地基靜載荷試驗(yàn)中一般壓力表的應(yīng)用問題
JGJ/T 106 - 2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》中，規(guī)定用“精度優(yōu)于或等于0.4級”壓力表，以“千斤頂率 定曲線換算荷載”的方式確定試驗(yàn)力值，實(shí)際工作中常用1.5級或1.6級壓力表代替。這種情況能否 滿足地基靜栽荷試驗(yàn)的要求？本文以試驗(yàn)方法規(guī)范和收集的計(jì)量檢定資料為依據(jù)，經(jīng)分析論證，對此 問題作了初步的探討，提出了自己的意見。
1.前言
目前在西安地區(qū)，至今仍較普遍地用壓力表與千 斤頂組合成地基靜載荷力值測力系統(tǒng)。（下簡稱“測 力系統(tǒng)”）壓力表的計(jì)量性能在很大程度上決定著測 力系統(tǒng)的力值準(zhǔn)確度，選擇合適的壓力表是確保測力 系統(tǒng)測力性能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)行《建筑基樁檢 測技術(shù)規(guī)范》⑴中，規(guī)定使用“精度優(yōu)于或等于0.4 級”壓力表，以“千斤頂率定曲線換算荷載”，“不得使 用1.5級壓力表”，但“精度優(yōu)于或等于0. 4級”的壓 力表屬于精密壓力表，它難以適應(yīng)運(yùn)輸和地基試驗(yàn)現(xiàn) 場的工作條件，易于失準(zhǔn)和受損，因此至今西安各人 工地基檢測站仍普遍使用1.5 (或1.6)級的一般壓力 表。但是，使用1.5(1. 6)級壓力表能否滿足基樁靜 載荷試驗(yàn)力值準(zhǔn)確度的要求呢？能滿足復(fù)合地基等 其它試驗(yàn)方法的要求嗎？
我們認(rèn)為,壓力表雖然在很大程度上決定著測力 系統(tǒng)的測力準(zhǔn)確度，但壓力表的準(zhǔn)確度等級并不能確 當(dāng)?shù)卮淼鼗囼?yàn)力值測量系統(tǒng)的計(jì)量性能，如果測 量系統(tǒng)配置1.5(1. 6)級壓力表，其不確定度滿足試 驗(yàn)對力值不確定度的要求，那么就應(yīng)給予可以使用的 肯定性結(jié)論,反之則應(yīng)予禁止使用。就此問題，我們 在以往對1.5(或? 1. 6)級壓力表地基靜載荷試驗(yàn)測 力系統(tǒng)(通常稱千斤頂）力值的計(jì)量檢定資料考察的 基礎(chǔ)上，對上述問題作了如下的分析、探討。
2.檢定資料的考察
2.1資料樣本
我們收集了屬于 2003 - 04 -14 ~ 2005 -12 - 27 期間校準(zhǔn)的9臺(tái)千斤頂、壓力表力值測力系統(tǒng)的計(jì)量 檢定資料，考察了它們的示值線性相對性誤差，示值 重復(fù)性相對性誤差，示值穩(wěn)定性相對誤差。（檢測系 統(tǒng)的進(jìn)回程誤差也會(huì)影響地基靜載荷試驗(yàn)力值的準(zhǔn) 確度，但目前的檢定單位都沒有這方面的資料）這9 臺(tái)測力系統(tǒng)都由一體式起重千斤頂和一般壓力表組 成，千斤頂?shù)膶?shí)際工作壓力在77 ~88MPa間，壓力表 的分度值2MPa，基本情況如下表1所示，檢定所得 力——壓力回歸方程如表2所示。
2.2樣本的檢定結(jié)果
1 ~5號測力系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果取自校準(zhǔn)原始記 錄，其它均取自計(jì)量檢定合格證書。校準(zhǔn)以3等標(biāo)準(zhǔn) 測力計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)力值，對千斤頂工作壓力的10% ~ 100%的測量范圍正行程下的壓力表作示值定度，由 于6 ~9號樣取自檢定合格證書，證書上沒有出具示 值重復(fù)性指標(biāo)，因此這些樣本中此項(xiàng)指標(biāo)缺項(xiàng)，我們 也沒有收集到1 ~7號樣本的穩(wěn)定性資料。樣本的各 項(xiàng)計(jì)量性能如下：
2.2.1示值線性相對誤差
依據(jù)表2的回歸方程可得到一組與標(biāo)準(zhǔn)力值相 對應(yīng)的壓力值。若設(shè)檢定過程中得到的對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn) 測力計(jì)力值的壓力值為P。，由回歸方程得到的壓力值 為Pl，兩者之間的示值相對誤差為Ul,則有：
ui = ((Pi ~ P?/ P?) x 100 (式 1) 由式1得到的各樣本在相當(dāng)于裝置工作壓力 10%?100%范圍內(nèi)各檢定點(diǎn)的示值線性相對誤差如 表3所示。
2.2.2示值重復(fù)性相對誤差 各樣本在相當(dāng)于裝置工作壓力10% ~ 100%范圍
若設(shè)定同一檢定點(diǎn)重復(fù)校準(zhǔn)讀數(shù)的最大值為 內(nèi)由式2得到的各檢定點(diǎn)的示值重復(fù)性相對誤差如 ，最小值為，示值重復(fù)性相對誤差為u2，則有： 表4所示。 u2 =(( P^x—P-iJ /p。）xlOO (式2)
2.2.3示值穩(wěn)定性相對誤差
若上一檢定周期由回歸方程得到的檢定點(diǎn)的平均示值為Pa，本次由回歸方程得到的同一檢定點(diǎn)的示值為Pb，示值穩(wěn)定性相對誤差為u4，則有：
u4=((p.-ph)/p.) X100 (式3)
各樣本在相當(dāng)于裝置工作壓力10% ~ 100%范圍內(nèi)由式3得到的各檢定點(diǎn)的示值穩(wěn)定性相對誤差如表5所示。
2.3資料分析
3.1表2 ~表5的結(jié)果表明，樣本的力——壓回歸方 程的相關(guān)性大于0. 9998，標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于0. 43MP. (約0.2個(gè)分度）；除10%定點(diǎn)外，示值線性相對誤差 不大于± 1% (表3);示值重復(fù)性相對誤差為0(表 4) ;9個(gè)月的示值相對穩(wěn)定性可得到不大于±1.13% (表5)，可以認(rèn)為配置1.5(1. 6)級壓力表的測量系 統(tǒng)有較好的計(jì)量性能性。
3.2依據(jù)壓力表產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[4]，1.5(1.6)級壓力表的 分度值是2MP.，分辨率約為1/5分度、0.4MP. ； 10% 檢定點(diǎn)的示值約為8MP.,此時(shí)的測力系統(tǒng)的相對分 辨率為0.4/8 =5%。我們認(rèn)為，分辨率低,易造成較 大的讀數(shù)誤差，這是表3中10%檢定點(diǎn)的最大誤差達(dá) +4.68%、顯著地大于其它檢定點(diǎn)的主要原因。
3.3表4的檢定結(jié)果表明，使用一般壓力表的測量 系統(tǒng)，其重復(fù)性指標(biāo)是比較好的，這可能是因?yàn)橐话?/span> 壓力表產(chǎn)品不規(guī)定重復(fù)性指標(biāo)[4]的原因,即在壓力表 所屬的準(zhǔn)確度等級下其重復(fù)性誤差是可以被忽略的。 但是，我們并不認(rèn)為那些測量系統(tǒng)的重復(fù)性誤差是 “0.0” ,認(rèn)為這是壓力表分辨率較低不能準(zhǔn)確反映以 相對誤差表達(dá)的重復(fù)性指標(biāo)所致，實(shí)際工作中10% 檢定點(diǎn)可能產(chǎn)生重復(fù)性誤差會(huì)比表4樣本誤差再大 —些的測量系統(tǒng)。
3.4通常，壓力表的計(jì)量檢定周期為半年,表5中9 號樣本的檢定結(jié)果表明，樣本9個(gè)月檢定周期的穩(wěn)定 性相對誤差在-1.13 ~ +1.09之間，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這個(gè)樣 本有較好的計(jì)量穩(wěn)定性，但鑒于樣本太少和考慮到分 辨率可能帶來的影響,認(rèn)為在實(shí)際工作中也會(huì)遇到比 表5更大一些誤差的測量系統(tǒng)。
3.5綜上所述，我們認(rèn)為,將配置1.5(1. 6)級壓力 表的測力系統(tǒng)的示值線性相對誤差、示值重復(fù)性相對 誤差和示值穩(wěn)定性相對誤差的允許值定為3%是比 較合理的。
3.6地基載荷試驗(yàn)中，影響測力系統(tǒng)準(zhǔn)確度的主要 因素除示值線性相對誤差、示值重復(fù)性相對誤差和示 值穩(wěn)定性相對誤差外，尚有進(jìn)回程相對誤差，偏心受 力誤差附加和溫度附加誤差。若取示值線性相對誤 差、示值重復(fù)性相對誤差和示值穩(wěn)定性相對誤差允許 值為3%，參照3級材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)定進(jìn)回程相對誤誤 差為4.5% [5]，設(shè)定偏心受力相對誤差為3% ,設(shè)定溫 度誤差為1%(相當(dāng)于壓力表[4]在極差溫度25T下的 相對誤差），以及壓力表的分辨率誤差4%，按照國家 實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的規(guī)定[6],此時(shí)測力系統(tǒng)的合成擴(kuò)展相對 不確定度為±8.6%。
《基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定:試驗(yàn)荷載的“變化幅 度不得超過分級荷載的± 10% ”⑴，表明試驗(yàn)允許的 力值的擴(kuò)展相對不確定度為不大于± 10% ;上述合成 值士 8? 6%優(yōu)于:110%，因此認(rèn)為配置1.5 (1 ? 6)級壓 力表的地基靜載荷試驗(yàn)測力系統(tǒng)的計(jì)量性能是有可 能滿足試驗(yàn)要求的。但考慮到壓力表的分辨率差，可 能導(dǎo)致較大的讀數(shù)誤差，建議配置1.0級一般壓力表 或采用高壓和低壓兩塊壓力表并聯(lián)的方案。
4.小結(jié)
依據(jù)以往的計(jì)量檢定資料，用1.5(1.6)級壓力 表與千斤頂組成的地基靜載荷試驗(yàn)力值測量系統(tǒng)，其 計(jì)量性能有可能達(dá)到表6的指標(biāo)，此時(shí)試驗(yàn)力值的擴(kuò) 展相對不確定度為± 8. 6%，可以滿足地基靜載荷試 驗(yàn)的需要。
1.5(1.6)級壓力表的分辨率低，當(dāng)力值較低時(shí)， 可能產(chǎn)生較大的讀數(shù)相對誤差。為保證試驗(yàn)力值的 準(zhǔn)確性，建議配置1.0級一般壓力表或采用高壓和低 壓兩塊壓力表并聯(lián)的方案。
4.3本文只是對這方面問題所作的初步探討，限于 測力系統(tǒng)的現(xiàn)狀，文章中有一些數(shù)據(jù)或是較少或是取 自經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值，因此我們認(rèn)為對這方面的問題還有進(jìn) 一步研究的必要。
