自平衡试验技术在桩基承载力检测中的应用

2010-07-20唐增旺

山西建筑 2010年17期

张利唐增旺

1 工程概况

产品仓工程共有基桩482根,桩基直径1 200 mm,桩体强度等级为C40,采用旋挖钻成孔。设计要求单桩竖向承载力特征值如下:Z2桩 Ra=14 000 kN,Z4桩 Ra=17 500 kN,Z6桩 Ra=11 000 kN。由于单桩承载力要求较高,若采用传统的静载试验,不但要求配重多,而且场地也不具备条件,故采用自平衡试验技术进行检测,检测数量:3根。

2 试验原理

在桩施工过程中将一种特制的液压千斤顶式荷载箱和钢筋笼焊接放在桩身指定位置,荷载箱主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成,它需要按照桩的类型、截面尺寸和荷载等级分别设计制作,如图1所示。输压管和位移棒伸出桩顶,采用由特制的液压式荷载箱、输压管、芯棒、液压源等设备和仪器构成的测试系统进行桩基承载力检测,测桩位置按施工图的要求实施,共布置3根。

桩基施工时,先将液压式荷载箱置于桩底适当位置,和钢筋笼一起下放,再浇筑混凝土,注意将输压管引至地面。

施工顺序为:钻孔→清孔→拔钻→安放荷载箱(焊于钢筋笼下端2 m左右处)→下导管→桩基混凝土浇灌→拔导管。

试验时,通过输压管对桩底荷载箱内腔加压,活塞顶盖被推开。此时向下的桩侧阻力和向上的桩端阻力发挥作用,互为反力,直到两者之一发生破坏,测得荷载与位移关系。将桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力迭加,即得到桩的抗压极限承载力。

单桩竖向承载力的检测工作在桩基施工完成,且桩身强度达到设计值时按试验规程实施。

1)极限承载力计算。假设可以测出单桩上、下的极限承载力,那么可以计算单桩桩顶极限承载力为:

其中,Qu为单桩竖向抗压极限承载力;Quu为荷载箱上部桩的实测极限值;Qud为荷载箱下部桩的实测极限值;W为荷载箱上部桩自重;γ为荷载箱上部桩侧阻力修正系数(对于黏性土、粉土γ=0.8,对于砂土 γ=0.7)。

2)等效转换。将自平衡法获得的上、下两条 Qu—Su曲线,通过转换等效为相应的传统静载试验获得的一条 Q—S曲线(等效转换曲线),可以确定出极限单桩承载力。

3 测试系统的组成

图2为自平衡桩测试系统,分为:加荷系统、位移测量系统、数据采集计算系统。

加荷系统:荷载箱、高压油管、电动加压泵。

位移测量系统:位移棒、护管、电子百分表。

数据采集计算系统:多通道自动化数据采集、分析计算、显示或打印系统。

本工程采用钻孔灌注桩,桩身成孔后先在孔底稍作找平,然后放置荷载箱,图3为荷载箱安装图。

4 自平衡检测方法

4.1 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方可加下一级荷载,直到试桩破坏,然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征,可采用多循环加、卸载法(每级荷载达到相对稳定后卸载到零)。当考虑缩短试验时间,对于工程桩作检验性试验,可采用快速维持荷载法,即一般每隔1 h加一级荷载。

4.2 加载分级

每级荷载为预估极限荷载的1/10～1/15,第一级可按 2倍分级荷载加荷。

4.3 位移观测

每级加载后在第1小时内应在5 min,15 min,30 min,45 min,60 min测读一次,以后每隔30 min测读一次。每次测读值记入试验记录表。

当每1小时的位移不超过0.1 mm,并连续出现2次(由1.5 h内连续3次观测值计算)时,认为已达到稳定,可加下一级荷载。

4.4 终止加载条件

当出现下列情况之一时,即可终止加载:1)已达到极限加载值;2)某级荷载作用下,桩的位移量为前一级荷载作用下位移量的5倍;3)某级荷载作用下,桩的位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍,且经24 h尚未达到相对稳定;4)累计上拔量超过100 mm。

4.5 卸载与卸载位移观测

每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15 min测读一次残余沉降,读两次后,隔30 min再读一次,即可卸下一级荷载,全部卸载后隔3 h～4 h再读一次。

5 注意事项

1)位移棒外护管、声测管连接必须用套筒围焊,以确保护管不渗泥浆,位移棒采用丝扣连接,并用管钳拧紧,与钢筋笼绑扎成整体。2)严格按要求确定钢筋应变计在主筋上的位置,绑扎过程中,注意保护应变计导线,穿过荷载箱预留孔时,预留20 cm左右的导线于预留孔内。3)焊接时,荷载箱应立放在平整过的地面上,用吊车将钢筋笼(含声测管和位移棒)吊起与荷载箱顶板焊接(所有主筋围焊,并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离),保证钢筋笼轴线与荷载箱轴线重合,再点焊喇叭筋,喇叭筋上端与主筋,下端与内圆边缘点焊,保证荷载箱水平度小于3%。4)当混凝土接近荷载箱时,拔导管速度应稍微放慢,当荷载箱上部混凝土大于2.5 m时,导管底端应拔过荷载箱,浇筑混凝土至设计桩顶;试桩混凝土石子最大骨料粒径宜取1.5 cm～2.5 cm,荷载箱下部混凝土坍落度宜取规范要求值的上限,便于浮浆及混凝土在荷载箱处上翻。5)成桩后,严格保护油管及钢管封头,防止水泥浆渗入。6)尽量减少外部因素的影响,应搭设防护棚,以确保测试仪表的准确性。在测试工程中做好仪器及导线保护,并及时整理、计算出相关数据。