自平衡法測(cè)試樁基承載能力在工程中的應(yīng)用

劉 銳 燕 珊

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.黑龍江大學(xué)信息管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150081)

自平衡法測(cè)試樁基承載能力在工程中的應(yīng)用

劉 銳1燕 珊2

(1.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.黑龍江大學(xué)信息管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150081)

以某小區(qū)的三根試樁為背景，針對(duì)工程樁基試驗(yàn)方法，對(duì)自平衡在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，由于三根試樁的地質(zhì)幾乎相同，那么試樁在試驗(yàn)時(shí)所激發(fā)的側(cè)摩阻力和端阻力也幾乎相同，因而通過自平衡方法實(shí)測(cè)得到的樁基極限承載能力也幾乎相同，以此初步證明了自平衡法測(cè)試樁基承載能力的可靠性。

自平衡法，側(cè)摩阻力，端阻力，承載能力

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代的建筑物越來越趨于龐大，因此需要地基的承載能力也越來越高，因此對(duì)樁基的承載能力的檢測(cè)方法也尤為重要，自平衡法應(yīng)運(yùn)而生，自平衡法既能方便地測(cè)試出樁基的承載能力而且適合比較大噸位的樁基檢測(cè)，還有自平衡法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件要求不高，試驗(yàn)成本相對(duì)較低，所以自平衡法在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用及其可靠性具有重要的理論與實(shí)際意義[1]。

1 小區(qū)工程背景、試樁測(cè)試方法介紹及其原理

1.1 工程背景

本文以某小區(qū)的三根樁基為依托，試驗(yàn)方法采用自平衡法進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，三根試樁為鉆孔灌注樁，三根試樁樁徑均為0.8 m，試樁采用C30混凝土，設(shè)計(jì)要求單樁承載力為4 400 kN，試驗(yàn)要求的最大試驗(yàn)荷載為8 800 kN，三根試樁所處的具體地質(zhì)見表1。

1.2 測(cè)試方法介紹及其原理

本次試樁方法采用自平衡法，首先由1960年以色列的公司開創(chuàng)，自平衡法在國(guó)內(nèi)首先由東南大學(xué)在1996年開始進(jìn)行實(shí)用性應(yīng)用,其原理是把一種特制的加載裝置焊接在鋼筋籠的特定位置并與鋼筋籠一起埋入樁位，位置確定則由試樁試驗(yàn)前針對(duì)不同目的而定，將荷載箱的油管以及其他測(cè)試裝置從樁內(nèi)部引到地面以方便進(jìn)行試驗(yàn)，然后灌注混凝土成樁。加壓裝置在地面通過油管向荷載箱施加壓力從而達(dá)到加載目的，荷載箱此時(shí)產(chǎn)生一對(duì)上下相反方向的力，并傳遞給試樁。由于樁體本身成為一個(gè)反力系統(tǒng)，所以會(huì)得到兩組靜載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。通過對(duì)加載值與相應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算、分析不僅可以獲得樁基承載力，而且可以獲得不同土層的樁的側(cè)阻、樁端的承載力及側(cè)阻系數(shù)等一系列數(shù)據(jù)，從而通過實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)工程實(shí)際所需進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 地質(zhì)參數(shù)表 kPa

2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

自平衡法試驗(yàn)裝置便于對(duì)大噸位的樁基進(jìn)行檢測(cè)，與傳統(tǒng)試樁相比，既經(jīng)濟(jì)又便于操作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境要求低，大大縮短試驗(yàn)的準(zhǔn)備時(shí)間及人力、物力。

2.1 試驗(yàn)裝置

1)加載系統(tǒng)。

包括用于加壓的油泵、特制的荷載箱以及滿足壓強(qiáng)要求的加壓油管。

2)測(cè)試裝置。

主要采集數(shù)據(jù)包括：油壓(針對(duì)不同油壓可得到不同加載值)，在不同荷載下樁體向上的位移、樁體向下的位移、樁頂整體位移等，其相應(yīng)的測(cè)試裝置示意圖見圖1。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)加/卸載方法。

根據(jù)規(guī)范以及相關(guān)設(shè)計(jì)要求，該小區(qū)采用自平衡法，采用慢速載荷維持法對(duì)試樁進(jìn)行加載。

1)加載：該小區(qū)試樁試驗(yàn)共分為9級(jí)加載，每一級(jí)加載量為預(yù)估承載力的1/10，具體分級(jí)見表2。

表2 加載及卸載分級(jí)表

2)卸載：該小區(qū)試樁試驗(yàn)卸載共分為5級(jí)，每一級(jí)卸載的量為加載一個(gè)級(jí)的2倍。

3)加載時(shí)的數(shù)據(jù)記錄：每當(dāng)加載一級(jí)荷載后在第一個(gè)小時(shí)內(nèi)觀察第5 min,15 min,30 min,45 min,60 min對(duì)應(yīng)的位移量，以后每隔0.5 h觀察一次，以判斷樁基是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。位移相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每1 h內(nèi)的位移量不超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次。

4)卸載時(shí)的數(shù)據(jù)記錄：每一級(jí)荷載應(yīng)維持1 h，在第15 min,30 min,60 min記錄位移量后，可進(jìn)行下一級(jí)卸載。當(dāng)卸載至零后，應(yīng)記錄殘余位移量，維持時(shí)間為3 h，測(cè)讀時(shí)間為第15 min,30 min，以后每隔0.5 h測(cè)一次。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法

針對(duì)此小區(qū)的自平衡試樁試驗(yàn)得到的最重要數(shù)據(jù)就是單樁豎向抗壓極限承載力，單樁豎向抗壓極限承載力的確定方法如下：通過實(shí)際測(cè)試得到上段、下段樁體的承載力，按照相關(guān)自平衡技術(shù)規(guī)程中的承載力計(jì)算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：

(1)

其中，QU為單樁豎向極限承載力，kN；QU上為荷載箱上段樁相應(yīng)加載極限值，kN；QU下為荷載箱下段樁相應(yīng)加載極限值，kN；W為荷載箱上段樁的自重；γ為上段樁體樁側(cè)阻力修正系數(shù)，粘土、粉土修正系數(shù)γ取0.8，砂土取0.7[3,4]。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

根據(jù)試樁相應(yīng)位移曲線特征以及所處地質(zhì)的地質(zhì)報(bào)告，上段樁體側(cè)阻力修正系數(shù)γ取0.8[5]。計(jì)算過程如下：

實(shí)測(cè)1號(hào)樁的豎向承載力為：實(shí)測(cè)上段樁承載力時(shí)，取對(duì)應(yīng)第10級(jí)荷載并考慮自重和修正因子后，經(jīng)計(jì)算得到其值約為5 029 kN，實(shí)測(cè)下段樁承載力時(shí)，取對(duì)應(yīng)第10級(jí)荷載，按上述式(1)即為：

由上式同理可求得2號(hào),3號(hào)兩樁實(shí)測(cè)單樁豎向抗壓承載力均為9 538 kN。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

本小區(qū)試驗(yàn)采用自平衡法，通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，得到結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果表

4 結(jié)語

本文通過對(duì)某小區(qū)的三根樁基進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，并對(duì)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由測(cè)試的結(jié)果可以看出三根試樁的單樁豎向抗壓承載能力非常接近，由此可以得到如下結(jié)論：

1)三根試樁的豎向抗壓承載能力非常接近，而且三根試樁所處的地質(zhì)幾乎相同，說明三根試樁所激發(fā)的側(cè)摩阻力及端阻力也非常接近。

2)針對(duì)自平衡這種方法而言，對(duì)處于相同地質(zhì)的試樁，測(cè)試結(jié)果幾乎相同，三根試樁相互驗(yàn)證，那么可說明自平衡這種方法測(cè)試有一定的準(zhǔn)確性，但仍需大量積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有待對(duì)自平衡這種方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行考究。

[1] 包承綱.談巖土工程概率分析方法中的若干基本問題[J].巖土工程學(xué)報(bào),1989,28(4):1-3.

[2] 姚麗章,匡翠萍,徐明磊.自平衡法測(cè)試鋼管樁承載力的可靠性探討[J].華南港工，2013(2)：70-72.

[3] DB45/T 564-2009，樁承載力自平衡法測(cè)試技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 黃思勇,熊 剛,羅昊沖,等.津?yàn)I輕軌基礎(chǔ)托換樁基承載力的自平衡試驗(yàn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2010(4):512-513.

[5] JGJ 94-94,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

The self equilibrium method test of the pilefoundation bearing capacity in engineering application

LIU Rui1YAN Shan2

(1.College of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China;2.College of Information Management, Heilongjiang University, Harbin 150081, China)

Three test piles foundation in this paper as the background, aiming at the engineering pile test method, on osterberg-cell method in the practical engineering application, because the three test piles geological almost the same, then the test pile inspired during the experiments of side friction resistance and end resistance is almost the same, so by self-balancing method on the ultimate bearing capacity of pile foundation is almost the same, this preliminary proof self-balancing method of testing the reliability of the pile foundation bearing capacity.

osterberg-cell method, pile side friction, end resistance, the bearing capacity

1009-6825(2014)31-0094-03

2014-08-30

劉 銳(1989- )，男，在讀碩士； 燕 珊(1989- )，女，在讀碩士

TU473.16

A