实例分析单桩竖向抗压静载试验方法研究

发表时间:2018/8/20   来源:《防护工程》2018年第8期   作者:杨华夏
[导读] 这就需要在试验过程中,必须把各项工作做到全面、细致。现结合工程实例对桩基单桩竖向抗压静载试验进行详细分析,供同类工程予以参考。


杨华夏  广州建设工程质量安全检测中心有限公司
摘  要:在工程建设中,桩基础已是现时代建筑的基础体系,因其具有沉降量少、承载力和抗震力高的特点而得到广泛的应用。但由于桩基是隐蔽的,其成桩质量的优劣又会直接影响着承载力的高低,因而必须选取合适的检测方法对其进行可靠性试验,以确定桩基是否达到设计要求。目前,单桩竖向抗压静载试验对桩身质量的检测与低应变法等其他方法的判断结果相比较为优越,不过其危险系数同比较高、耗时又长、费用也高,这就需要在试验过程中,必须把各项工作做到全面、细致。现结合工程实例对桩基单桩竖向抗压静载试验进行详细分析,供同类工程予以参考。
关键词:桩基础;竖向抗压;静载试验;承载力判断
         前言
         桩基作为地基基础除具有自身的承载力高等优点外,还可以降低施工量和减少建材消耗而被普遍采用。不过在施工时难度较大、工序繁多,且影响成桩质量的因素也多,所以对桩基检测极限荷载确定是否安全、可靠就显得尤为重要。特别在高层建筑项目中,对桩基承载力性能指标检测是非常重要的,必须选择合理、经济、可行的测桩方法进行试验。近年来,单桩竖向抗压静载试验在确定桩身承载力检测中,被公认为最可靠、最直观的试验方法,不但可以测定桩身设计的可行性,还能够为工程验收提供依据。
         1 工程实例
         广东银葵医院综合项目位于江门市滨江新区启动区江沙路以北、新南路以南、棠下罗江村大片围地段。本工程1#、3#、4#、5#楼基础均采用旋挖灌注桩,桩径为1400mm和1600mm二种,总检测桩数为7根。确定对各单体工程1#分别选取3根,3#楼抽取2根,5号楼抽取2根共7根灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验。最大加载试验荷载不应小于设计要求的单桩竖向抗压或抗拔承载力特征值的2倍。
         2 旋挖灌注桩超前钻
         因本工程岩土发布极不均匀,对日后施工会有所影响,必须进行有针对性地补充勘察的不足,故旋挖桩桩长及桩端入岩深度需用超前钻确定,以获得较为准确的持力层深度数据,用以指导施工确定桩长,提高桩基承载力的可靠性,保证工程整体质量。
         2.1 勘察揭露地层情况
         本次勘察在强风化以上地层未取芯,揭露的主要岩土层为:未取芯土层<1>、强风化粉砂岩<4-2>、中风化粉砂岩<4-3>、微风化粉砂岩<4-4>。
         2.2 超前钻深度要求
         设计所需的旋挖桩持力层为中风化泥质粉砂岩或微风化泥质粉砂岩,故超前钻勘探孔深度应满足要求:如超前钻进入连续(完整)的中风化泥质粉砂岩大于15m,再进入 5m 连续(完整)的无论中风化岩层或微风化岩层即可收钻;或者少于15m,已到达微风化泥质粉砂岩,则再推进微风化岩层 6m 即可收钻。同时超前勘探报告应提供相应的岩层工程地质柱状图及岩样照片,上部土层可不取芯,进入强风化岩后再取岩芯。
         2.3 勘察方法
         本次超前钻孔坐标根据相关图纸图解,采用全站仪进行测放。超前钻按相关钻探规程执行,共完成超前钻孔为13个,钻探总进尺637.94米。野外钻探作业过程中取得部分岩石抗压强度试样,然后进行室内岩石天然状态下单轴抗压强度试验。室内资料的整理采用理正软件及各项测试工作的专门软件对所有图件和各项岩土数据进行处理。
         2.4 岩石抗压强度值
         本次超前钻共采取13组岩石试样进行岩石室内天然湿度下单轴抗压强度试验。试验统计结果见表1。
表1 岩石天然湿度单轴抗压强度汇总统计表

 

         本次勘察钻孔深度等终孔条件满足设计要求,其超前钻报告可作为拟建工程施工的参考依据。设计单位应根据本次勘察成果,对工程桩的嵌岩深度进行复核,以保证工程的安全性。
         3 单桩竖向抗压静载荷试验
         单桩竖向抗压静载荷试验选用试验加载装置(如图1所示),加载试验采用快速维持荷载法以判断单桩极限承载力,为进一步的工程设计以及工程验收提供依据。
         3.1 试验加载装置
         试验加载装置采用船筏式组合钢梁和砼块(重物)组成的压重平台反力装置,装置下面的石角、碎石垫层可起到施荷反力系统的作用,其提供的反力(包括组合钢梁的自重)不得小于预定最大试验荷载的1.2倍,荷重在试验前一次性加上平台。试验时,由电动高压油泵给置于试桩帽面的6~8台QF-630T-20型油压千斤顶逐级加、卸荷载,千斤顶的出力(试验荷载)由RS-JYC型桩基静载测试分析系统的压力传感器控制。
         3.2 试验方法
         (1)加载试验。采用快速维持荷载法,按每级加载为预定最大试验荷载的1/10以及维持每级荷载1h逐级加载,且第一级和第二级按2倍荷载分级加载。桩顶沉降观测:在桩顶对称位置装设4个位移传感器(精度为0.01mm),用来分析桩基静载测试系统和测读桩顶沉降量;在每级加载从5min开始每隔15min各测读桩顶沉降量,当到30min沉降增量小于相邻间隔时,若桩顶沉降速率达到相对收敛标准,可施加下一级荷载。
         (2)卸载试验。每级卸载量是分级荷载的2倍,每级荷载维持15min并各测读桩顶沉降量;卸载至零测读桩顶残余沉降量后维持2h,然后每隔30min测读一次。
         4 试验检测关键点
         由于试验桩的试验荷载较大,试验桩均需制作试桩帽,当利用试验桩两侧地基土作为支座反力时,两侧地基土需压实整平,必要时需进行加固。试验桩的桩帽尺寸及试验桩两侧垫层铺设时须达到的承载力值见表2。
表2 试验桩桩帽尺寸及两边垫层铺设时须达到的承载力值表


         4.1 试验准备
         垫层及试桩帽施工制作前,应通知试验单位到现场对试验桩周围的情况进行勘察,共同商讨垫层的加固处理方法及试验设备和吊装设备的摆放位置。以试验桩为中心20m×14m范围内的场地平整好供压重平台摆放,以及提供两部50吨吊机的摆放平面。
         4.2 试验桩的桩头处理及试验桩帽的制作
         桩帽制作前,先把桩头较差的浮浆凿除,直至露出坚硬密实混凝土为止,然后在桩头浇灌混凝土桩帽,钢筋采用HRB400。桩帽浇灌砼时,应留试压件,桩帽的砼强度等级达到C40,方能进行试验。当桩顶标高低于图纸要求时,可加长桩帽尺寸,以保证桩帽与两边垫层(地面)的相对高差。桩帽要与原桩严格对中,制作成型后应在桩帽面标注轴心位置。单桩竖向抗压静载试验桩帽配筋大样图见图1、图2(注:图1最大试验荷载为29600kN的检测桩,图2最大试验荷载为37000kN的检测桩)。
 
    

     4.3 试验桩周边的垫层处理
         试验时,试验桩两边垫层的极限承载力29600kN应达到250 kPa与37000kN应达到达到310kPa。根据现场探勘所得静载试验桩的基础持力层为全风化或强风化泥质粉砂岩,全风化泥质粉砂岩的设计承载力特征值为350kPa,强风化泥质粉砂岩的设计承载力特征值为500kPa,故本工程仅需清除表面填土,根据现场地质情况的差异,换填500mm~1000 mm碎石,整平后的垫层面比试桩帽面高200mm(制作桩帽时可控制桩顶标高比现有基坑开挖面低200mm),试验桩桩帽及垫层平面布置图见图3、图4(注:图3最大试验荷载为29600kN的检测桩,图4最大试验荷载为37000kN的检测桩)。
 
     

    5 检测结果
         根据所有试验的数据绘制Q~s、s~lgt曲线,确定单桩竖向抗压极限承载力Qu,当Qu2倍承载力设计特征值时,以判定该检测桩满足设计要求。桩径为1400mm的单桩竖向抗压极限承载力均≥29600kN,单桩竖向抗压承载力特征值均可取为14800kN;桩径为1600mm的单桩竖向抗压极限承载力均≥37000kN,单桩竖向抗压承载力特征值均可取为18500kN,该两种检测桩的单桩竖向抗压承载力均满足设计要求,
         6 结论与建议
         (1)在每级荷载作用下,从试验数据绘制的曲线分析可知其检测的读数较为稳定,没有发生异常的破坏情况,Q-s曲线表明桩身处于弹性压缩范围内,符合规范要求。
         (2)从相关资料分析,本工程基础采用旋挖灌注桩的承载力效果能达到设计单桩极限承载力值要求。
         (3)在桩基施工中,施工至拟定的持力层时,应加强施工记录及地质验槽,确保桩底位于稳定的地质层上。出现异常情况应及时通知现场监理,会同业主、设计、勘察单位共同协商确定,必要时进行补充勘察。
         (4)桩端持力层为中、微风化(泥质)粉砂岩,以及软化岩石,桩基成孔完成后应及时浇灌混凝土,防止桩底长时间被水浸泡而软化。

参考文献
[1] JGJ106-2014. 建筑基桩检测技术规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2014.
[2] DBJ 15-60-2008. 建筑地基基础检测规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.

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