CFG樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用研究

孫 金 鑫

(甘肅公航旅工程咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730030)

建筑業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)樁基工程提出越來越高的要求，CFG樁以其良好的受力特點(diǎn)、成熟的施工工藝和相對(duì)低廉的造價(jià)被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)與民用建筑地基中。對(duì)于此類隱蔽工程，其施工質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響工程結(jié)構(gòu)的安全性，尤其對(duì)于地質(zhì)條件不良的區(qū)域，其質(zhì)量和承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求更需引起重視。CFG樁檢測(cè)包括樁身完整和豎向抗壓靜載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)是當(dāng)前檢驗(yàn)樁基承載力能否滿足要求的最有效、最直觀、最可靠的手段。通過在樁頂逐級(jí)施加持續(xù)荷載，采集記錄荷載、位移與時(shí)間的關(guān)系曲線，達(dá)到分析判定樁基承載力的目的。本文以某高層住宅CFG試樁為例，對(duì)單樁靜載試驗(yàn)過程及其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢驗(yàn)樁基承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求，并總結(jié)試驗(yàn)過程中影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的問題及應(yīng)對(duì)措施，為同類型樁基的靜載試驗(yàn)提供借鑒。

1 工程概況

某住宅樓為地下2層，地上33層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用CFG樁復(fù)合地基。依據(jù)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)前應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)，以驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。試樁樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)值為20 m，樁徑0.4 m，樁身材料立方體抗壓強(qiáng)度平均值fcu≥30.0 MPa，單樁豎向抗壓極限承載力為1 560 kN。工程地質(zhì)條件自上而下為：

2 CFG樁靜載試驗(yàn)過程

為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)，通常加載至破壞，通過試驗(yàn)結(jié)果分析在該地質(zhì)條件下樁基的實(shí)際承載能力，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，靜載試驗(yàn)采用堆重法、慢速維持荷載法進(jìn)行，依據(jù)JGJ 106—2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，同一條件下一組試驗(yàn)不得少于3根樁。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)開始前應(yīng)先將樁頭表面處理平整，用鋼箍做好樁帽，防止樁頭爆裂，并采用低應(yīng)變對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。靜載試驗(yàn)反力裝置采用堆重法，整個(gè)系統(tǒng)由反力鋼梁、液壓千斤頂、高壓油路和靜載數(shù)據(jù)采集儀組成，沉降測(cè)量由安裝在樁頭附近4個(gè)傳感器讀取。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

2.2 荷載分級(jí)

本次試樁單樁豎向抗壓極限承載力為1 560 kN，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)加載至CFG樁破壞為止，單樁靜載荷試驗(yàn)最大加載量為單樁極限承載力的1.2倍，即1 872 kN。試樁前應(yīng)首先進(jìn)行荷載分級(jí)，每級(jí)加載量為最大值的1/10～1/12，首級(jí)合并，加載值大小為每級(jí)加載值的2倍。加載分級(jí)見表1。卸載過程應(yīng)按分級(jí)加載值的2倍逐級(jí)卸荷。

表1 試驗(yàn)樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)加載分級(jí)表

2.3 數(shù)據(jù)測(cè)讀

沉降測(cè)讀值由儀器自動(dòng)記錄，每級(jí)荷載施加后按第5 min,10 min,15 min時(shí)各測(cè)讀一次，以后每隔15 min測(cè)讀一次，累計(jì)1 h后每隔30 min測(cè)讀一次。樁的沉降量連續(xù)兩次在每1 h內(nèi)小于0.1 mm，樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，樁頂沉降增量趨于穩(wěn)定時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。

卸載也應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載量按原加載分級(jí)荷載的2倍取值，逐級(jí)卸載。每級(jí)卸載持荷1 h，讀數(shù)時(shí)間點(diǎn)分別為15 min,30 min,60 min，可進(jìn)入下級(jí)卸載。荷載完全卸去時(shí)，讀取樁頂沉降殘余量，持荷3 h。

試驗(yàn)過程應(yīng)確保荷載傳遞均勻、連續(xù)、無(wú)沖擊，本級(jí)持荷過程中荷載變化量不得大于本級(jí)荷載的±10%。

2.4 終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：

1)當(dāng)荷載—沉降曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40 mm；2)下一級(jí)沉降變化量為本級(jí)沉降變化量的2倍及以上，且經(jīng)24 h沉降尚未穩(wěn)定；3)樁身破壞，樁頂變形急劇增大。

2.5 分析評(píng)價(jià)方法

1)作荷載—沉降(Q—s)曲線和其他輔助分析所需的曲線；2)曲線陡降段明顯時(shí)，取相應(yīng)于陡降起點(diǎn)的荷載值；3)當(dāng)出現(xiàn)2.4節(jié)中2)的情況時(shí)，取前一級(jí)荷載值；4)Q—s曲線呈緩變型時(shí)，取樁頂總沉降量s=40 mm所對(duì)應(yīng)的荷載值；5)所有檢測(cè)的試驗(yàn)樁，所測(cè)極限承載力極差不大于平均值的30%，此時(shí)單樁極限承載力以其平均值為準(zhǔn)；極差大于30%，應(yīng)參照工程地質(zhì)條件分析原因，必要時(shí)應(yīng)增加試樁數(shù)量。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

1號(hào)～3號(hào)試驗(yàn)樁豎向抗壓承載力靜載試驗(yàn)結(jié)果，Q—s曲線及s—lgt曲線分別如圖2～圖7所示。

3.2 CFG試樁豎向抗壓極限承載力評(píng)價(jià)

表2 1號(hào)～3號(hào)試樁豎向抗壓極限承載力評(píng)價(jià)表

依據(jù)JGJ 106—2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范對(duì)1號(hào)～3號(hào)試樁豎向抗壓極限承載力評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2。

1號(hào)～3號(hào)試樁Q—s曲線均未出現(xiàn)急劇變形，加載至1.2倍設(shè)計(jì)極限承載力1 872 kN時(shí)，樁頂最大沉降量分別為11.01 mm，20.07 mm，21.97 mm，皆在規(guī)范限值40 mm以內(nèi)。依據(jù)規(guī)范可確定1號(hào)～3號(hào)試樁單樁極限承載力皆大于1 872 kN，對(duì)應(yīng)的單樁承載力特征值大于936 kN。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響因素分析及措施

試驗(yàn)過程中應(yīng)遵守規(guī)范及有關(guān)規(guī)程規(guī)定，科學(xué)制定方案，分析影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的潛在因素，保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。常見的影響因素及相應(yīng)措施敘述如下：

1)靜載試驗(yàn)前樁身完整性檢測(cè)。進(jìn)行靜載試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，避免樁身缺陷對(duì)試驗(yàn)結(jié)果判定造成影響。對(duì)于CFG樁宜采用低應(yīng)變法，對(duì)大直徑鉆孔灌注樁宜采用聲波透射法檢測(cè)樁身完整性。2)反力裝置要求。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇不同的反力裝置，其中的鋼梁應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，鋼梁可在腹板處做加勁處理；利用堆重法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，支墩與地基接觸面積應(yīng)滿足規(guī)范要求，支墩對(duì)地基的壓應(yīng)力不宜大于地基承載力特征值的1.5倍；試驗(yàn)正式開始前應(yīng)先進(jìn)行預(yù)壓，消除其他因素對(duì)樁基沉降量的不良影響；試驗(yàn)應(yīng)在配重完全就位后開始，避免邊堆載邊試驗(yàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生不利影響。試驗(yàn)樁、壓重平臺(tái)支墩邊和基準(zhǔn)樁之間的距離要求見表3。3)設(shè)備參數(shù)要求。壓力傳感器讀數(shù)誤差應(yīng)小于1%；壓力表精度須大于0.4級(jí)；試驗(yàn)過程中，油泵、千斤頂、油路系統(tǒng)壓力最大值不得超過量程的80%；位移傳感器要求讀數(shù)誤差不得超過0.1%FS，且分辨率不得小于0.01 mm。

表3 靜載試驗(yàn)樁、壓重平臺(tái)支墩邊和基準(zhǔn)樁之間的距離

5 結(jié)語(yǔ)

CFG樁是目前應(yīng)用最為廣泛的樁基形式之一，其承載力大小將直接影響建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。確定樁基承載力的方法依據(jù)性質(zhì)不同可分為動(dòng)力法、靜力法和靜載試驗(yàn)法，而靜載試驗(yàn)是當(dāng)下評(píng)價(jià)樁基承載力大小最直接有效的一種手段，判斷某種新方法的可靠性與否，也是以靜載試驗(yàn)結(jié)果作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。靜載試驗(yàn)過程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇合理的方案，分析不利因素對(duì)結(jié)果造成的影響，提出合理有效的應(yīng)對(duì)措施，為設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收提供可靠的質(zhì)量保證。