大噸位靜載檢測技術的應用與研究

林 立

（東莞市建設工程檢測中心，廣東 東莞 523809）

0 引言

隨著我國經濟快速發展，各類高層建筑層出不窮，對于建筑基礎承載力要求越來越高。因此，大直徑高承載力灌注樁的應用愈發廣泛。為了保障大直徑灌注樁的承載力及其安全可靠性，靜載試驗被工程界公認為檢測該樁最有效、最直接的試驗方法。大噸位靜載試驗主要是通過受檢樁樁頂在分級時間內逐級施加持續荷載，繪制時間、荷載、樁頂沉降量之間的曲線圖，從而分析研究單樁豎向抗壓承載力的標準值和極限值，為樁基驗收和設計提供可靠數據。

1 試驗特征

1.1 大噸位靜載試驗特點

檢測數據真實、直觀。儀器設備要求高。吊裝復雜，安全性要求。支撐土承載力要求高，加固費用高。場地占用面積大，進退場難。

1.2 存在的問題

堆載進場的問題。待檢樁周邊土承載力問題。反力裝置的選擇及其強度、變形問題。堆載偏心及安全性問題。樁頭防爆問題。

1.3 影響因素

樁周土壓縮回彈性。檢測設備間距。樁帽設計。惡劣天氣。

2 工程實例

2.1 工程概況

東莞某小區 3# 高層住宅樓，樁基采用大直徑（1 000～1 500 mm）人工挖孔樁，樁身混凝土為 C30 等級，待檢樁25#（D=1 200 mm）單樁承載力特征值為10 000 kN，地質情況如下。

1）粉質黏土。可塑，約 0.8 m 厚，特征值 110 kPa。

2）粗砂。中密狀，約 2.0 m 厚，特征值 370 kPa。

3）全風化花崗巖。極破碎，約 1.5 m 厚。

2.2 試驗前的準備工作

1）收集項目勘察報告。了解場地地基分層類型、每層土的厚度及承載力特征值。

2）查閱基樁平面布置圖及設計總說明。根據圖紙確定待檢樁的位置及承載力特征值的大小。

3）確定檢測方案及簽署樁位確認表。

4）查看場地條件、工程位置及周邊交通情況，擬定檢測順序，修建運輸通道，保障檢測設備進退場。

2.3 檢測承重平臺設計

2.3.1 確定檢測方法

經多年經驗積累和技術、成本對比，大噸位靜載檢測試驗主要采用壓重平臺堆載檢測法，如圖 1 所示。

圖1 壓重平臺反力試驗裝置示意圖

2.3.2 樁周土加固

1）當試驗堆載不超過 1 500 t 且平臺支墩下地基土為堅硬土層時，應對地基土承載力進行計算。如地基土經過壓實（換填）處理后，能滿足規范和試驗要求的，可不用澆筑鋼筋混凝土承壓板。

2）當試驗堆載超過 1 500 t 或平臺支墩下地基土為軟弱土層（如回填土、素填土或淤泥質土等）且無法單純通過壓實（換填）處理來確保堆載安全時，應對支墩下地基土壓實（換填）處理后再加制鋼筋混凝土承壓板，承壓板要配以足夠的鋼筋且厚度≥30 cm，如圖 2 所示。

本試驗基樁最大承載力為 2 000 kN，地基土承載力特征值為 110 kPa。經測算，宜采用鋼筋混凝土承載板加固法才能滿足試驗要求。

2.3.3 主要儀器設備

靜載測試儀、千斤頂、電動油泵、油路、分流器、位移傳感器、壓力傳感器、鋼梁、混凝土試塊、基準梁/樁等，設備型號、規格和數量應依照建設相關方根據工程現場實際情況擬定的檢測方案來確定。

圖2 鋼筋混凝土承載板構造圖（單位：mm）

2.3.4 樁頭處理與樁帽制作

要求委托方按照檢測單位出具的樁帽圖，負責樁頭處理和樁帽制作，具體要求如圖 3、圖 4 所示。

1）混凝土灌注樁樁頭不能有松散骨料、蜂窩或離析混凝土層，如有應立刻清理。

圖3 小噸位靜載試驗樁帽設計圖

圖4 大噸位靜載試驗樁帽設計圖（單位：mm）

2）做好樁頭基層處理，掰直主筋，插入樁帽內，保證足夠保護層厚度。如外露主筋長度不夠時，應通過焊接加長筋的方式，保障樁與樁帽之間的整體穩定性。樁帽應設置鋼筋網片 2～6 層，間距≤150 mm，要求厚度≥500 mm（大噸位≥1 000 mm），嵌入原樁身 200 mm 左右。

3）當樁帽以承壓為主時，鋼筋網格可按上圖配置構造鋼筋（為安全起見，承受 1 500 t 及以上的樁帽可采用配筋： 22@150雙向筋）；當樁帽承受較大的彎矩時，應按計算確定承臺的厚度和鋼筋數量。

4）樁帽一般為方形 1.2D×1.2D，且≥800 mm× 800 mm，并考慮千斤頂的數量和安裝要求。樁帽頂面應平整，確保多臺作業千斤頂聯動作業時呈水平狀態，同時應對中樁帽中軸線與堆載平臺重心重合。

2.3.5 主次梁選擇及搭設

鋼梁的選擇與要求：壓重平臺反力裝置的結構主要為鋼梁，可分為主梁和次梁。鋼梁橫截面有如下幾種型式（見圖 5）：①工字形；②組合工字形；③箱形。通過結構設計軟件計算和實際試驗測量數據對比，堆載平臺的主梁宜選用箱型截面更可靠；次梁宜選用工字形鋼梁，其在安全性、經濟性更突出。其工字型梁兩側可滿焊加肋鋼板，可有效防范次梁出現平面外失穩事故。因此，各檢測單位開展大噸位靜載試驗前，應聘請設計院對壓重反平臺的主次梁的尺寸規格及其結構強度與變形進行驗算復核。

圖5 鋼梁截面型式

當最大試驗荷載為 1 000～1 500 t 時：主梁長度≥10 m，次梁長度≥10 m，堆載平臺面積≥10 m×10 m。當最大試驗荷載為 1 500～2 000 t 時：主梁長度≥10 m，次梁長度≥12 m，堆載平臺面積≥10 m×12 m。

2.3.6 千斤頂的選擇

大噸位靜載檢測試驗選用的千斤頂型號、數量，應考量主梁的寬度和柱帽頂面面積。根據千斤頂允許出力荷載計算出合理臺數。當多臺千斤頂并聯加載時，應滿足如下要求。

1）同一試驗選用的千斤頂型號、規格應統一。2）千斤頂、堆載平臺和樁的中心軸線應重合。3）千斤頂出力荷載的 80 %，應大于最大試驗荷載的 20 %［1］。

2.3.7 堆重搭設步驟及要求

1）安裝堆載時應規范進行，宜在檢測前一次均勻加足。當預制塊配重堆放層數超過 5 層后，應根據具體工況考慮每 2 層向內縮進1塊試塊，外觀呈現底部寬頂層窄的“金字塔”形狀，使得平臺重心向中心集中，且堆載高度不宜大于底部邊長的 1.5 倍。

2）上下層配重堆載順序可參考砌體結構施工要求，不能形成通縫，應相互搭接、錯位安裝，每一層配重應根據尺寸變換擺放方向，使得整個堆載平臺相互咬合成整體受力系統。

3）在安全方面，應在吊裝現場四周拉上警戒線、設置警戒標語或放置警示牌，嚴禁非專業人士進入。堆載吊裝人員應帶好安全帽、穿好反光衣和勞保防滑鞋，做好安全防護措施，避免出現安全事故。

2.3.8 檢測儀器的安裝要求

1）千斤頂的中心與被檢樁中心必須保持在同一條軸線上。

2）受檢樁、基準樁與支墩邊的相關要求如表 1 所示。

表1 試樁、壓重平臺支墩和基準樁之間的中心距離

3）基準樁的設置。基準樁應沒有被接觸或遭到破損的危險，不受試樁及壓重平臺支墩周邊土下沉的影響。基準梁的一端應固定在基準樁上，另一段應簡支于基準樁上。

4）位移傳感器的安裝：在被檢樁頂直徑方向對稱安裝 4 個位移傳感器。固定和支承位移傳感器的夾具應緊密連接在基準樁上，基礎梁的尺寸應滿足規范要求，且不易受大風、震動或其他外界因素干擾而造成豎向位移變化［2］。

2.3.9 試驗方法

依照規范相對穩定沉降標準，本試驗采用慢速維持荷載法加卸載。

2.3.10 數據分析

1）本次試驗檢測數據如圖 6 所示。

圖6 靜載試驗檢測數據圖

2）根據行標規范中的規定確定特征值：對陡變型Q-s曲線，取陡降段的起始點對應的荷載值為承載力特征值［3］。

3）對于緩變型Q-s曲線可根據沉降量確定：對直徑＜800 mm 的樁，宜取s=40 mm 對應的荷載值；直徑≥ 800 mm 的樁，可取s=0.05d（d為樁端直徑）且s≤80 mm 對應的荷載值［4］。根據以上要求結合實例 25 # 樁樁長和Q-s曲線（見圖 6）可知，該樁最大試驗荷載作用下的沉降量＜60 mm，滿足設計要求。

4）通過沉降監測，基準梁、基準樁等輔助設施的位移變化均在允許范圍內，證明本次試驗的搭設和地基土加固措施有效地保障了大噸位靜載檢測的成功。

3 結論

1）大噸位靜載試驗支墩下地基土承載力必須經過嚴格計算，如果通過地基加固措施無法保障支墩安全性時，應澆筑鋼筋混凝土整體墊層。

2）多臺千斤頂并聯加載時，應對千斤頂規格、尺寸、型號按照規范要求進行選擇，并保證千斤頂合力中心、樁中心與平臺中心樁軸線重合。

3）堆載平臺主梁宜采用箱形鋼梁，次梁截面采用翼緣加固工字型鋼梁，均應進行受力變形驗算。

4）試驗前一定要選定好檢測規范，才能明確加載時間、分級荷載、穩定標準、終止加載條件、承載力確定標準。 Q