桩基静载试验

桩基静载试验（共7篇）

桩基静载试验 篇1

摘要：本文拟根据我省的桩基静载试验实际情况, 结合泉州某小区的工程实例, 讨论采用压重平台反力装置实现大吨位桩基静载试验所需解决的几个问题, 并分析试验过程中的一些影响因素, 提出了大吨位静载试验的应用建议。

关键词：大吨位静载试验,Q-s曲线,地基土承载力,反力装置结构,堆载偏心

1 前言

桩的现场足尺静载试验是国际上公认的获得单桩竖向抗压、抗拔以及水平向承载力的最基本和最为可靠的方法。它可获取桩基设计所必需的计算参数, 为设计提供合理的单桩承载力, 对桩型和桩端持力层进行比较和选择, 充分发挥地基抗力与桩身结构强度, 使二者相匹配, 以求得最佳技术经济效果。采用接近于建筑物实际工作条件的单桩竖向抗压静载试验, 确定单桩竖向抗压极限承载力, 作为设计依据。通过现场足尺静载试验, 可以得到试桩的荷载-沉降曲线即Q-s曲线, 它是桩破坏机理和破坏模式的宏观反映, 静载试验过程中所获取的每级荷载作用下桩顶沉降随时间的变化曲线, 有助于对试验结果的分析。

在工程中将试验荷载超过10000kN的称为大吨位静载试验, 大吨位静载试验的重点和难点在于试验反力装置的安装。常规的静载试验装置有四种:锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置。压重平台反力装置为最为常用的试验反力装置, 但压重平台反力装置受设备限制, 很难能实现超大吨位的试验。

本文拟根据我省的桩基静载试验实际情况, 结合泉州某小区的工程实例, 讨论采用压重平台反力装置试验实现大吨位桩基静载试验所需解决的几个问题, 并分析试验过程中的一些影响因素, 提出了大吨位静载试验的应用建议。

2 大吨位静载试验的特点

国家现行有关规范对单桩竖向抗压静载试验的仪器设备、试验方法和数据分析做出了明确而详细的规定, 大吨位静载试验必须满足规范的要求。然而大吨位静载试验由于诸多因素的限制, 在满足以上规范要求方面存在较多问题。当试验荷载较小时, 按规范要求的方法进行试验, 所得结果自然可靠。而大吨位试验荷载的相对小吨位试验需要更多的千斤顶、百分表、压力表等仪器的安装, 还有大吨位的堆载、钢梁的排放等都增加了试验的难度, 同时大吨位静载试验中大吨位堆载造成桩周土的压缩沉降和回弹, 对试验结果产生影响。

采用压重平台反力装置实现大吨位静载试验主要存在以下一些问题:

(1) 压重平台支座的地基土承载力问题。

(2) 反力装置结构的强度和变形问题。

(3) 试验仪器设备联合加载问题。

(4) 安装堆载安全问题。

大吨位静载试验过程中的主要影响因素:

(1) 桩周土的压缩和回弹。

(2) 基准桩、梁变形。

(3) 堆载偏心。

以上的问题和影响因素将结合工程实例进行详细分析, 并提出解决的对策和建议。

3 工程实例概况

泉州某小区一期工程位于泉州丰泽区城东片区, 桩基采用人工挖孔桩, 桩径900～1500mm, 桩长8～20m, 桩身混凝土强度等级为C30, 桩端持力层为中风化花岗岩。设计要求单桩竖向抗压极限承载力最大为16000kN。地质情况自上而下为:

⑴-1杂填土:松散, 厚度一般小于0.8m;

⑴-2素填土:呈稍密状, 厚度1.3～3.8m;

⑵粉质粘土:可塑状, 厚度0.7～8.0m;

⑶粗砂:饱和, 中密状, 厚度0.5～6m;

⑷粉质粘土:可塑～硬塑, 厚度0.7～10.7m;

⑸残积砂质粘性土:可塑～硬塑, 厚度1.1～28.6m;

⑹全风化花岗岩:极破碎, 属极软岩, 厚度1.4～16.3m;

⑺-1砂砾强风化花岗岩:岩芯呈砂砾状, 属极软岩, 岩体基本质量等级Ⅴ级, 厚度0.5～21.0m;

⑺-2碎块强风化花岗岩:岩芯呈碎块状, 属软岩～较软岩, 岩体基本质量等级Ⅵ级, 厚度0.4～17.3m;

⑻中风化花岗岩:岩体较破碎, 岩芯呈短柱状, 部分为块状, 属较硬岩, 岩体基本质量等级Ⅳ级, 厚度0.3～16.6m;

⑼微风化花岗岩:岩体较完整, 岩芯呈长、短柱状, 属坚硬岩, 岩体基本质量等级Ⅰ级, 揭露厚度一般大于5.0m。

4 大吨位静载试验主要存在问题

4.1 压重平台支座的地基土承载力问题

《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106-2003) 规定:压重施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍。根据工程实际情况, 采用现场地基土浅层平板载荷试验结果, 地基土载荷试验P-s曲线出现陡降段时, 其对应的前一级荷载为极限荷载fu, 可以建立P≤fu作为短期高荷载条件下地基土承载力允许值判别式, 是不会导致试验设施整体失稳的。当场地表面土层下存在软弱下卧层时, 还应验算短期高荷载条件下软弱下卧层经深度修正后地基土承载力是否满足要求。

工程实例的试桩1#的最大试验荷载要求加至16000kN, 根据规范规定, 加载反力装置能提供的反力不得小于最大加载量的1.2倍, 压重平台的重量应不小于16000×1.2=19200kN。如果直接利用场地表层的素填土作为平台支座, 其地基土承载力特征值为90kPa, 支座长度为10m (主梁长度) , 则每边的支座宽度需为b=19200/90/2/2/10=5.33m, 已经超出平台范围, 因此直接利用场地表层的素填土无法满足要求, 需提高持力层的承载力, 拟对素填土进行换填碎石土并压实处理。

换填采用碎石和石渣, 换填厚度为2.5m (素填土厚度) , 换填宽度为3.5～4.0m, 并用20t压路机进行碾压, 根据《建筑地基基础技术规范》 (DBJ13-07-2006) 附录C提供的参数, 碎石砂土的压实填土的地基土承载力特征值为180～220kPa, 本工程验算取200kPa, 其极限值为400kPa, 则每边支座宽度为:b=19200/400/2/10=2.40m。

换填层下面为粉质粘土层, 其承载力特征值为200kPa, 不存在软弱下卧层, 因此不必进行软弱下卧层的承载力验算。

4.2 反力装置结构强度和变形问题

压重平台反力装置的结构主要为钢梁, 分为主梁和次梁。由钢梁平台承担所有的堆载重量, 并通过垫箱将重量传递给试验千斤顶组, 对试桩进行加载试验。钢梁的承载力是否满足要求是大吨位静载试验的成败关键, 钢梁的刚度不足引起变形过大, 造成平台失稳也时有发生。因此验算钢梁的强度和变形问题是大吨位静载试验的必须步骤。

钢梁一般采用以下几种截面形式:①工字形;②组合工字形;③箱形。经验算和实际试验中的对比, 钢梁的主梁采用箱形截面较为合适, 次梁采用工字形或加强工字形截面较为合适。钢梁宜在腹板处加肋板, 防止工字钢翼缘处或箱梁四角处因应力集中出现破坏, 也可防止钢梁出现平面外失稳。

钢梁的受力模式一般为简支梁或悬臂梁, 其抗弯强度应按下式计算:

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式中 Mx、My-同一截面处绕x轴、y轴的弯矩

Wnx、Wny-对x轴、y轴的净截面模量

rx 、ry-截面塑性发展系数, 工字形截面rx=1.05, ry=1.20, 箱形截面rx=ry=1.05

工程实例的试桩1#的静载试验使用的压重钢梁平台主梁结构详图见下图2。主梁为变截面箱形梁, 需验算跨中处和变截面处的抗弯强度。主梁采用Q345钢板 (16Mn钢板) , 抗弯强度设计值f=295N/mm2 (厚度为16～35) , 次梁采用56b工字钢并在跨中截面上下各加固20mm厚钢板, 抗弯强度设计值f=215N/mm2, E=2.06×105N/mm2。

主梁截面的惯性矩:

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主梁的净截面模量:

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主梁跨中处的极限抵抗弯矩:

Mu=γxWnxf=1.05×16.02×106×295=4963kN·m

主梁长度l为10m, 垫箱宽度为1.20m, 当加载至最大试验荷载时钢梁呈悬臂梁受力模式, 此时钢梁的悬臂计算长度l0为 (10-1.2) /2=4.40m, 堆载产生的弯矩:

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Q为单根主梁承受的最大试验荷载, 则

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试桩要求的最大试验荷载为16000kN, 因此需要4根主梁, 每根主梁承担4000kN荷载。变截面处的计算也满足要求。

主梁悬臂梁状态的挠度:

undefinedmm, 满足要求。

次梁截面的惯性矩:

Ix=I′x+a2A=68503×104+168×20×2902×2=1.25×109mm4

次梁的净截面模量:

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次梁跨中处的极限抵抗弯矩:

Mu=γxWnxf=1.05×4.31×106×215=973kN·m

次梁长度l为10m, 4根主梁宽度为1.20m, 当加载至最大试验荷载时钢梁呈悬臂梁受力模式, 此时钢梁的悬臂计算长度l0为 (10-1.2) /2=4.40m, 堆载产生的弯矩按照主梁的公式计算。

Q为单根次梁承受的最大试验荷载,

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试桩要求的最大试验荷载为16000kN, 16000/1005=15.92, 因此需要16根次梁, 每根次梁承担1000kN荷载。。变截面处的计算也满足要求。

次梁悬臂梁状态的挠度:

undefinedmm, 满足要求。

4.3 试验仪器设备联合加载问题

大吨位静载试验一般需要5台以上的QF320千斤顶联合加载, 本工程实例需要8台QF320千斤顶, 并需要安装4台大量程百分表测量沉降。规范规定使用多台千斤顶联合加载应并联同步工作, 并满足以下要求:①使用的千斤顶的型号、规格应相同;②千斤顶的合力中心与桩轴线重合。多台千斤顶联合加载还需配置大流量高速电动油泵、分流器和高压油管等油压装置, 保证多台千斤顶能够并联同步加载。由于每台千斤顶的压力-荷载率定方程均有不同, 当多台千斤顶并联同步工作时, 加载压力为各台千斤顶的出力之和, 而各台千斤顶的油压力相等。基于以上两个条件, 采用下式计算多台千斤顶并联同步工作的压力-荷载关系方程:

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式中y—多个千斤顶联合加载控制油压力

x—要求的试验荷载

ai—千斤顶标定方程系数, 单个千斤顶标定方程y=aix+ bi

bi—千斤顶标定方程系数

n—千斤顶个数

已知各台千斤顶的标定系数, 代入上式, 可计算出联合加载的压力-荷载关系方程, 从而计算出加卸载的各级荷载和油压力的具体准确数据。

4.4 安装堆载安全问题

大吨位静载试验由于堆载重量大, 配重体积大, 安装在钢梁平台上的配重堆放高度较高, 安装堆载的施工安全问题较为突出。如试桩1#的静载试验荷载为16000kN, 钢梁平台尺寸为10×10m, 配重采用预制混凝土块, 重度为2.5t/m3, 堆放高度达6.4m。为了保证安装堆载的施工安全, 应采取如下措施:

(1) 降低整个压重平台的重心。应将试桩的桩顶标高降低至自然地坪下2～2.5m处, 支座只能排放一层预制块或采用钢板枕木, 使得堆载配重的重心尽可能地降低下来。

(2) 保证支座地基土的稳定性和均匀沉降。应对支座地基土承载力进行计算, 留有足够的支座宽度, 并对支座下地基土进行压实处理, 使得在堆载作用下均匀沉降, 不会造成平台倾斜。在堆载过程中应进行支座沉降观测, 根据沉降观测情况指导预制块堆载施工。

(3) 安装堆载施工时应规范施工, 对称均匀安装, 平台两侧的预制块配重堆放层数不得相差超过一层以上, 保证整个平台的平稳。当预制块配重堆放层数超过5层后, 每层向内缩进1块距离, 逐渐收缩, 使得堆载重心向中心靠拢。

(4) 每隔2层预制块配重应垫放扁钢作为拉筋, 使得边排的预制块配重保持稳定。

(5) 堆载试验现场应设置警戒区域, 拉上警戒线, 严禁闲杂人等进入, 堆载施工试验人员应做好安全防护, 避免出现人员损伤事故。

5 大吨位静载试验过程中的主要影响因素分析

5.1 桩周土的压缩和回弹的影响

在堆载过程中, 随着堆载数量的增加, 地基土中附加应力逐渐增加, 桩周土的孔隙比逐渐减少, 桩周土的沉降也随之增大, 试桩受到下拉荷载的作用 (堆载过程试桩受到负摩阻的作用) 。在试验加荷阶段, 随着桩顶荷载的增加, 地基土受到的压力逐渐减少, 由土的压缩回弹曲线可知, 地基产生回弹, 桩周土的回弹使试桩受到上拉荷载的作用, 从而试桩实际作用力比桩顶荷载要小。由此可见, 大体积堆载造成的土体压缩-回弹, 使得大吨位静载试验本身存在一定的误差。在各级荷载的作用下, 地基土卸载产生的回弹逐级增大, 当达到最大试验荷载时, 桩周土的回弹量也将达到最大值, 上拉荷载对试验的影响可能为最大。这种由大吨位静载方法本身导致的影响往往被大家忽视, 值得关注的是这种上拉荷载到底有多大, 如何去克服, 这些都是我们应该去解决的问题。

虽然桩顶的力是通过克服桩周土的摩阻向下传递的, 土摩阻与上拉荷载都属于正摩阻, 都起着对抗桩顶荷载的作用, 但它们的形成机理不同, 前者是桩身变形引起的, 后者是桩周土压缩一回弹造成的, 或者说桩顶荷载口减去上拉荷载R后的作用效应造成桩土间的相对位移, 才产生桩土体系的阻力。在一定程度上, 土摩阻的发挥与桩土间相对位移正相关, 相对位移越大, 土摩阻发挥就越充分。土样的侧限压缩试验表明, 土的塑性部分被压缩, 回弹反映的是土的弹性部分, 因而土的回弹量大大小于其压缩量, 就一般情况而言, 桩顶加荷时的上拉荷载要小于堆载过程产生的下拉荷载。具体工程中, 土层情况各不相同, 压缩一回弹模式也不尽相同, 试验时产生的上拉荷载大小也不相同, 很难用固定的方法剔除桩周土沉降变化产生的影响, 必须通过测试和计算加以修正剔除其影响。

5.2 基准桩、梁变形的影响

测试系统的基准梁过大过长时受温度变化的影响较大, 只能采取适中处理, 它将不可避免地受大体积堆载的影响。大体积堆载使得地基土产生压缩-回弹的变化, 从整个试验过程来看, 地基土经了压缩-回弹-压缩的过程, 观测系统的基准桩将出现上升和下降的变化, 这种变化自然地迭加到试桩的沉降量s中, 从而影响到Q-s曲线结果。目前解决的办法是采用高精度水准测量基准桩和基准梁的变形情况, 并根据观测结果对试验数据进行修正。

5.3 堆载偏心的影响

大吨位静载试验架有较大的几何尺寸, 容易使堆载重心发生偏心, 并联工作的千斤顶同步性难以保证, 实际施工中, 桩顶可能受到偏心力矩的作用, 会影响到系统的传力性能。当试桩浅部存在缺陷时, 桩容易被压断。在试验中, 要注意堆载部位的地基处理, 特别要避免两侧不均匀沉降的发生, 确保堆载重心与桩顶中心和千斤顶合力在同一垂线上, 保证力的传递性能。在试验过程中应注意控制4个不同测点的沉降差, 不宜大于3～5mm。

为避免出现试验过程中出现试桩桩头爆裂的问题, 应在试验前对试桩进行桩头处理, 具体要求如下:

(1) 混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土。

(2) 桩头顶面应平整, 桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。

(3) 桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下, 各主筋应在同一高度上。

(4) 距桩顶1倍桩径范围内, 宜用厚度为3～5mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋, 间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片2～3层, 间距60～100mm。

(5) 桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级, 且不得低于C30。

6 结论

通过对采用压重平台反力装置试验实现大吨位桩基静载试验所需解决的几个问题的讨论, 并结合工程实例进行分析, 提出一些合理性解决方法和建议, 并对试验过程中的一些影响因素进行分析, 我们可以得出以下一些结论:

(1) 大吨位桩基静载试验必须满足支座地基土承载力要求, 一般需对场地表层土进行换填压实处理, 保证支座稳定和均匀变形;

(2) 对钢梁平台结构强度和变形的验算是大吨位桩基静载试验前的必须步骤, 主梁截面建议采用箱形, 次梁采用组合工字形, 以增大平台的刚度;

(3) 采用式 (2) 多台千斤顶并联同步工作的压力-荷载关系方程计算联合加载控制油压力, 既准确又方便;

(4) 大吨位桩基静载试验的安装堆载施工安全比较突出, 必须采取安全保证措施;

(5) 桩周土的压缩-回弹将对桩的受力状态产生一定的影响, 并对测量沉降的基准系统造成一定的影响。堆载偏心的影响也是有存在的, 必须采用桩头加固处理保证试验过程中不会出现桩头破坏。

参考文献

[1]桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.

[2]广东省建筑科学研究院, JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[3]张耀年.福州大直径灌注桩的荷载传递性能[J].岩土工程学报, 1990 (5) :

[4]许国平.静压PHC桩的荷载传递试验研究[J].建筑结构, 2005 (7) :

[5]蔺婉莹.大吨位静载试验影响因素分析[J], 长春工程学院学报自然科学版, 2007, 8 (3) :

漩门湾三桥桩基静载试验分析 篇2

基桩自平衡法试验检测仍属于静载试验的范畴, 但与传统的静载试验又有着显著的区别。通过精确转换法解决了桩身刚性的和土体的连续性的假定问题, 并根据工程桩的荷载传递及桩土相互作用机理建立数理模型, 其本构关系及计算方法更为科学、完善和合理。适用性更广, 转换结果更为准确, 精度更高。目前自平衡测试法已在全国多个省市地区得到应用, 本文主要介绍自平衡法在漩门湾三桥工程中的应用。

1 工程概况

工程位于浙江台州楚门镇, 是76省道复线南延玉环楚门至大麦屿疏港公路工程。各试桩参数见表1。

各桩的地质状况及荷载箱位置分别见图1, 2, 3。

2 测试结果分析

荷载箱处桩身截面的向上、向下位移以及卸载与桩顶回弹量关系如表2所示。根据图4~图7可以看出, 左4-1, 8-4, 24-10右29-2桩Q-S曲线的形态呈缓变型, 并在加载的全过程都未出现陡降现象。左24 (试) Q-S曲线的形态呈陡变型。根据已测得的两条荷载-位移曲线, 转换至桩顶, 得到试桩等效转换曲线图。

从试桩的等效桩顶荷载-位移曲线可以看出, 左4-1, 8-4, 24-10, 右29-2根桩都属于明显的缓变型, 并在加载的全过程都未出现陡降现象。即随着桩顶荷载的增加, 桩顶位移也慢慢增大且增加的幅度也大体一致, 曲线的斜率近似呈直线分布。取最后一级对应的荷载为承载力极限值Qu。而左24 (试) 桩曲线发生陡变, 取发生陡变时对应的荷载为承载力极限值Qu。

根据计算, 可以得到五根试桩的极限承载力测试结果, 表3给出了漩门湾三桥试桩试验结果, 从表3可以看出, 自平衡测试桩抗压极限承载力大于预估的极限承载力, 测试结果可靠, 满足工程的要求。

上段桩实测压缩量以及计算压缩量的比较:

上段桩实测压缩量根据桩基报告, 桩顶位移减去桩段位移得到。计算压缩量可根据下法得到:

根据Chen和Song (1991) 桩身弹性压缩计算方法, 桩身弹性压缩量的计算涉及到: (1) 桩端阻力与桩侧摩阻力的比例; (2) 桩侧摩阻力沿桩身的分布规律。令桩端阻力Pp与桩顶荷载P之比值为a;则桩侧荷载Ps= (1-a) P。如由桩侧摩阻力引起的桩身压缩量为ses, 由桩端阻力引起的桩身压缩为sep, 则桩身的压缩Se为:

式中:

式中:ξ=λ-+a 1--λ--为桩身压缩量的综合系数;λ为桩侧摩阻力分布系数, λ的大小取决于工作荷载下的摩阻力沿桩身的分布;假定摩阻力呈均匀分布, λ取1/2, l、d分别为桩长和桩径。统计各类桩在工作荷载下λ-l/d关系, 可得ξ-l/d的关系, 可查表。利用上式可求得桩身混凝土的弹性压缩量。

计算了桩身弹性压缩量, 并与实测值进行对比分析, 图8为左4-1桩全桩身压缩量理论计算值与实测值对比分析图。从全桩身Pt-ss弹性理论值与实测值对比图中可以得知:当荷载小于3000kN时, 实测值与弹性理论计算值较接近, 增幅近似相同, 理论曲线与实测曲线趋于一致;当荷载大于3500kN时, 实测曲线与理论曲线逐渐分离。当荷载大于6000kN时, 分离相当明显, 桩身混凝土开始出现明显弹塑性, 其塑性应变为卸载后桩顶残余沉降量减去桩端残余沉降量0.28mm, 这也与Pt-ss对比图中极限荷载下弹性理论值与实测值之差大致相等。由上分析可知, 当超过某一临界荷载值时, 桩身混凝土出现弹塑性。且随着荷载的增大, 弹性压缩量占总压缩量比例减小, 塑性压缩量所占比例增加, 最大试验荷载下, 塑性压缩量所占比例达25%。

其他各桩Pt-Ss理论与实测曲线对比图分别见图9, 10, 11, 12。

各试桩的静载荷试验资料对比发现:嵌岩桩桩身混凝土在小荷载下具有弹性性质;在大荷载下具有弹塑性性质;在接近桩身混凝土的破坏状态下具有塑性性质。

对于上覆土层良好、沉渣控制较好、持力层良好的摩擦端承桩, 轴向荷载施加于单桩桩顶, 最初的几级荷载由于桩身混凝土的弹性压缩而产生相对土的向下位移, 由此, 桩侧表面产生向上的摩阻力, 桩身荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力从上到下逐渐传递到桩周土层中去, 使桩身轴力沿深度递减, 此时, 桩顶荷载几乎只由桩侧摩阻力提供;随着荷载的增大, 桩侧摩阻力从桩顶土层到桩端逐渐发挥视沉渣的情况而定。如果沉渣薄, 则桩端有位移时桩端阻力就发挥作用;如果沉渣厚, 则桩端力在沉渣压实的过程中逐步发挥。而后随着荷载增大, 桩身混凝土表现出弹塑性性质。

有一种情况, 当桩端土性状差或有厚沉渣 (>100mm) , 此类桩可视为摩擦桩。轴向荷载施加于桩顶, 由于桩端土持力性能差或桩底有大量沉渣, 荷载增大后桩土相对位移较大, 荷载主要由桩侧摩阻力承担。桩端阻力与桩顶荷载之比Pb/Pt几乎为零。最后桩端土达到破坏或桩侧摩阻力达到极限, 沉降迅速增大, 超过允许值。一般来说, 由于桩端持力层性质较差, 在桩顶荷载作用下很快达到破坏阶段, 形成了“刺入式”破坏, 极限承载力由桩顶桩端沉降控制, 因此, 极限荷载较小, 此时, 桩身混凝土往往处于弹性状态, 适于弹性理论的假定。

4 结语

五根试桩的测试要求符合工程实际, 所取得的资料齐全, 试验数据可靠, 结论基本正确, 可为漩门湾三桥桩基设计提供重要依据。

自平衡法在漩门湾三桥工程中的应用, 充分体现了它相对于传统静载方法的优点。无需笨重的反力架和大量的“堆载”, 加载只需几台高压油泵;占用场地极小, 且不受场地条件的限制;加压装置虽为一次性投入, 但相较于传统静载试验仍较为经济;试验桩即可当工程桩使用, 节省了大量开支, 经济得到了充分体现。作为工程应用, 试验结果也具有足够的精度。本次在漩门湾三桥工程中的应用, 再一次证实了自平衡法的应用成功。

摘要：漩门湾三桥全长1252m, 作为76省道复线工程全线重点控制性工程, 共需钻探桥桩520多个。为确定漩门湾三桥工程中钻孔灌注桩基的极限承载力, 采用自平衡法对工程中共5根桩进行静载试验, 获得桩承载力和位移的相关数据。研究结果表明, 试桩的极限承载力与位移均满足设计要求。

关键词：静载试验,自平衡测试法,极限承载力

参考文献

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[2]桩承载力自平衡测试技术规程 (DB32/T291-99)

[3]龚维明, 戴国亮, 蒋永生, 薛国亚.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报, 2002, 23 (1) :82～88

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[5]龚维明, 翟晋, 薛国亚.桩承载力自平衡测试法的理论研究[J].工业建筑, 2002年第32卷第1期

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[7]张晓炜.试桩测试方法对桩基承载特性的影响研究[J].岩土力学, 2005, 26 (11) :1819-1822.

[8]卢波, 龚维明, 蒋永生, 戴国亮, 薛国亚.自平衡法在预应力管桩承载力测试中的应用和对比分析[J].建筑技术, 2007, 38 (3) :166-169.

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[10]龚维明, 戴国亮.桩承载力自平衡法的几个关键问题讨论[J].公路, 2005, (8) :24-27.

桩基静载试验 篇3

1 工程概况

该工程为框架剪力墙结构, 建筑层数为地上33层、地下3层, 采用机械成孔灌注灌注桩, 桩身混凝土强度为C40, 桩径为1200mm-1400mm, 桩端部持力层为中风化石灰岩, 场地由填海形成。

本次检测点, 单桩竖向抗压承载力特征值为12000k N, 桩径为1200mm, 根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014 (以下称JGJ106-2014) 中规定, 本次检测的最大荷载加载值为24000k N。根据JGJ106-2014的规定, 其反力装置提供的反力不得小于最大荷载加载值的1.2倍, 即28800k N。

2 工作原理

本次基桩的竖向抗压静载荷试验采用堆载的方法, 装置主要包括加载和沉降观测两部分组成, 由千斤顶和油压传感器作为计量荷载值, 并通过上部荷载来提供反力, 使用JCQ-503E静力载荷测试仪进行自动分级加载并记录。

3 仪器设备

(1) 反力系统:试验采用堆载法, 上部有效总荷载不少于28800k N。

(2) 加载系统:选用超高压电动油泵与千斤顶相连加载, 以油压传感器计量荷载值。油泵为四进四出, 共连接4个800T型千斤顶。

(3) 位移测量系统:于试桩桩顶同一截面上, 对称布置四只位移传感器, 用于观测试桩桩顶上沉降量。

(4) 数据采集采用JCQ-503E桩基检测仪进行自动采集、记录, 实现全自动、半无人值守的采集、记录工作。

4 检测前准备工作

(1) 工程资料收集

资料收集包括:静载试验检测委托书、试验桩施工记录、地质勘察报告、基桩平面布置图、桩基础设计说明等。通过以上资料的收集, 可以在试验前确认试验的吨位、桩位, 桩基的施工情况, 为后续试验方案的制定提供技术依据。

(2) 堆重平台支座的布置

堆重平台支座由1m×1m×2m和1m×1m×4m的混凝土构件构成, 每块重分别约45k N和90k N, 以待检桩为中心, 对称布置于两边, 每边摆三层, 其中每边:第一层摆放24个1m×1m×2m, 第二次摆放6个1m×1m×4m, 第三层摆放2个1m×1m×4m。

其中, 支座底总面积为96㎡, 总重约为1800k N。故总荷载台 (含支座) 总重量为约为30600k N。由此推出支座承载力为320k Pa, 根据JGJ106-2014, 故地基承载力特征值不小于214k Pa。由于整个场地为填海形成故, 使用级配碎石土换填土层并压实, 换填范围不小于以桩位中心、边长为20m的矩形, 处理深度不小于3m。

(3) 桩头的处理

桩头应先剔凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土, 并将桩顶磨平。距桩顶1倍桩径范围内, 用厚度为5mm的钢板围裹箍紧。并在桩头铺30mm左右的细沙。

(4) 千斤顶的摆放

千斤顶共使用4个同规格同型号的800T千斤顶, 按正方形型坐在一个直径为1300mm的圆形钢板上, 千斤顶与千斤顶之间间距为50mm, 组成千斤顶组, 采用并联同步工作。其中千斤顶下部的钢板总厚度不小于100mm, 上部钢板不小于50mm, 材料采用锰板。上下并加设套板设置传力柱, 保证下板与桩头接触面面积一致, 上板与主梁有足够的接触面积, 千斤顶组中心轴与待检桩的中心轴重合。

(5) 钢梁的摆放

钢梁使用2根12m的箱型主梁和6根12m的箱型次梁组合, 由次梁和混凝土构件共同组合承重平台, 主梁在堆载吊装时, 不作为堆载平台的受力构件, 仅在检测开始后作为主要受力构件。其中, 次梁分布于主梁上方, 主梁两端使用1m×1m×2m的混凝土构件作为支座。主梁的中心与千斤顶组中心轴重合。次梁垂直于主梁布置于主梁上方, 放置于堆重平台的支座上。钢梁的布置图如下图。

(6) 场地的处理及吊运、堆载

现场应提供检测场地道路, 用于70t吊车及板车作业, 检测场地道路应铺设不少于200厚的碎石并压实, 堆载时, 随时应注意支座沉降, 避免不均匀沉降, 同时观测次梁与主梁、主梁与千斤顶组之间的间距变化。确保主梁与桩头保持水平且垂直于桩身。

使用1m×1m×4m混凝土构件作为堆载用配重, 堆载时应避免通长缝隙, 并交错摆放。并有规律的逐层递减每层摆放数量。

(7) 设备安装

吊运工作结束后, 根据主次钢梁中心标记, 检查各个中心轴是否重合, 如不重合, 采取补救措施, 并用水平尺检查主梁次梁是否在水平方向。

沿支座顺行方向的左右方向架设基准梁, 并在桩顶200mm以下的位置钻孔设置桩的测量位移基准点, 并架设位移传感器, 连接设备, 检查油路是否畅通, 千斤顶组是否能够同时供荷。

(8) 检测方法

检测前, 应检查设备连接、油路连接等情况, 确保设备正常工作。加荷前, 应提前预压, 预压荷载为最大加载量的1/10, 预压时, 检查设备、配重等的工作状况。预压后, 卸载至0后, 开始加试验加载。加载由JCQ-503E桩基检测仪进行自动控制加载并自动采集数据, 采用慢速维持荷载法。

检测过程中, 应注意通过油位表观察油泵站内液压油是否足够, 达到油位表下限时, 应及时向油泵站内灌油;时刻注意千斤顶组、位移传感器等是否达到行程上限, 如达到行程上限, 及时采取补救措施。

5 结语

该检测技术方法, 在检测过程中依然存在着瑕疵, 比如:在主梁与千斤顶之间预留的空间过大, 使得之间添加的点半过多过高;超高压油泵站的供油速度比预计的要慢, 加荷速度十分缓慢;等等。这无不看出大吨位桩基检测的难度。同时我们还可以得到以下几个结论:

(1) 由于大吨位桩基竖向抗压静载试验, 在吊运、换填、配重等方面的成本比较巨大, 因此在检测前, 一定要制定尽可能详细的检测技术方案, 否则一旦有一处为考虑周全, 很容易就导致整个试验的失败。

(2) 由于吨位级别大, 所以安全方面要格外的注意, 这包括了桩基本身的安全、检测设备的安全和人的安全, 都要注意到。

(3) 考虑到该级别的检测过程中, 不确定因素过多, 虽然现在多数厂家生产的检测设备可以做到全自动无人值守的进行检测, 但还是应有人在检测现场以防止不确定因素的产生。

参考文献

[1]JGJ106—2014, 建筑基桩检测技术规范[S]

桩基静载试验 篇4

宿迁海天翡翠城12号车库位于江苏省宿迁市世纪大道西侧,建设单位(委托单位)为宿迁大阳房地产开发有限公司,勘察单位为江苏正宏城建设计研究院有限公司,设计单位为江苏正宏城建设计研究院有限公司,基桩施工单位为江苏长江机械化基础有限公司,监理单位为江苏天园项目管理集团有限公司,检测目的为工程验收检测,桩型为混凝土钻孔灌注桩,设计桩长22 m,桩径400 mm,桩端持力层8层中砂,本次试验共检测3根桩(单桩竖向抗压极限承载力为1 600 kN),桩号分别为76号,131号,145号,检测桩位为监理指定,检测日期为2012年7月6日～2012年7月11日,检测方法为慢速维持荷载法,检测现场桩头完好、现场无干扰源。

2 材料与方法

2.1 试验目的

采用桩基静载检测的慢速维持荷载法的试验方法,确定单桩竖向极限承载力,为工程桩验收提供依据。

2.2 测试仪器和设备

荷载测读仪表:JCQ-503B静力载荷测试仪;

编号:110115;计量检定有效期:2012年12月13日;

沉降测读仪表:UPM-50位移传感器;

编号:0765 0853 8944 2568;计量检定有效期:2012年12月13日;

荷载传感器规格:0 MPa～80 MPa压力变送器;

编号:1120306;计量检定有效期:2012年12月13日;

千斤顶规格:QW-320T;

编号:091351;计量检定有效期:2012年12月13日;

加载装置:压重平台反力装置见图1。

2.3 在单桩静载检测前,应做好的准备工作

1)先采用低应变法对试验桩的桩身完整性进行检测,如桩身完整不能满足要求,则不能继续下面的静载试验。

2)在桩头上制作(1 500×1 500×1 100)mm的桩帽,桩帽内包含400 mm桩身。桩帽内设双层Φ18@90钢筋网,下层钢筋要置于桩的顶部,上层钢筋保护层厚度为35 mm。桩帽强度等级为C45。

3)为安置沉降观测点和仪表,桩基顶部露出地面的高度不应小于600 mm。在桩帽上安放钢垫板,在钢垫板上对称安置两条9 m长钢梁。在两条主钢梁两侧地面上对称安置两条与主钢梁垂直的基准梁,基准梁应一端固定一端自由,基准梁应设置安全防护设施,以防止基准梁被破坏扰动。

4)配重平台反力装置所能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2倍,即不小于1 920 kN。支承仪表的基准架应有足够的刚度和稳定性,基准梁的一端在其支承上可以自由移动,不受气温、振动以及其他外界因素影响而发生变化。基准桩与试桩中心之间的距离为4 m。

5)测试原理、方法:模拟竖向抗压桩的实际工作条件,逐级加载,采用慢速维持荷载法,即当荷载达到相对稳定后加下一级荷载。

沉降观测:每级加载后按第5 min,15 min,30 min,45 min,60 min各测读一次,以后每隔30 min测读一次,直至稳定。

稳定标准:每小时的沉降增量不超过0.1 mm,并连续出现两次(由1.5 h内连续3次观测值计算)。

6)本次观测终止加载条件:最大加载量达到设计极限承载力值。

7)加载、卸载顺序:

加载顺序:0→320→480→640→800→960→1 120→1 280→1 440→1 600(kN)。

卸载顺序:1 600→1 280→960→640→320→0(kN)。

2.4 检测过程

采用压重平台反力装置作为荷载反力,将最大试验荷载1.2倍的配重在试验开始前一次性加上平台,试验时用油压千斤顶分级加载。

试验加载方式采用慢速维持荷载法,即逐级加载,每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载,直到试桩破坏或加至最大预估荷载,然后分级卸载到零。每级加载量为预估最大荷载的1/10(即160 kN),第一级可按2倍分级荷载加载(即320 kN)。加载重心应与试桩轴线一致,使荷载传递均匀无冲击。

76号桩于2012年7月6日17:15时开始试验,按设计极限承载力1 600 kN计,分10级加载,每级荷载为160 kN,其中第一次荷载加至320 kN,当加载至1 600 kN时稳定,达到设计要求,满足终止加载条件,故终止加载,此时最大沉降量13.65 mm;试验历时1 950 min。

131号桩于2012年7月8日9:13时开始试验,按设计极限承载力1 600 kN计,分10级加载,每级荷载为160 kN,其中第一次荷载加至320 kN,当加载至1 600 kN时稳定,达到设计要求,满足终止加载条件,故终止加载,此时最大沉降量4.54 mm;试验历时1 500 min。

145号桩于2012年7月10日11:09时开始试验,按设计极限承载力1 600 kN计,分10级加载,每级荷载为160 kN,其中第一次荷载加至320 kN,当加载至1 600 kN时稳定,达到设计要求,满足终止加载条件,故终止加载,此时最大沉降量34.52 mm;试验历时1 500 min。

2.5 桩的卸载和回弹量观测

1)桩的卸载应分级进行,每级卸载量为两个加载级的荷载值,每级荷载卸载后,应观测桩顶回弹量,观测办法与沉降相同,直到回弹稳定后,再卸下一级荷载。回弹稳定标准与下沉稳定标准相同。

2)卸载到零后,则开始30 min内,每15 min观测一次;以后至少在2 h内每30 min观测一次。

3)试验记录。所有试验数据应按规范要求及时填写原始记录,对桩基试验过程中出现的异常情况应作补充说明,绘制静压试验曲线,并及时编写试验报告。

3 试验结果

单桩竖向抗压静载试验数据汇总表见表1～表3。

3.1 单桩竖向极限承载力综合分析

1)根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型Q—S曲线,取其发生明显陡降的起点对应的荷载值。2)对于缓变型Q—S曲线可根据沉降量确定:宜取s=40 mm～50 mm对应的荷载。当判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时,桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。

3.2 试验数据分析研究报告

通过2012年7月6日～2012年7月11日现场检测,根据试验检测结果及Q—S关系曲线,对单桩竖向极限承载力进行综合分析,得出该桩的单桩极限承载力满足设计要求。试验结果证明,设计采用的地质参数合理,无需再调整桩基设计。

4 讨论

1)采用现场载荷试验确定单桩竖向极限承载力极限值时,同一工程在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%且不宜小于3根。2)对于端承型大直径灌注桩,当受设备或现场条件限制无法做静载试验时,可进行深层平板载荷试验、岩基载荷试验等试验方法,确定桩侧阻力与桩端阻力参数。3)规范规定的测试数量都是指在同一条件下,也就是必须满足同一桩型、同一规格、桩周土和持力层为同一土质条件、在同一施工参数控制下成桩。4)桩基工程的承载力检测,不仅要满足被测桩本身的成桩时间要求,也要满足环境对休止时间的要求。通常休止期砂土7 d,粉土10 d,非饱和粘性土15 d、饱和粘性土25 d。

参考文献

桩基静载试验 篇5

关键词：自平衡静载试验,钻孔灌注桩,极限承载力

1 工程概况

七浦塘大桥位于苏州太仓市港口开发区九珑路上,斜跨七浦塘河,主桥为跨径(70+70)m的独塔双索面并置斜拉桥。经勘探本桥所处区域范围内为第四系(Q4～Q3)沉积物地层。索塔位于七浦塘河中央,塔高50.2 m,塔的桩基础为21根ϕ1.8 m,有效桩长75 m的钻孔灌注桩。由斜拉桥的受力特点知主塔是整桥的关键,其基础钻孔灌注桩施工质量、实际极限承载力大小直接影响该桥的结构安全和运营寿命。根据国家有关规范和设计院有关文件要求,选择主塔基础一根桩进行测试,采用了自平衡静载试验的方法。

2 自平衡静载试验方法及原理

桩基静载试验通常用来确定单桩竖向极限承载力和载荷与位移的关系。传统的静载试验方法有锚桩承载梁法、压重平台法及锚桩压重联合法,这些方法均借助于外部反力对试验桩进行加载而得出试验数据,在此不予赘述。自平衡静载试验是利用试验桩自身不同部位之间内部的作用力与反作用力平衡而达到试验目的的,故称之自平衡法静载试验。该方法是美国学者Osterbery J于20世纪80年代首先提出来的,经过近30年的发展和推广,欧洲、日本、加拿大、中国香港及新加坡等地已广泛使用该法,并都有了相应的测试规则。目前我国东南大学土木工程学院在理论研究和应用方面处国内领先水平。

2.1 自平衡法静载试验原理

自平衡法试验的关键设备是荷载箱,它主要由液压油缸、顶盖、底盖及箱壁构成。施工时在合理的深度位置与钻孔灌注桩的钢筋笼连接后,浇筑在桩孔内,并将连接的液压油管和位移棒引出地面。试验时,从桩顶通过油管向荷载箱通以高压油,箱顶盖和底盖被推动,产生向上和向下的力,桩体在荷载箱处被拉断,从而调动桩周土的侧阻力和桩端土的端阻力,直至破坏。通过此试验再经一定的理论计算可以求得桩的极限承载力、荷载—位移曲线以及侧阻系数和端阻系数等要素。

2.2 试验的实施

本试验采用两个荷载箱,分别置于试验桩的不同深度,将桩体从桩顶到桩底分为A,B,C三部分(见图1)。两个荷载箱的安置深度位置依地质勘察报告中给出的该试验桩周围土质分层及各层土体的桩侧摩阻参考系数和桩底土的桩端承载力参考系数,利用公式:Qk=qpAp+up∑qsili。其中,Qk为单桩极限承载力,kN;qp为桩端土的承载力系数,kPa;Ap为桩身横截面积,m2;up为桩截面周长,m;qsi为按土层划分的桩侧摩阻力系数,kPa;li为桩体穿越各土层的长度,m。

粗估计算划分,划分后各桩段的极限承载力需同时满足以下条件:

QkA+QkB>QkC,

QkA>QkB,

QkB+QkC>QkA。

其中,QkA,QkB,QkC分别为桩体上、中、下三段的计算参考极限值。目的是满足能够测试出每一部分的极限承载力。

采用两个荷载箱进行测试,虽然增加了一定的试验成本,但改变了以往单个荷载箱测试时确定荷载箱上下两部分极限承载力相等(保证上下两部分同时达到临界状态)的特定点非常困难的状况,也提高了桩基测试工作的精度和成功率。

依试验需要在桩体钢筋笼地质土层分界面处绑扎钢筋应变计(电阻应变片和短钢筋的组合体),并用有编号的屏蔽电缆通向地面,浇筑在桩体内。

试验时,先进行下荷载箱测试,按规程在地面上对下荷载箱通以高压液压油,进行分级加压,直至C段桩体达到极限状态失效,测出C段桩体的极限承载力QuC;然后打开回油阀对下荷载箱进行卸荷,再对上荷载箱通入液压油,因为QkA>QkB,故中段B比上段A首先失效,测试出中段B的极限承载力QuB后,再接着关闭下荷载箱的回油阀,使B段和A段共同起作用,一起抵抗上荷载箱的作用力。因为有:QkB+QkC>QkA,故上段A首先失效,测出A段极限承载力QuA。

试验过程中,电脑通过电缆直接和桩体中的钢筋应变计和位移传感器相连,直接测读存储每级加载过程中的每个钢筋应变计的应变值和每个位移棒的位移值,经过电脑中的专门软件处理后直接在电脑屏幕上显示Q—S,S—lgt,S—lgQ曲线,曲线和数据经过一定的计算后便可得到试验需要的有关数据参数。

3 自平衡静载试验的特点

自平衡静载试验和传统桩基试验相比较,具有以下特点:

1)不受场地条件限制,不需要几百吨甚至几千吨重的载荷,也不需要锚桩及反力梁,对试验场地要求低,适于水上桩体试验(如本文实例)、斜坡场地桩体试验及狭窄场地桩体试验。本方法还有占地面积小,对施工干扰小,对工程进度影响小的优点。2)能够解决大承载力桩基试验问题,目前国内自平衡法桩基试验的单桩最大承载力高达130 000 kN,最大桩径2.8 m,最大桩长125 m,远远大于传统试验的极限。3)重复试验方便,可以在不同的桩体深度(双荷载箱或多荷载箱)以及在同一桩体深度的不同时间(桩底压浆处理前后)在同一根桩上方便的进行试验。4)与其他测试元件相配合能准确地确定桩侧土的侧阻系数和桩端土的端阻系数,与勘察设计取值相验证,指导优化勘察设计工作。5)试验后经过一定的处理,如利用预埋管对荷载箱部位进行压力灌浆处理,试验桩仍可作为工程桩使用。

4 试验理论计算与分析

4.1 单桩竖向抗压极限承载力

4.1.1 公式法确定单桩极限承载力

由以上内容知本试验已经测试出了试验桩A,B,C三部分的实测极限值QuA,QuB,QuC,江苏地方规范DB 32/T291-1999桩承载力自平衡测试技术规程中给出了计算单桩抗压极限承载力公式:

Qu=(QuA-W)/γ+QuB+QuC (1)

其中,Qu为单桩竖向抗压极限承载力,kN;QuA,QuB,QuC分别为试验桩体最上段、中段和最下段的实测极限值,kN;W为最上段试验桩体的有效自重,kN;γ为试验桩体最上部分侧阻力修正系数,对于黏性土、粉土γ=0.8,对于砂土γ=0.7。

其中γ的存在主要为修正A段摩阻力方向问题,因为A段测出的摩阻力是向下的,而常规摩阻力方向是向上的。传统加载时,侧阻力将使土层压密,而该法加载时,上段桩侧阻力将使土层减压松散,故该法测出的摩阻力小于常规摩阻力,国内外大量的对比实验已证明了该点。针对本工程,借鉴东南大学大量对比实验经验数据,并考虑到本工程的地质情况,γ取0.8,偏于安全。

本工程试验按有关标准和方法测得试验桩上、中、下三部分的实测极限承载力分别是:QuA=12 000 kN,QuB=11 000 kN,QuC=9 000 kN,由A段桩体的体积及钢筋混凝土的密度容易计算出A段的自重为W=3 227 kN。

根据式(1)计算该试验桩的竖向抗压极限承载力:

Qu=(QuA-W)/γ+QuB+QuC=(12 000-3 227)/0.8+11 000+9 000=30 966 kN。

因为上部分A段桩体自重在摩阻力方向向下的情况下,方向与摩阻力方向一致,起减轻桩侧摩阻力负担的作用;而对于常规摩阻力方向向上的情况,A段桩体自重方向与摩阻力方向相反,又起加重桩侧摩阻力负担的作用。故《桩承载力自平衡测试技术规程》中公式:

Qu=(QuA-W)/γ+QuB+QuC如修改为Qu=(QuA-W)/γ-W+QuB+QuC则更符合桩体受力模型。

4.1.2 等效转换曲线法确定单桩极限承载力

本试验过程中在分级加载测试C,B,A三部分极限承载力的同时,桩体中预埋在土层分界处的钢筋应变计和测试荷载箱上、下底盖的位移传感元件通过屏蔽电缆将相应数据传输给电脑,经过存储和处理得到C,B,A三段各自独立的荷载—位移(Q—S)曲线(见图2)。

对QA—SA曲线进行变换处理,亦利用式(1)对QA—SA曲线上的各特征点进行变换处理再绘制成图,这样就将A段的向上的QA—SA曲线变换成了桩顶加载向下的QA—SA曲线(见图3)。

根据弹性体位移协调原则和荷载传递的关系:

其中,S′为每段桩体下端面处向下的位移,m;S为每段桩体上端面处向下的位移,m;∑εili为每段桩体总的弹性压缩量,m;εi为与各土层接触的桩体应变量;li为与各土层接触的桩体长度,m。

将C段、B段的(Q—S)曲线和A段已转换为向下的(QA—SA)曲线这三段独立的荷载—位移曲线通过解析手段等效转换为测试桩单桩桩头加载对应的荷载—位移(Q—S)曲线,再根据JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范中的判断准则确定单桩竖向抗压极限承载力(见图4)。

本工程试验利用等效转换曲线法确定的试验桩单桩竖向抗压极限承载力为30 966 kN,对应的桩头位移为42.86 mm,可见两种方法确定的单桩极限承载力一致。

4.2 轴力计算

因试验桩体中预埋有钢筋应变计,故每级荷载作用下应变量ε可以直接测读出来。在同级荷载作用下,试验桩内混凝土所产生的应变量等于钢筋所产生的应变量,相应桩截面微分单元内的应变量即为钢筋的应变量。

εc =εs,

σc=εcEc,

σs=εsEs,

Pz=σsAs+νσcAc。

其中,εc为每级荷载作用下桩体截面混凝土产生的应变量;εs为每级荷载作用下实测钢筋的应变量;σc为某级荷载作用下桩身截面混凝土产生的应力值,kN/m2;σs为某级荷载作用下桩身截面钢筋产生的应力值,kN/m2;ν为混凝土的塑性系数;Ec为桩身混凝土弹性模量,kN/m2;Es为钢筋弹性模量,kN/m2;Ac为桩身截面混凝土的净面积,m2;As为桩身截面纵向钢筋总面积,m2;Pz为某级荷载作用下桩身某截面的轴向力,kN。由上面方程可以计算出预埋有钢筋应变计的各土层分界处的桩身轴向力Pzi。

4.3摩阻力计算

各土层桩侧摩阻力qs可以根据下式求得:qs=ΔPz/ΔF。其中,qs为桩侧各土层的摩阻力,kN/m2;ΔPz为桩身量测截面之间的轴向力Pz之差值,kN;ΔF为桩身量测截面之间桩段的侧表面积,m2。

5结语

通过应用自平衡法静载试验对七浦塘大桥主墩桩基进行测试,不仅解决了在水上对大直径、深基础桩基的测试工作难题,而且对施工干扰小、对施工进度影响小。不仅能够测试出桩的极限承载力,而且能够测试出实际各土层的极限侧阻力系数及桩端土的极限端阻力系数,用以修正地质勘察资料,指导大直径钻孔灌注桩设计,对改变我国桩基未能充分发挥桩的承载力,存在严重浪费的状况具有指导意义。随着大型桥梁、超高层建筑的飞速发展,桩基施工工艺水平的不断提高,以及施工机具设备的不断改进,大吨位大直径深基础钻孔灌注桩的采用越来越广泛,所以自平衡法静载试验桩基测试技术应用前景广泛。

参考文献

[1]JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

桩基静载实验反力装置研制 篇6

在静载实验中, 现有斜拉式反力梁装置自身有许多不足。本装置就是根据斜拉梁反力装置在工程实例中出现的问题, 加以改进研制出来的。在原来的基础上增加了横杆和压梁, 横杆用于支撑, 提供水平支撑力, 而压梁不仅能够作为传力装置, 而且能作为堆重平台。由于增加了水平撑杆, 各杆件的受力情况跟原来的不再相同, 尺寸也肯定有所变化, 根据理论力学和材料力学的相关知识以及实际工程中所要提供的相应载荷, 现将各杆件的尺寸分析如下。

在工程中, 我们需要检测的桩基的承载力一般小于2 000kN, 因此我们取装置在竖直方向承受2 000kN的力, 如图2所示, 现根据用料最省的原则设计各杆件尺寸如下:

竖直杆件1为主要受力杆件, 受到竖向2 000kN的压力作用。根据材料力学设:截面积为A, 长度为h, 极限抗压强度为σs, 安全系数为n (本设计中安全系数都取n=2) , 体积为V。根据材料力学可得计算式:

由 (1) , (2) 得:

斜杆2因本装置是对称结构, 共计水平杆4根, 斜杆4根, 成90°均布在竖直杆四周, 因此, 斜杆受到竖直方向500k N的力, 受力分析如图3所示:

由理论力学受力平衡可得:

由以上各式得:F3=500k N/sina, F4=500k N/tana。

设斜杆2的截面面积为A2, 体积为V2;水平杆3的面积为A3, 体积为V3, 长度l=3m, 根据材料力学可得关于斜杆2的计算公式如下:

由以上各式可得:V2≥500n (h2+l2) /hσs。

根据材料力学可得关于水平杆3的计算公式如下:

可得:V3≥500nl2/hσs。

因为水平杆3, 斜杆2分别有4根, 根据用料最省、总体积V最小的要求可得:

式中, n=2, σs=235MPa, l=3m;代入数据可得:

对于该式, 当且仅当h=3m时V最小, 此时V的值约为0.205m3, 于是可得V1=0.051m3, A1=0.017m2, V2=0.025 5 m3, A2=0.006 01m2, V3=0.013m3, A3=0.004 26m3。

根据材料力学, 空心杆件比实心杆件能承受更大的拉压力作用, 因此, 装置中的各杆件均采用空心杆件, 通过查阅《机械设计手册》内外径之比d/D=0.8。

由Ai=0.25π (Di2+di2) , i=1, 2, 3。

有以上数据及关系式可得:

根据上述计算, 画出装置立体效果图 (图4) 。

桩基静载试验 篇7

1.1 堆载平台中心不一致的问题

将堆载平台作为加荷系统时, 由于堆载时吨位过大或者堆载量不足, 导致堆载时中心难于控制, 从而造成堆载平台偏心过大的问题, 在试验过程中目的在平台还没有达到目标吨位, 平台就被向上顶动, 造成堆载平台上的两支墩出现局部悬空, 使压力没有办法上加, 试验被迫中止。如果不及时发现堆载平台偏心, 停止往平台上加载, 严重时堆载平台会塌方。堆载平台试验中, 特别是大吨位的堆载试验, 在试验之前必须有详细可靠的实验方案, 在现场的堆载反力装置的过程中调整好重物的中心对应平台的中心、平台的中心对应试桩桩头, 控制好着两个方面的对应。

1.2 控制好基准桩的稳定性

在进行基桩静载荷的实验过程中, 一般采用位移传感器或者百分表对桩顶的位移进行测量, 实验过程中关键步骤是检测基准梁是否稳定。人工设置的基准桩, 堆载时的重量对地表形成的附加压力容易造成基准桩的不稳定性。特别是大荷载堆载试验中, 即便在满足试验桩、基准桩、支承墩之间的距离为大于等于4d且大于等于2m的范围内, 在堆载时依旧会出现支承墩明显下沉的现象, 影响基准桩的稳定性。在没有更先进、更科学的试验方法出现之前, 通常用于控制基准桩稳定性的办法是尽量的以附近工程的工程桩作基准桩, 在实际实验过程中可用的工程桩很少, 其他情况设置的基准桩在设置的时候都比较浅, 容易受到地表土的影响。所以, 实验需要对基准梁的沉浮量了解清楚。

1.3 在试验进行前容易出现主梁压实千斤顶的问题

在基桩静载检测中最常用的方法是堆载法。例如, 位于广州市番禺区某地的工程, 桩径为400毫米, 桩长为21.0米的PTC材质管桩, 其单桩坚向抗压的极限承载力是820k N。对其进行桩基静载检测试验的过程中, 基坑是位于质地较软的粉质粘土层中进行, 由于桩顶上部荷载比较大, 造成两支墩下沉。在堆载结束开始试验之前, 主梁已经通过千斤顶将一部分荷载压到桩顶上去。由计算得知, 在410k N前, 在各级荷载作用下桩顶的沉降量比较小, 由此数据可以推断, 实验前桩顶已经下沉, 但那个时候试验还未开始, 对这部分的沉降没有记录, 即使试验后期各级沉降量处于正常范围, 但对总沉降量的把握还是不够准确。所以, 在实验堆载前, 要对当地的土质有所了解, 对地基基本承载量进行预先估算, 必要的情况下需要对支墩周围的地基土做加固处理或者适当增加支墩的高度。

1.4 边堆载边试验时产生的问题

为了防止主梁压实千斤顶的情况出现, 在荷载量不足的情况下提前开始试验, 就是边堆载边试验法。这种方法可以解决主梁压实千斤顶的问题, 但是需要注意的是在进行边堆载边试验的方法时, 除了要注意安全外, 堆载的方法也极为重要, 堆载方法不对也会影响数据的准确性。由于堆载架上面的重物逐渐增加, 造成的重力由主梁直接反压至千斤顶, 造成千斤顶内压强不断增加, 顶力越来越大, 直接作用在桩顶时, 造成桩身下沉速度加快, 但桩基上压力表读数正常, 这是加压测量系统和千斤顶的油路所决定的。当油压大于千斤顶内部的压力时, 所形成的压力经由单向阀, 在正常范围内传递给千斤顶, 直到两者压力平衡为止, 这个时候压力表所测到的压强和千斤顶内的压强是一致的;相反情况, 在油泵停止加压的时候, 造成千斤顶内部的油压被锁定, 压力传递不到油管, 造成在千斤顶的活塞顶端的反压在增加, 桩顶受到的压力也相对增加, 这时压力表的读数不发生变化。造成本级试验的荷载量出现偏大或者偏小的不准确结果。所以, 在遇到不得不采用边堆载边试验的方法时, 必须在各级荷载稳定之后、准备加载一级的荷载之前进行堆载, 或者最后的一级或者两级荷载不进行堆载, 避免对顶桩的最终承载结果有影响。

2 关于锚桩法的相关问题

2.1 关于锚桩抗拔力的问题

在采用钢梁和锚桩同时提供反力时, 部分业主为了降低成本, 将工程桩作为试验锚桩进行使用, 如果出现在试验前没有对锚桩做抗拔力计算, 会造成试验过程中钢筋被过度牵拉或者未进行对称布置的锚桩, 锚桩系统内锚固力分配不当, 在加载时导致部分锚桩被错误的过度上拔, 造成局部钢筋断裂, 使试验中止。不仅造成试验失败的后果, 严重时给工作人员造成安全隐患。所以在进行试桩试验前要重视对锚桩抗拔力的计算, 及时发现其中问题, 上报设计方或者业主。

2.2 锚桩中钢筋脱焊现象

在桩基静载试验进行过程中, 由于工人焊接技术水平不高或者钢筋本身的质量问题, 在加载到一定压力时, 出现锚桩桩头的主筋相连接的地方焊点开裂或者锚筋被拉断等现象, 造成钢梁与锚桩共同作用的反力架坍塌, 使得百分表和千斤顶等工具受损, 致使实验失败, 严重的情况下, 会出现人员安全事故。针对这些问题, 施工过程中要选择比锚桩的主筋更大一号的钢筋作拉筋, 人工焊接的长度达到10到15厘米的范围, 对加压荷载较大的测试时, 要求双面焊接。

3 快速法相关问题

根据有关规定, 对桩基进行检测有两种方法:快速维持荷载法;慢速维持荷载法。部分业主为了尽可能缩短工期和加快建设速度而使用快速维持荷载法。快速维持荷载法是指不小于一个小时内, 当桩顶沉降速率达到相对收敛标准时, 加载下一级荷载的方法。在实验过程中, 在对最后一级荷载进行加载时, Q-S曲线向下弯曲明显, 出现如果在不延长时间的情况下, 该试验桩能够达到验收标准, 一旦延长时间, 试验桩就达不到验收标准的情况, 或者出现对于恒载时间的延长或者不延长, 最终得到的承载力相差一个级别, 对于最后一级来讲, 一旦延长时间必然会导致累计承载量的增大。这对累计沉降量的最终结果有一定影响, 最终影响到对判断试验桩的承载力。

4 对桩基静载检测中常见问题的建议

上文提出的问题都是在进行桩基静载检测中常见的问题, 由于快速维持荷载法以及堆载法是由业主或者设计者决定的, 在试验前进行变更有一定.0, 所以只有在实验过程中进行控制。采取快速法进行试验时, 在出现沉降加速的一级或者最后一级恰当的延长恒载时间作为验收性试验, 具有节省时间, 验收准确性比较高的特点;堆载法中对人工设置的基准桩在试验过程中对其稳定性进行检测, 也保证实验数据的准确性。

结束语:

在桩基静载监测中需要不断的累积经验、严格对待, 对检测中出现的问题是可以减少或者避免的, 是桩基静载试验能够合理、可靠的对桩土体系的承载力和沉降量进行客观评价。

摘要：本文基于多个日常检测工作的试验经验, 将桩基静载检测中遇到的的问题进行分析和探讨, 并提出相关问题的处理方法, 希望对以后的桩基试验起到借鉴作用。

关键词：桩基静载监测,常见问题,处理措施

参考文献

[1]上海市工程建设规范.地基基础设计规范 (DG J08-11-1999) [S].上海, 1999.