行相应调整。
本实施例中，预应力管桩4和测管3之间的空隙注满，且12小时初凝后还需进行补注填充材料6，使凝固后的填充材料6顶面与预应力管桩4的桩顶面齐平。实际施工时，步骤1023中所述测管3安装完成后，采用布设于预应力管桩4桩顶上的测管固定件对安装完成的测管3进行固定。
本实施例中，所述测管固定件为固定夹板24-14，所述固定夹板24-14中部开有供测管3穿出的通孔，且测管3固定安装在固定夹板24-14上。同时，所述固定夹板24-14上悬挂有配重物24-15。
综上，在预应力管桩4的桩头处采用固定夹板24-14固定测管3于预应力管桩4的中心处，固定夹板24-14伸出预应力管桩4桩身的两端悬挂配重物24-15，抵抗填充材料6的浆液浮托力。也就是说，采用固定夹板24-14将测管3固定于桩顶面位置，固定夹板24-14的两端悬挂重物15抵抗填充材料6对测管3产生的浮托力。
本发明所采用的由水、水泥和膨润土均混而成的填充材料4的测试原理是：水的掺加使填充材料6内各组分易于搅拌均匀，便于填充材料6顺利浇注入预应力管桩4与测管3之间的空隙中，保证水泥进行正常的水化反应；水泥是粉状水硬性无机胶凝材料，是填充材料6的强度来源，通过调整水泥含量可有效调整填充材料6的力学性能；膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，具有较强的吸水膨胀性、分散性、悬浮性及造浆性，当填充材料掺加膨润土后具备较好的流动性、粘聚性和保水性等，改善了填充材料6的性能，便于施工使用。
步骤三、加载装置安装：在预应力管桩4的正上方安装加载装置。
本实施例中，采用锚桩法对预应力管桩4进行加载。实际试验时，也可以采用堆载法进行加载。
结合图2和图3，本实施例中，所述加载装置包括两个位于预应力管桩4左右两侧的锚桩21、搭设于两个所述锚桩21之间的反力梁22、布设于预应力管桩4正上方的传力梁18和位于预应力管桩4的正上方且布设在传力梁18上的加载设备，所述反力梁22位于所述加载设备上方且二者之间垫装有加压梁15；所述传力梁18中部开有供测管3穿出的测管预留孔19。
本实施例中，所述加压梁15和反力梁22均位于预应力管桩4的正上方，两个所述锚桩21对称布设在预应力管桩4的左右两侧。所述加载设备包括多个沿圆周方向布设的千斤顶17，多个所述千斤顶17呈均匀布设。
本实施例中，所述千斤顶17的数量为两个。
步骤四、载荷加载：当步骤二中所注入填充材料6的单轴抗压强度处于测管3的单轴抗压强度与预应力管桩4的单轴抗压强度之间，且步骤二中所注入填充材料6的单轴抗压弹性模量处于测管3的单轴抗压弹性模量与预应力管桩4的单轴抗压弹性模量之间时，采用所述加载装置由上至下对预应力管桩4进行加载，且此时所述加载装置施加在预应力管桩4桩顶上的载荷为FN。
本实施例中，步骤二中所述填充材料6注入N天后，所述填充材料6的单轴抗压强度处于测管3的单轴抗压强度与预应力管桩4的单轴抗压强度之间，且步骤二中所注入填充材料6的单轴抗压弹性模量处于测管3的单轴抗压弹性模量与预应力管桩4的单轴抗压弹性模量之间，此时采用所述加载装置由上至下对预应力管桩4进行加载；其中，N不小于14。
因而，实际测试过程中，当步骤二中所述填充材料6注入14天后，便可进行加载。另外，实际测试时，步骤四中也可采用单轴抗压强度试验确定所述加载装置的加载时间，所述加载装置的加载时间为步骤二中所述填充材料6注入M天后。
采用单轴抗压强度试验确定所述加载装置的加载时间时，先将步骤二中所述填充材料6制作成圆柱形试样23-5，并对制作完成的所述圆柱形试样23-5进行养护，且养护过程中对所述圆柱形试样23-5同步进行单轴抗压强度试验。当试验测试得出所述圆柱形试样23-5的单轴抗压强度处于测管3的单轴抗压强度与预应力管桩4的单轴抗压强度之间，且其单轴抗压弹性模量处于测管3的单轴抗压弹性模量与预应力管桩4的单轴抗压弹性模量之间时，所述圆柱形试样23-5达到加载条件，此时所述圆柱形试样23-5的养护时间为M天。本实施例中，对圆柱形试样23-5进行养护时，养护温度为20℃±2℃。
将步骤二中所述填充材料6制作成圆柱形试样23-5时，采用制样装置进行制作。结合图15，所述制样装置包括上下两端均开口的对开模23-1和对对开模23-1的下部开口进行封堵的底部封堵件，所述对开模23-1与所述底部封堵件组成一个用于制作圆柱形试样23-5的成型模具，所述成型模具内部为一个上部开口的圆柱形成型腔，所述圆柱形成型腔的直径与圆柱形试样23-5的直径相同，且所述圆柱形成型腔的高度大于圆柱形试样23-5的高度。所述成型模具外侧套装有一个上部开口的密封套，且所述密封套外侧设置有多个紧箍件，多个所述紧箍件由上至下进行布设。
本实施例中，所述制样装置为制样装置一。结合图16，所述对开模23-1由两片半圆形模板23-6对扣而成，两片所述半圆形模板23-6的结构和尺寸均相同。实际制作时，两片所述半圆形模板23-6通过缠绕在其外侧的透明胶带23-7紧固连接为一体。本实施例中，所述对开模23-1由内径与圆柱形试样23-5的直径相同的硬质塑料管加工而成的两片半圆形模板23-6对接组成，且其外部采用透明胶带23-7沿管周顺次搭接粘牢，所形成对开模23-1的高度为1.0m。
所述底部封堵件为盖装在对开模23-1底部外侧的底盖23-2。本实施例中，所述底盖23-2为半球形端盖。实际使用时，所述底盖23-2也可以采用其它形状的盖体。
本实施例中，所述对开模23-1与所述底部封堵件之间以螺纹方式进行紧固连接。实际使用时，所述对开模23-1与所述底部封堵件之间也可采用其它连接方式进行连接。
所述密封套为由橡胶水带23-4制成的密封套体。实际使用时，所述紧箍件为紧箍夹23-3，并且上下两个所述紧箍夹23-3之间的间距为20cm～30cm。本实施例中，所述紧箍夹23-3的数量为3个，实际使用时，也可根据具体需要对所采用紧箍夹23-3的数量进行相应调整。所述密封套上端超出对开模23-1的上部开口10cm～20cm，下端扎紧密封，并且所述密封套外侧设置多个紧箍夹23-3，使两片半圆形模板23-6紧密对接。
所述圆柱形成型腔为一次同时制作多个圆柱形试样23-5的成型腔，且所述圆柱形成型腔的高度大于多个所述圆柱形试样23-5的总高度。本实施例中，所述圆柱形成型腔的高度=多个所述圆柱形试样23-5的总高度+n×h，其中n为多个圆柱形试样23-5的数量，且h=4cm～6cm。
因而本实施例中，采用所述制样装置一可以一次性制作多个圆柱形试样23-5。实际使用时，可根据需制作圆柱形试样23-5的数量和高度，对所述对开模23-1的高度进行相应调整。
采用所述制样装置一对所述圆柱形试样23-5进行制作时，其制作过程如下：按填充材料的配比称取配制填充材料所需的水、水泥和膨润土；再对填充材料5进行拌合，且进行拌合时，先将膨润土加入水中搅拌均匀，然后加入水泥再次搅拌均匀，则获得搅拌均匀的混合物浆液；随后，将混合物浆液注满对开模23-1，并将所述密封套的上部开口密封后正立放置于探井中进行带模养护，养护36小时后脱模。脱模过程中，先褪去对开模23-1外部的所述密封套，再将对开模23-1裁割成高度大于需制作圆柱形试样23-5高度4cm～6cm的多个模段，之后分别对多个所述模段进行脱模取样；然后，根据需制作圆柱形试样23-5的尺寸要求，将脱模后的试样两端切削整平，再密封放入温度为20℃±2℃的养护室内养护。
同时，所述制样装置也可以为制样装置二，详见图17和图18。所述制样装置二与制样装置一不同的是：对开模23-1上部设置有一个加长管23-10，所述加长管23-10的内径与所述圆柱形成型腔的直径相同，且所述成型模具与加长管23-10组成加长型制样模具，所述密封套由下至上套装于所述加长型制样模具外侧；并且所述对开模23-1与加长管23-10之间设置有分离筛23-8；所述底盖23-2为底部为平直圆板的圆柱形端盖；所述圆柱形端盖上部设置有圆板23-9，且圆板23-9卡装于对开模23-1的底部开口上。实际使用时，所述底盖23-2也可以采用实施例1中所采用的半球形端盖以及其它形状的盖体。
采用所述制样装置二可以一次性可制作一个圆柱形试样23-5，因而所述对开模23-1和加长管23-10的总高度大于圆柱形试样23-5高度4cm～6cm。所述分离筛23-8上密布筛孔，且所述筛孔的孔径为4mm～8mm，所述圆板23-9为不透水板且其内径小于对开模23-1内径的2mm～4mm，圆板23-9的厚度为0.5cm～1.0cm。实际使用时，所述分离筛23-8便于脱模时对开模23-1与加长管23-10分离，且圆板23-9便于脱模时对开模23-1与底盖23-2分离。实际使用时，可根据具体需要，对所述分离筛23-8所布设筛孔的孔径和圆板23-9的尺寸进行相应调整。此处，所述对开模23-1与加长管23-10之间以及对开模23-1与底盖23-2之间，以螺纹方式进行紧固连接。所述制样装置二的其余部分的结构、尺寸和连接方式均与制样装置一相同。
采用所述制样装置二对所述圆柱形试样23-5进行制作时，其制作过程如下：按填充材料的配比称取配制填充材料所需的水、水泥和膨润土；再对填充材料5进行拌合，且进行拌合时，先将膨润土加入水中搅拌均匀，然后加入水泥再次搅拌均匀，则获得搅拌均匀的混合物浆液；随后，将混合物浆液注满对开模23-1和加长管23-10，并将所述密封套的上部开口密封后正立放置于探井进行带模养护中，养护36小时后脱模。脱模过程中，先褪去对开模23-1和加长管23-10外部的所述密封套，接着把底盖23-2和加长管23-10拧下，拆除分离筛23-8和圆板23-9，然后将对开模23-1中的试样脱模；随后，根据需制作圆柱形试样23-5的尺寸要求，将脱模后的试样两端切削整平，再密封放入温度为20℃±2℃的养护室内养护。
本实施例中，所述圆柱形试样23-5制作完成后，对所制圆柱形试样23-5在不同养护龄期下进行单轴抗压强度试验测定抗压强度和弹性模量指标，制样标准和试验方法参照《工程岩体试验方法标准》（GB/T50226-1999）。所述圆柱形试样23-5在14天至28天养护龄期内的抗压强度和弹性模量均处于测管3的单轴抗压强度与预应力管桩4二者之间，均可作为预应力管桩4内力测试填充材料6使用。
步骤五、桩身内力测试：采用所述滑动测微计对加载前后预应力管桩4桩身不同深度处的应变值进行测试，并根据测试结果分析处理得出加载载荷FN时预应力管桩4的桩身内力。
本实施例中，所述滑动测微计测试得出的预应力管桩4加载前后桩身不同深度处的应变值，为步骤四中所述加载装置加载后与加载前相比，所述预应力管桩4桩身不同深度处发生的应变值。
也就是说，步骤四中所述加载装置加载前，先采用所述滑动测微计进行测试，此时测试得出的预应力管桩4桩身不同深度处的测量值便为初始位移值；步骤四中所述加载装置加载后且待预应力管桩4沉降稳定后，再采用所述滑动测微计进行测试，此时测试得出的预应力管桩4桩身不同深度处的测量值便为加载后位移值，所述预应力管桩4桩身不同深度处的加载后位移值与初始位移值之差便为加载载荷FN时预应力管桩4桩身不同深度处的应变值。
实际测试过程中，步骤四中采用所述加载装置由上至下对预应力管桩4进行加载的次数为多次，且多次加载时，所述加载装置施加在预应力管桩4桩顶上的载荷均不相同；多次记载过程中，每一次加载完成且预应力管桩4沉降稳定后，均采用所述滑动测微计对预应力管桩4的桩身内力进行测试，便可得到预应力管桩4在加载不同载荷时的桩身内力测试结果。
本实施例中，步骤四中所述加载装置加载过程中，采用测力装置对所述加载装置施加在预应力管桩4桩顶上的载荷FN进行实时检测，并将检测结果同步传送至数据处理器；且步骤四中所述加载装置加载过程中，采用位移检测单元对预应力管桩4的桩顶沉降量进行实时检测，并将检测结果同步传送至数据处理器。
实际布设安装时，所述位移检测单元为布设于预应力管桩4的桩头上的位移传感器20。所述测力装置为布设于所述加载设备上的压力传感器16。所述测力装置和所述位移检测单元均与所述数据处理器相接。所述压力传感器16位于所述加载设备与加压梁15之间，且压力传感器16与所述数据处理器相接。
步骤五中进行桩身内力测试时，先采用所述滑动测微计对预应力管桩4桩身不同深度处的应变值进行测试，且所述滑动测微计的数据采集仪1将测试结果同步传送至所述数据处理器；之后，通过所述数据处理器对步骤四中所述加载装置施加在预应力管桩4桩顶上的载荷FN和加载载荷FN时预应力管桩4桩身不同深度处的应变值进行分析处理，得出加载载荷FN时预应力管桩4的桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力。
本实施例中，通过所述数据处理器对所述加载装置施加在预应力管桩4桩顶上的载荷FN和加载载荷FN时预应力管桩4桩身不同深度处的应变值进行分析处理时，起分析处理过程如下：
步骤501、桩身应变曲线绘制：根据所述滑动测微计测试得出的加载载荷FN时预应力管桩4桩身不同深度处的应变值，绘制出加载载荷FN时预应力管桩4的桩身实测应变曲线。
当所述测管3的数量为一根时，所述桩身实测应变曲线为所述滑动测微计测试得出的预应力管桩4桩身应变值随深度变化的曲线；
当所述测管3的数量为多根时，所述滑动测微计相应得出加载载荷FN时的多组预应力管桩4桩身不同深度处的应变值，多组所述预应力管桩4桩身不同深度处的应变值分别与多个测管3相对应，且所述桩身实测应变曲线为预应力管桩4的平均应变值随深度变化的曲线，所述平均应变值为多组所述预应力管桩4桩身不同深度处的应变值的平均值。
实际测试过程中，当所述测管3的数量为多根时，所用滑动测微计的数量为多个，相应分别通过与多根所述测管3配合使用的多个测试探头8进行同步测试，且多个所述测试探头8将所测得数据穿别传送至数据采集仪。也就是说，多个所述测试探头8同步进行测试。
步骤502、桩身应变曲线拟合：采用桩身应变曲线的多项式拟合方法，对步骤501中所述的桩身实测应变曲线进行拟合，获得加载载荷FN时预应力管桩4的桩身应变拟合曲线；所述桩身应变拟合曲线为预应力管桩4的桩身拟合应变值随深度变化的曲线。
步骤503、桩身混凝土弹性模量获取：根据公式
计算得出预应力管桩4的桩身混凝土弹性模量；
式中A为预应力管桩4的桩截面积且其单位为m2（A为环形面积则，且A＝π×R2-π×r2，其中R为预应力管桩4外径的一半，r为预应力管桩4内径的一半），Qi为预应力管桩4桩顶上所加载的载荷FN且其单位为kN；ε0i为桩顶加载载荷FN时所述预应力管桩4桩顶的拟合应变值，其可根据步骤502中拟合得出的桩身应变拟合曲线得出。
步骤504、桩身轴力计算：根据公式Q(z)=AEiεi(z)，计算得出预应力管桩4各位置处的桩身轴力；
式中A为预应力管桩4的桩截面积且其单位为m2，εi(z)为预应力管桩4桩身在深度z处的拟合应变值（其可根据拟合得出的桩身应变拟合曲线得出），Q(z)为预应力管桩4桩身在深度z处的轴力，Ei为预应力管桩4的桩身混凝土弹性模量。
步骤505、桩侧摩阻力计算：根据公式计算得出预应力管桩4各位置处的桩侧摩阻力；
式中D为预应力管桩4的外径且其单位为m，Q(z)为预应力管桩4桩身在深度z处的轴力，qs(z)为预应力管桩4桩身在深度z处的桩侧摩阻力。
步骤506、桩端阻力计算：根据公式
计算得出预应力管桩4的桩端阻力；
式中A0为预应力管桩4的桩端截面积且其单位为m2（由于桩底密封，则A0＝π×R2，其中R为预应力管桩4外径的一半），Qn为桩顶加载载荷FN时所述预应力管桩4桩端的轴力（Qn在步骤504中根据公式Q(z)=AEiεi(z)计算得出，具体是预应力管桩4底端的轴力）且其单位为kN。
综上，本发明预应力管桩4的载荷试验可采用锚桩法或堆载法加载，在进行载荷试验时，安装在所述加载设备上的压力传感器16获取所加荷载的荷载值，所述测试探头8在测管3内上下滑动测试相邻两个测标10之间的应变值（具体为线应变）进而得到不同深度处的预应力管桩4的桩壁12应变值。经多次荷载试验后，便可得到每级荷载下预应力管桩4的桩顶荷载值和桩身不同深度处的应变值，通过所述数据处理器分析计算，便可得出预应力管桩4不同桩深处在每级荷载下的内力测试结果。
本实施例中，采用所述加载设备进行加载时，多个所述千斤顶17的合力通过传力梁18对预应力管桩4施加荷载，加载反力通过反力梁22传递给锚桩21，所述传力梁18上留有测管预留孔19，测管自从测管预留孔19中伸出，所用千斤顶17以预应力管桩4顶面形心为中心对称布置，千斤顶17和加压梁15之间设置有压力传感器16测定所加荷载值，预应力管桩4预留桩头处设置有位移传感器20测定桩顶沉降量；预应力管桩4桩壁12发生的应变通过填充材料6传递到测管3；位于测管3内的测试探头8在测管3中上下滑动并测试相邻两个测标10之间的应变，进而得到预应力管桩4的桩壁12应变，依此类推，得到预应力管桩4的桩壁12在不同深度处的应变值，同一测量位置处的测量值与初始值之差即为相邻测标10间的应变值。
实际对预应力管桩4进行内力测试前，将测管3中注满清水；结合图3，用测杆5把测试探头8放到测管3中，当测试探头8温度稳定后，用测杆5将测试探头8放至测量位置，向上提拉测试探头8测出相邻两个测标10之间的应变值，所测数据通过数据线2传送至数据采集仪1。如图4所示，当测试探头8位于测量位置时，将测试探头8顺时针或逆时针转动，可使测试探头8分别处于如图5所示的滑动状态或如图6所示的测量状态。
综上，加载之前，应采用所述滑动测微计测试预应力管桩4桩身不同位置处的初始值。实际加载时，采用位移传感器20监测预应力管桩4的桩顶沉降量随时间的变化情形，判定预应力管桩4是否沉降稳定。同时，采用压力传感器16监测桩顶所加荷载值，采用常规方法采集试验数据。当预应力管桩4在每级荷载作用下的沉降稳定后，采用测试探头8在测管3内上下滑动测试相邻测标10之间的应变值，进而得到不同深度处的预应力管桩4的桩壁12的应变值。之后，通过每级荷载下预应力管桩4的桩顶荷载值和不同深度处桩壁12的应变值，得到每级荷载下预应力管桩4的应力与应变关系，采用含约束条件的多项式拟合方法，对每级荷载下不同深度处桩身的应变测试数据进行处理，通过数据处理器分析计算出预应力管桩4在每级荷载下的内力测试结果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、测管安装：在施工完成的预应力管桩（4）内安装滑动测微计的测管（3），所述测管（3）呈竖直向布设在预应力管桩（4）的管桩桩芯中部；
所述测管（3）由上下两端均开口的塑性套管（9）和多个由下至上安装在塑性套管（9）上的测标（10）组成；所述测管（3）底部通过密封盖（13）进行密封，且测管（3）内装满水；
步骤二、填充材料注入：采用注浆设备由下至上向预应力管桩（4）的管桩桩芯与测管（3）之间的空腔内注入填充材料（6），所述填充材料（6）为由水、水泥和膨润土按照重量比1000︰600～1200︰75的比例均匀混合形成的混合浆液；
步骤三、加载装置安装：在预应力管桩（4）的正上方安装加载装置；
步骤四、载荷加载：当步骤二中所注入填充材料（6）的单轴抗压强度处于测管（3）的单轴抗压强度与预应力管桩（4）的单轴抗压强度之间，且步骤二中所注入填充材料（6）的单轴抗压弹性模量处于测管（3）的单轴抗压弹性模量与预应力管桩（4）的单轴抗压弹性模量之间时，采用所述加载装置由上至下对预应力管桩（4）进行加载，此时所述加载装置施加在预应力管桩（4）桩顶上的载荷为FN；
步骤五、桩身内力测试：待预应力管桩（4）沉降稳定后，采用所述滑动测微计对预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值进行测试，并根据测试结果分析处理得出加载载荷FN时预应力管桩（4）的桩身内力。
2.按照权利要求1所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤四中采用所述加载装置由上至下对预应力管桩（4）进行加载的次数为多次，且多次加载时，所述加载装置施加在预应力管桩（4）桩顶上的载荷均不相同；多次记载过程中，每一次加载完成且预应力管桩（4）沉降稳定后，均采用所述滑动测微计对预应力管桩（4）的桩身内力进行测试，便可得到预应力管桩（4）在加载不同载荷时的桩身内力测试结果。
3.按照权利要求1或2所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤二中所述填充材料（6）注入N天后，所述填充材料（6）的单轴抗压强度处于测管（3）的单轴抗压强度与预应力管桩（4）的单轴抗压强度之间，且步骤二中所注入填充材料（6）的单轴抗压弹性模量处于测管（3）的单轴抗压弹性模量与预应力管桩（4）的单轴抗压弹性模量之间，此时采用所述加载装置由上至下对预应力管桩（4）进行加载；其中，N不小于14。
4.按照权利要求1或2所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤四中采用单轴抗压强度试验确定所述加载装置的加载时间，所述加载装置的加载时间为步骤二中所述填充材料（6）注入M天后；
采用单轴抗压强度试验确定所述加载装置的加载时间时，先将步骤二中所述填充材料（6）制作成圆柱形试样（23-5），并对制作完成的所述圆柱形试样（23-5）进行养护，且养护过程中对所述圆柱形试样（23-5）同步进行单轴抗压强度试验；
当试验测试得出所述圆柱形试样（23-5）的单轴抗压强度处于测管（3）的抗压强度与预应力管桩（4）的单轴抗压强度之间，且其单轴抗压弹性模量处于测管（3）的单轴抗压弹性模量与预应力管桩（4）的单轴抗压弹性模量之间时，所述圆柱形试样（23-5）达到加载条件，此时所述圆柱形试样（23-5）的养护时间为M天。
5.按照权利要求4所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：将步骤二中所述填充材料（6）制作成圆柱形试样（23-5）时，采用制样装置进行制作；所述制样装置包括上下两端均开口的对开模（23-1）和对对开模（23-1）的下部开口进行封堵的底部封堵件，所述对开模（23-1）与所述底部封堵件组成一个用于制作圆柱形试样（23-5）的成型模具，所述成型模具内部为一个上部开口的圆柱形成型腔，所述圆柱形成型腔的直径与圆柱形试样（23-5）的直径相同，且所述圆柱形成型腔的高度大于圆柱形试样（23-5）的高度；所述成型模具外侧套装有一个上部开口的密封套，且所述密封套外侧设置有多个紧箍件，多个所述紧箍件由上至下进行布设。
6.按照权利要求1或2所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤四中所述加载装置加载过程中，采用测力装置对所述加载装置施加在预应力管桩（4）桩顶上的载荷FN进行实时检测，并将检测结果同步传送至数据处理器；且步骤四中所述加载装置加载过程中，采用位移检测单元对预应力管桩（4）的桩顶沉降量进行实时检测，并将检测结果同步传送至数据处理器；
步骤五中进行桩身内力测试时，先采用所述滑动测微计对加载前后预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值进行测试，且所述滑动测微计的数据采集仪（1）将测试结果同步传送至所述数据处理器；之后，通过所述数据处理器对步骤四中所述加载装置施加在预应力管桩（4）桩顶上的载荷FN和加载载荷FN时预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值进行分析处理，得出加载载荷FN时预应力管桩（4）的桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力。
7.按照权利要求6所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤一中所述测管（3）的数量为一根或多根；
所述数据处理器对所述加载装置施加在预应力管桩（4）桩顶上的载荷FN和加载载荷FN时预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值进行分析处理时，其分析处理过程如下：
步骤501、桩身应变曲线绘制：根据所述滑动测微计测试得出的加载载荷FN时预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值，绘制出加载载荷FN时预应力管桩（4）的桩身实测应变曲线；
当所述测管（3）的数量为一根时，所述桩身实测应变曲线为所述滑动测微计测试得出的预应力管桩（4）桩身应变值随深度变化的曲线；
当所述测管（3）的数量为多根时，相应获得分别由的多根所述测管（3）测试得出的多组预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值，且所述桩身实测应变曲线为预应力管桩（4）的平均应变值随深度变化的曲线，所述平均应变值为多组所述预应力管桩（4）桩身不同深度处的应变值的平均值；
步骤502、桩身应变曲线拟合：采用桩身应变曲线的多项式拟合方法，对步骤501中所述的桩身实测应变曲线进行拟合，获得加载载荷FN时预应力管桩（4）的桩身应变拟合曲线；所述桩身应变拟合曲线为预应力管桩（4）的桩身拟合应变值随深度变化的曲线；
步骤503、桩身混凝土弹性模量获取：根据公式计算得出预应力管桩（4）的桩身混凝土弹性模量；
式中A为预应力管桩（4）的桩截面积且其单位为m2，Qi为预应力管桩（4）桩顶上所加载的载荷FN且其单位为kN；ε0i为桩顶加载载荷FN时所述预应力管桩（4）桩顶的拟合应变值；
步骤504、桩身轴力计算：根据公式Q(z)=AEiεi(z)，计算得出预应力管桩（4）各位置处的桩身轴力；
式中A为预应力管桩（4）的桩截面积且其单位为m2，εi(z)为预应力管桩（4）桩身在深度z处的拟合应变值，Q(z)为预应力管桩（4）桩身在深度z处的轴力，Ei为预应力管桩（4）的桩身混凝土弹性模量；
步骤505、桩侧摩阻力计算：根据公式
计算得出预应力管桩（4）各位置处的桩侧摩阻力；
式中D为预应力管桩（4）的外径且其单位为m，Q(z)为预应力管桩（4）桩身在深度z处的轴力，qs(z)为预应力管桩（4）桩身在深度z处的桩侧摩阻力；
步骤506、桩端阻力计算：根据公式
计算得出预应力管桩（4）的桩端阻力；
式中A为预应力管桩（4）的桩端截面积且其单位为m2，Qn为桩顶加载载荷FN时所述预应力管桩（4）桩端的轴力且其单位为kN。
8.按照权利要求1或2所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤一中对测管（3）进行安装时，其安装过程如下：
步骤101、预应力管桩内注水：所述预应力管桩（4）施工完成后，向预应力管桩（4）的管桩桩芯内注满水；
所述预应力管桩（4）底部密封焊接有钢桩尖（14），且所述管桩桩芯底部通过钢桩尖（14）密封后形成一个上部开口的储水腔；
步骤102、测管安装：所述测管（3）由多个测管节段从下至上连接组成，且相邻两个测管节段之间密封连接，多根所述测管节段中位于最下部的测管节段为底部测管节段且其底部通过密封盖（13）进行密封，且所述测管（3）的安装过程如下：
步骤1021、底部测管节段下放：先将所述底部测管节段竖直向放置于所述管桩桩芯的正上方，再采用向所述底部测管节段内连续注水的方式，将所述底部测管节段逐渐进行竖直下沉，直至所述底部测管节段顶端高出所述管桩桩芯内水位的高度为h为止；其中h=30cm～70cm；
步骤1022、上一个测管节段接高及下放：将上一个需安装的测管节段密封连接于此时已下放到位的测管节段上，此时当前所下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段形成一个注水腔，且当前所下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段均呈同轴布设；之后，通过向所述注水腔内连续注水的方式，将当前需下放的测管节段与其下部所连接的所有测管节段一并逐渐进行竖直下沉，直至当前所下放的测管节段顶端高出所述管桩桩芯内水位的高度为h为止；
步骤1023、多次重复步骤1022，直至完成所述测管中所有测管节段的下放过程，此时所述测管（3）安装完成，且所述底部测管节段的底部与所述管桩桩芯的底部相接触；
所述测管（3）安装完成后，其内部装满水。
9.按照权利要求8所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤一中所述测管（3）的数量为一根或多根；
当所述测管（3）的数量为一根时，测管（3）外侧由下至上装有多个扶正器一（11-1），上下相邻两个所述扶正器一（11-1）之间的间距为2m～3m；所述测管（3）在多个所述扶正器一（11-1）的扶正作用下竖直向布设于所述管桩桩芯的内部中心处；且对所述测管（3）进行安装过程中，同步由下至上对多个所述扶正器一（11-1）分别进行安装；
当步骤一中所述测管（3）的数量为多根时，多根所述测管（3）的结构和尺寸均相同；步骤一中进行测管安装时，对多根所述测管（3）同步进行安装，且多根所述测管（3）的安装进度均相同；多根所述测管（3）的安装方法均相同，且均按照步骤1021至步骤1023所述的方法进行安装；
多根所述测管（3）沿圆周方向进行均匀布设，多根所述测管（3）通过由下至上布设的多个扶正器二（11-2）组装为一体，且多根所述测管（3）组装成一个测管组；上下相邻两个所述扶正器二（11-2）之间的间距为2m～3m；所述测管组在多个所述扶正器二（11-2）的扶正作用下竖直向布设于所述管桩桩芯的内部中心处；且步骤二中对多根所述测管（3）进行同步安装过程中，同步由下至上对多个所述扶正器二（11-2）分别进行安装。
10.按照权利要求1或2所述的预应力管桩载荷试验用内力测试方法，其特征在于：步骤一中所述测管（3）安装完成后，所述测管（3）的顶端高出预应力管桩（4）桩顶的高度为8cm～20cm；多个所述测标（10）中位于最上部的测标（6）为顶部测标，且所述顶部测标与预应力管桩（1）桩顶之间的距离大于预应力管桩（4）的外径；位于所述顶部测标下方且与其相邻的测标（10）与地面（7）相平齐；多个所述测标（10）中位于最下部的测标（10）为底部测标，且所述底部测标与所述管桩桩芯底部的距离为d 3，其中10cm＜d3＜30cm；
步骤二中采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管（3）之间的空腔内注入填充材料（6）时，注浆压力为0.2MPa±0.02MPa；采用注浆设备由下至上向所述管桩桩芯与测管（3）之间的空腔内注满填充材料（6）后，所注入填充材料（6）经12小时±0.5小时初凝，之后还需采用注浆设备向所述管桩桩芯与测管（3）之间的空腔内补注填充材料（6），使得凝固后的填充材料（6）顶面与预应力管桩（4）的桩顶相平齐。
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