自平衡試驗技術在樁基承載力檢測中的應用

張 利 唐增旺

1 工程概況

產(chǎn)品倉工程共有基樁482根,樁基直徑1 200 mm,樁體強度等級為C40,采用旋挖鉆成孔。設計要求單樁豎向承載力特征值如下:Z2樁 Ra=14 000 kN,Z4樁 Ra=17 500 kN,Z6樁 Ra=11 000 kN。由于單樁承載力要求較高,若采用傳統(tǒng)的靜載試驗,不但要求配重多,而且場地也不具備條件,故采用自平衡試驗技術進行檢測,檢測數(shù)量:3根。

2 試驗原理

在樁施工過程中將一種特制的液壓千斤頂式荷載箱和鋼筋籠焊接放在樁身指定位置,荷載箱主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成,它需要按照樁的類型、截面尺寸和荷載等級分別設計制作,如圖1所示。輸壓管和位移棒伸出樁頂,采用由特制的液壓式荷載箱、輸壓管、芯棒、液壓源等設備和儀器構成的測試系統(tǒng)進行樁基承載力檢測,測樁位置按施工圖的要求實施,共布置3根。

樁基施工時,先將液壓式荷載箱置于樁底適當位置,和鋼筋籠一起下放,再澆筑混凝土,注意將輸壓管引至地面。

施工順序為:鉆孔→清孔→拔鉆→安放荷載箱(焊于鋼筋籠下端2 m左右處)→下導管→樁基混凝土澆灌→拔導管。

試驗時,通過輸壓管對樁底荷載箱內(nèi)腔加壓,活塞頂蓋被推開。此時向下的樁側阻力和向上的樁端阻力發(fā)揮作用,互為反力,直到兩者之一發(fā)生破壞,測得荷載與位移關系。將樁周土的側阻力與樁端土的端阻力迭加,即得到樁的抗壓極限承載力。

單樁豎向承載力的檢測工作在樁基施工完成,且樁身強度達到設計值時按試驗規(guī)程實施。

1)極限承載力計算。假設可以測出單樁上、下的極限承載力,那么可以計算單樁樁頂極限承載力為:

其中,Qu為單樁豎向抗壓極限承載力;Quu為荷載箱上部樁的實測極限值;Qud為荷載箱下部樁的實測極限值;W為荷載箱上部樁自重;γ為荷載箱上部樁側阻力修正系數(shù)(對于黏性土、粉土γ=0.8,對于砂土 γ=0.7)。

2)等效轉換。將自平衡法獲得的上、下兩條 Qu—Su曲線,通過轉換等效為相應的傳統(tǒng)靜載試驗獲得的一條 Q—S曲線(等效轉換曲線),可以確定出極限單樁承載力。

3 測試系統(tǒng)的組成

圖2為自平衡樁測試系統(tǒng),分為:加荷系統(tǒng)、位移測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集計算系統(tǒng)。

加荷系統(tǒng):荷載箱、高壓油管、電動加壓泵。

位移測量系統(tǒng):位移棒、護管、電子百分表。

數(shù)據(jù)采集計算系統(tǒng):多通道自動化數(shù)據(jù)采集、分析計算、顯示或打印系統(tǒng)。

本工程采用鉆孔灌注樁,樁身成孔后先在孔底稍作找平,然后放置荷載箱,圖3為荷載箱安裝圖。

4 自平衡檢測方法

4.1 加載方式

采用慢速維持荷載法,即逐級加載,每級荷載達到相對穩(wěn)定后方可加下一級荷載,直到試樁破壞,然后分級卸載到零。當考慮結合實際工程樁的荷載特征,可采用多循環(huán)加、卸載法(每級荷載達到相對穩(wěn)定后卸載到零)。當考慮縮短試驗時間,對于工程樁作檢驗性試驗,可采用快速維持荷載法,即一般每隔1 h加一級荷載。

4.2 加載分級

每級荷載為預估極限荷載的1/10～1/15,第一級可按 2倍分級荷載加荷。

4.3 位移觀測

每級加載后在第1小時內(nèi)應在5 min,15 min,30 min,45 min,60 min測讀一次,以后每隔30 min測讀一次。每次測讀值記入試驗記錄表。

當每1小時的位移不超過0.1 mm,并連續(xù)出現(xiàn)2次(由1.5 h內(nèi)連續(xù)3次觀測值計算)時,認為已達到穩(wěn)定,可加下一級荷載。

4.4 終止加載條件

當出現(xiàn)下列情況之一時,即可終止加載:1)已達到極限加載值;2)某級荷載作用下,樁的位移量為前一級荷載作用下位移量的5倍;3)某級荷載作用下,樁的位移量大于前一級荷載作用下位移量的2倍,且經(jīng)24 h尚未達到相對穩(wěn)定;4)累計上拔量超過100 mm。

4.5 卸載與卸載位移觀測

每級卸載值為每級加載值的2倍。每級卸載后隔15 min測讀一次殘余沉降,讀兩次后,隔30 min再讀一次,即可卸下一級荷載,全部卸載后隔3 h～4 h再讀一次。

5 注意事項

1)位移棒外護管、聲測管連接必須用套筒圍焊,以確保護管不滲泥漿,位移棒采用絲扣連接,并用管鉗擰緊,與鋼筋籠綁扎成整體。2)嚴格按要求確定鋼筋應變計在主筋上的位置,綁扎過程中,注意保護應變計導線,穿過荷載箱預留孔時,預留20 cm左右的導線于預留孔內(nèi)。3)焊接時,荷載箱應立放在平整過的地面上,用吊車將鋼筋籠(含聲測管和位移棒)吊起與荷載箱頂板焊接(所有主筋圍焊,并確保鋼筋籠與荷載箱起吊時不會脫離),保證鋼筋籠軸線與荷載箱軸線重合,再點焊喇叭筋,喇叭筋上端與主筋,下端與內(nèi)圓邊緣點焊,保證荷載箱水平度小于3%。4)當混凝土接近荷載箱時,拔導管速度應稍微放慢,當荷載箱上部混凝土大于2.5 m時,導管底端應拔過荷載箱,澆筑混凝土至設計樁頂;試樁混凝土石子最大骨料粒徑宜取1.5 cm～2.5 cm,荷載箱下部混凝土坍落度宜取規(guī)范要求值的上限,便于浮漿及混凝土在荷載箱處上翻。5)成樁后,嚴格保護油管及鋼管封頭,防止水泥漿滲入。6)盡量減少外部因素的影響,應搭設防護棚,以確保測試儀表的準確性。在測試工程中做好儀器及導線保護,并及時整理、計算出相關數(shù)據(jù)。

6 應用效果

采用自平衡法檢測單樁承載力要求較高的混凝土灌注樁,可以減少采用傳統(tǒng)靜載試驗的配重,節(jié)約場地,不占用工程的有效工期,具有時間短、速度快、安全高效、數(shù)據(jù)準確可靠的優(yōu)點,因此具有廣闊的應用前景。

[1]張鴻燕,袁 鑫,李學偉.自平衡技術試樁簡介[J].山西建筑,2009,35(20):118-119.