软土地质条件下单桩抗拔静载试验中抗拔检测试验要点分析

发表时间:2018/8/20   来源:《防护工程》2018年第8期   作者:王建斌
[导读] 现通过工程所在珠江三角洲地块的单桩抗拔静载试验方法研究,详细论述单桩抵抗竖向抗拔能力的处理过程,并提出关键要点予以重视。


王建斌  广州建设工程质量安全检测中心有限公司

摘  要:单桩抗拔静载试验是运用静力学的原理对桩基进行抗拔检测,通过利用试验加载装置与反力支座在桩土的共同作用下构成荷载系统以达到测试目的。在桩身静载检测中,由于其应力传递的过程非常复杂,特别是桩身的侧阻力会随着地层变化而变化。尤其在广东沿海软土地区,桩基会受到地下水位与地层条件的制约而影响质量,因而进行单桩竖向抗拔承载力检测更是一个值得研究的课题。现通过工程所在珠江三角洲地块的单桩抗拔静载试验方法研究,详细论述单桩抵抗竖向抗拔能力的处理过程,并提出关键要点予以重视。
关键词:单桩抗拔静载试验;软土地质;抗拔检测;要点分析
         前言
         随着新时代大型建筑的发展,地基基础的承载能力和抗浮能力非常关键,尤其混凝土灌注桩是承担建筑主体结构的全部竖向载体,是建筑物抗倒稳定的保证。因此,作为建筑物承载体系的桩基,必须经过严格的静载抗拔检测合格后方可大量展开施工。否则如果建筑地下结构出现抗浮力不足,而在雨季水量充足的情况下,就会造成地下室底板遭受破坏,进而影响建筑的整体可靠性能。可见,对桩基进行单桩抗拔静载试验和桩身完整性检测,能够有效消除建筑结构竖向抗拔承载力潜在的危险。
         1 工程实例
         珠海横琴新兴际华财富广场项目位于珠海横琴新区琴海北路南侧,富邦道东侧。拟建2栋高层及多栋2~7层商业,设地下室2层,总建筑面积为133298.13 m2,其中地上建筑面积为95683.38 m2,地下建筑面积为37604.75 m2。本次抽取P-3T-23#、P-2T-1#、P-1T-2#共3根灌注桩进行单桩竖向抗拔试验,目的是检测桩身质量和单桩竖向承载力是否满足设计要求。
         2 工程地质条件
         本场区勘察深度范围内分布的地层有:人工填积层、第四系湖塘相沉积层、第四系海相沉积层、第四系海陆交互相沉积层、残积层和燕山期侵入花岗岩。
         (1)素填土层:主要由花岗岩中风化、微风化岩块组成,混杂花岗岩残积土。呈松散—稍密状态。该层密实度不均,分布无规律性。
         (2)淤泥层:土质均匀、细腻,呈饱和、流塑状态。该层在整个场地(除台间谷地地貌区)普遍分布。
         (3)淤泥混砂:土质松软,呈饱和、流塑状态。该层土在淤泥层中局部呈透镜体分布,分布不均匀,在海漫滩—海滩区域分布较为集中。
         (4)粘土:含少量高岭土,粘感较强,土质较均匀,呈饱和、可塑状态,局部为硬塑状态。分布较为普遍,但分布不连续。
         (5)砂层:主要由石英组成,夹薄层粘性土及细、中砂。呈饱和、稍密—中密状态。该层分布不连续,呈透镜体形式分布。
         (6)花岗岩:中粗粒结构,大部分矿物已风化成砂土状,残留矿物成分主要为石英,其中全风化花岗岩为岩芯呈土柱状,粘感极差,手捏易散,遇水易软化、崩解;强风化花岗岩为岩芯多呈密实土柱状和半岩半土状,手捏易散,遇水易软化、崩解,裂隙很发育,岩芯采取率较高,岩体破碎,岩石质量等级?级,本次勘察大部分未揭穿该层。
         3 单桩竖向抗拔静载试验
         3.1 试验加载装置
         试验是利用试验桩两侧的地基土作为反力,在试验桩的桩帽内预埋8~16组钢筋束,试验时须把预埋钢筋束与螺杆焊接,螺杆与千斤顶上的压梁连接。施荷时,千斤顶通过一组主、次梁把反力传至两侧地基土,作用力通过千斤顶上的压梁以及与压梁顶紧的预埋螺杆、钢筋传至试验桩上,千斤顶作用力的合力线与试桩中心线重合。(如图1所示)
 
图1 单桩竖向抗拔静载试验加载装置示意图
         由于检测桩的试验荷载较大,试验桩均需制作试桩帽,当利用检测桩两侧地基土作为支座反力时,两侧地基土需压实整平,必要时需对地基土进行换填加固处理。垫层及检测桩桩帽施工制作前,应对检测桩周围的情况进行勘察,商讨垫层的加固处理方法及检测设备和吊运安装设备的摆放位置。抗拔检测桩桩帽尺寸见表1。
表1  试验桩桩帽尺寸及两边垫层铺设时须达到的承载力值表

 

         3.2 检测桩的桩头处理及桩帽的制作
         由检测单位提供45号钢螺杆,进行抗拔试验桩桩帽的制作以及预埋钢筋束与钢螺杆的焊接安装。
         (1)试验桩帽的制作。桩帽制作前应先把桩头位置较差的浮浆混凝土凿除,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,为了提早达到试验时间,浇捣桩帽时可提高砼的强度等级至C45。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。
         (2)制作要点:6组钢筋束的定位确保准确,每组四根Φ32钢筋,沿直径75mm的圆外切布置;桩身所有主筋在桩帽中的锚固长度应不少于1200mm,且锚入桩帽中的主筋须拉直并在顶部弯折,船阀施加于地基的压应力不应大于地基土承载力特征值的1.5倍,必要时,需对支撑墩下土层进行处理,建议采用换填垫层法,换填材料为碎石或粗砂;桩帽中心与试桩中心一致,且预埋钢筋束底部弯折部分应与桩帽底部钢筋绑扎。
 
图2 抗拔静载试验示意图 
         3.3 试验桩两侧的地基土(垫层)加固
         以试验桩为中心15m×10m的平整场地供反力装置平台和50吨吊机的位置摆放。当现有的垫层不满足要求时,支墩下卧土层应进行换填处理。下卧土层换填处理前先把桩周15m×10m 范围内的软弱土层挖除,换填石角、碎石或砖碎等材料并经过分层铺填,分层压实,完成后的垫层面比试桩帽面高100mm。
         4 检测结果
         本次抽取P-3T-23#、P-2T-1#、P-1T-2#共3根灌注桩经单桩竖向抗拔试验检测,其单桩竖向抗拔承载力均满足设计要求。(见表2)
表2  单桩竖向抗拔静载试验结果汇总表


   
         5 装置设备安装及抗拔检测注意事项
         (1)反力装置所放的位置要密实,否则要换填处理,同时两边的地基土质强度要接近,确保试验的成功率。若在淤泥软土地基进行检测,地基加固处理尤为重要,一旦试验失败,就会影响工期。
         (2)试验加载装置安装时,避免在试验加载时两边受力不一或沉降不均而造成受检桩偏心,所以反力装置的支点重心与千斤顶的合力中心、受检桩轴线应重合。
         (3)在位移传感器安装时,受检桩的周边应与基准梁和反力支墩边的距离要符合相关规定标准,若它们之间太相近,在提拉时就会对检测质量和数据提取造成影响。因反力装置对地施加力过程中,同时受到力传递的受检桩在提拉时也会对地基产生挤压,如果传感器接近基准梁,所测的数据会不准。所以传感器要在桩身的坚硬、平整测点位进行安装,能保障数据的读取准确。
         (4)在检测时施加的荷载要平稳不能太快,从而确保受提拉的钢筋受力均匀,避免因产生冲击而拉断,导致试验检测失败。
         (5)检测过程中,受检桩周边的地质、侧压力系数、土的抗剪强度和应力历史等都会影响试验。通常粘土中,桩的抗拔极限侧阻力与土的不排水抗剪强度接近;砂土中,桩的抗拔极限侧阻力可用有效应力法来估计,砂土的抗剪强度越大,桩侧单位面积的极限抗拔侧阻力也就越大。
         (6)在试验上拔荷载作用下,当受检桩端位移量超过某一数值(通常为6~10mm)时,就可以认为整个桩身的土层抗拔阻力达到极限,其后抗拔阻力就会下降。此时,如果继续增加上拔荷载,就会容易出现桩身被拔出或发生复合剪切面破坏。
         6 总结  
         总之,在工程地质复杂地区,单桩竖向抗拔静载试验过程中要对试验桩数、桩帽规格、检测时间、加载方法、埋深等进行把关,并根据设计要求密切注意最大加载量,使受检桩加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度为止,确保桩身抗拔静载数据的准确性,保障检测质量。
 
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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