大噸位靜載試驗(yàn)堆載法注意事項(xiàng)探討

楊澤東 （安徽建工檢測(cè)科技集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)的規(guī)模越來越大，作為一種可以提高地基基礎(chǔ)承載力和有效減小建筑物沉降的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用也越來越廣泛。隨著超高層建筑、大型橋梁、鐵路和機(jī)場(chǎng)等工程建設(shè)的需要，對(duì)基樁承載力的要求越來越高。目前，大直徑（直徑D≥800mm）灌注樁的直徑已達(dá)6m 以上，入土深度已達(dá)150m 以上。大直徑樁的應(yīng)用也越來越廣，我國(guó)每年使用的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到200 萬根。由于大直徑樁靜載試驗(yàn)噸位大，壓重反力平臺(tái)在加卸載過程中勢(shì)必會(huì)使壓重反力平臺(tái)周邊的地基產(chǎn)生變形，由于壓重反力平臺(tái)重，產(chǎn)生的變形不能忽視，從而影響基樁靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)[1]。大噸位靜載試驗(yàn)因加載噸位大、壓重平臺(tái)高，對(duì)壓重平臺(tái)下地基承載力、加載系統(tǒng)中主次梁的強(qiáng)度以及堆載設(shè)備的穩(wěn)定性、加載系統(tǒng)的合理問題、堆載過程中的安全以及防傾覆措施等方面都提出了更高的要求。本文總結(jié)大噸位靜載試驗(yàn)質(zhì)量安全檢測(cè)注意事項(xiàng)，如大噸位靜載壓重反力平臺(tái)下周邊地基承載力的要求、樁頭加固處理要求、加載系統(tǒng)中主次梁的強(qiáng)度以及堆載設(shè)備的穩(wěn)定性要求、加載系統(tǒng)的合理性、堆載過程中的安全以及防傾覆措施等。

1 靜載試驗(yàn)要求

1.1 壓重平臺(tái)下地基承載力要求

因大噸位靜載試驗(yàn)堆載配重質(zhì)量較大，堆載配重塊需要一次性堆載在平臺(tái)上面，堆載支墩承受堆載荷載，此時(shí)需要堆載支墩下地基土提供足夠的承載力，《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）[2]要求壓重施加于地基的壓應(yīng)力不宜大于地基承載力特征值的1．5倍。

在工程實(shí)踐中，通過現(xiàn)場(chǎng)勘察，在大噸位靜載試驗(yàn)堆載前，對(duì)支墩下地基土進(jìn)行承載力檢測(cè)（動(dòng)力觸探或平板載荷試驗(yàn)），并通過堆載平臺(tái)重量和支墩面積計(jì)算堆載平臺(tái)所需地基土承載力。如地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，采用級(jí)配碎石換填或壓實(shí)處理等方式，確保地基土承載力能夠滿足實(shí)際需求和規(guī)范要求。

1.2 樁頭加固處理要求

由于加荷載大，防止檢測(cè)時(shí)樁頭破壞，混凝土樁頭處理應(yīng)符合規(guī)范《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）附錄B要求，樁頭處理設(shè)計(jì)圖和實(shí)圖如圖1和圖2 所示。對(duì)于樁徑較小的樁頭處理，可以設(shè)置倒圓臺(tái)形。

圖1 樁頭處理設(shè)計(jì)圖

圖2 樁頭處理實(shí)圖

1.3 加載系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性要求

大噸位靜載試驗(yàn)選取的主次鋼梁應(yīng)滿足堆載需要，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2020）[3]，按照單樁豎向抗壓承載的檢測(cè)值，選擇合適的主鋼梁和次鋼梁。主鋼梁在選用過程中應(yīng)進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、剛度驗(yàn)算、腹板邊緣折算應(yīng)力驗(yàn)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算，次鋼梁選用過程中應(yīng)進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、腹板邊緣折算應(yīng)力驗(yàn)算和整體穩(wěn)定性驗(yàn)算[4]。

在工程實(shí)踐中，在選取堆載平臺(tái)的主次鋼梁時(shí)，通過建模得出主次鋼梁的受力情況，并繪制受力簡(jiǎn)圖、彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖，如圖3所示。

圖3 鋼梁受力簡(jiǎn)圖、彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖

鋼梁的橫截面的形式有工字形、組合工字形和箱形，通過上述主次梁的受力分析，大噸位堆載平臺(tái)的主梁宜選用箱形截面，其安全性和穩(wěn)定性更高，次梁宜選用工字形鋼梁，其安全性、經(jīng)濟(jì)性更好。

1.4 聯(lián)合加載裝置的組合問題

小噸位靜載試驗(yàn)施工過程中，多為單根主梁堆載平臺(tái)提供反力，單個(gè)油壓千斤頂逐級(jí)加荷，位移傳感器測(cè)量樁頂沉降量，并根據(jù)逐級(jí)采集的數(shù)據(jù)繪制荷載-沉降曲線和沉降-時(shí)間對(duì)數(shù)曲線，判定受檢樁單樁豎向抗壓承載力值是否滿足設(shè)計(jì)要求。但當(dāng)進(jìn)行大噸位靜載試驗(yàn)時(shí)，因單根主梁材料受荷極限較小、單個(gè)油壓千斤頂使用范圍較小、檢測(cè)環(huán)境局限性較強(qiáng)，導(dǎo)致在進(jìn)行大噸位靜載試驗(yàn)時(shí)，容易出現(xiàn)因檢測(cè)設(shè)備原因?qū)е略囼?yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、堆載平臺(tái)倒塌、試驗(yàn)過程無法完成等情況。

在工程實(shí)踐中，針對(duì)大噸位靜載試驗(yàn)過程存在的鋼梁和千斤頂局限問題，通過對(duì)檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提出多油路并聯(lián)裝置的組合應(yīng)用，即采用多根主梁和次梁堆載平臺(tái)提供反力，多油路油壓千斤頂逐級(jí)加荷的多油路并聯(lián)靜載設(shè)備，該套設(shè)備通過一個(gè)油泵并聯(lián)多個(gè)雙油路千斤頂，每個(gè)千斤頂對(duì)應(yīng)一根主梁。當(dāng)采用全自動(dòng)靜載儀進(jìn)行試驗(yàn)加載時(shí)，油泵同時(shí)對(duì)放置在樁帽平臺(tái)上的多個(gè)千斤頂施加油壓，千斤頂再同時(shí)對(duì)主梁施加壓力，并通過反力平臺(tái)作用于樁身頂部。經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證，該套設(shè)備方法有效地解決了因無法找到合適檢測(cè)設(shè)備（強(qiáng)度足夠高的鋼梁和荷載足夠大的油壓千斤頂）而不能對(duì)大噸位基樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的問題，同時(shí)降低了試驗(yàn)成本，提高了試驗(yàn)檢測(cè)效率。多油路并聯(lián)裝置現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)如圖5所示。

圖4 鋼梁橫截面

圖5 多油路并聯(lián)裝置

1.5 堆載過程中的安全以及防傾覆措施

大噸位靜載危險(xiǎn)性較大，在堆載過程中應(yīng)設(shè)置足夠的安全距離，設(shè)置安全標(biāo)志，吊裝現(xiàn)場(chǎng)四周拉上警戒線，吊裝過程中安排專門的安全員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全，吊裝工人應(yīng)系好安全繩，做好安全保護(hù)措施。針對(duì)大噸位靜載試驗(yàn)過程存在的堆載平臺(tái)易失穩(wěn)問題，采取以下三種防傾覆措施進(jìn)行監(jiān)控。

①上下層配重堆載順序可參考砌體結(jié)構(gòu)施工要求，不能形成通縫，應(yīng)相互搭接、錯(cuò)位安裝，每一層配重應(yīng)根據(jù)尺寸變換擺放方向，使得整個(gè)堆載平臺(tái)相互咬合成整體受力系統(tǒng)。

②在堆載平臺(tái)的搭建和基樁試驗(yàn)過程中，在堆載平臺(tái)四周布置數(shù)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，采用高精度水準(zhǔn)儀在堆載平臺(tái)的搭建和基樁試驗(yàn)過程中加強(qiáng)觀測(cè)平臺(tái)的不均勻沉降和側(cè)向位移情況，一旦出現(xiàn)不均勻沉降值過大或某一方向側(cè)向位移偏大，及時(shí)停止堆載或試驗(yàn)過程并撤離現(xiàn)場(chǎng)人員。

③在基樁試驗(yàn)過程中，在主鋼梁和次鋼梁上布置應(yīng)變片，通過對(duì)應(yīng)變片的數(shù)據(jù)觀測(cè)，監(jiān)控鋼梁的變形情況，進(jìn)而避免因鋼梁失穩(wěn)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗和堆載平臺(tái)的倒塌。

2 工程實(shí)例檢測(cè)

合肥某一工地的鉆孔灌注樁，樁徑為1200mm，樁長(zhǎng)44m，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值為11500kN，樁端持力層為⑤層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40。

2.1 工程地質(zhì)概況

場(chǎng)地地基土自上而下構(gòu)成層序如下所示。

圖6 大噸位靜載試驗(yàn)堆載圖

①層素填土（Qml）：灰黃、灰褐色，稍濕～濕，松散。以黏土為主，含植物根系成分，局部含少量碎石子，該層填土為近1～5 年人工棄土堆填而成，該層土具有均勻性差、壓縮性高、密實(shí)度差等特點(diǎn)。層厚0．40～11．80m，層底標(biāo)高為18．76～34．97m，普遍分布于場(chǎng)地內(nèi)。

①1層雜填土（Qml）：雜色，稍濕～濕，松散，以黏土為主，含大量混凝土塊石。該層填土為近1～5 年人工棄土堆填而成，該層土具有均勻性差、壓縮性高、密實(shí)度差等特點(diǎn)。層厚3．40～5．10m，層底標(biāo)高為26．08～30．50m。

②1層粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：灰黃色，稍濕，可塑狀，含鐵錳氧化物，切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)。該層層厚1．40～2．70m，層底標(biāo)高為27．16～30．06m。該層非主要受力層，場(chǎng)地局部分布。

②層黏土（Q3al+pl）：黃褐色，稍濕，硬塑～堅(jiān)硬狀，含鐵錳氧化物，切面光滑，干強(qiáng)度高，韌性高，無搖振反應(yīng)，局部夾硬塑狀粉質(zhì)黏土。裂隙不發(fā)育，具有弱膨脹性，該層層厚0．60～8．10m，層底標(biāo)高為24．83～32．24m。普遍分布于場(chǎng)地內(nèi)。

③1層粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）：灰黃色，稍濕，以可塑狀為主，局部硬塑，含鐵錳氧化物侵染，切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，含少量粉土，粉土含量較少。裂隙不發(fā)育，具有弱膨脹性，該層層厚0．50～8．20m，層底標(biāo)高為14．56～29．76m。場(chǎng)地內(nèi)分布較普遍。

③2層粉質(zhì)黏土夾粉土（Q3al+pl）：灰黃色，稍濕，可塑～硬塑狀，切面較粗糙，下部含少量細(xì)砂，有輕微搖振反應(yīng)，該層層厚0．50～12．80m，層底標(biāo)高為13．58～25．39m，該層場(chǎng)地內(nèi)分布較普遍。

④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K）：棕紅色，稍濕，巖體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，膠結(jié)程度差，風(fēng)化裂隙發(fā)育，局部夾中風(fēng)化塊體，巖芯管鉆巖芯采取率極低。該層部分鉆孔未揭穿，揭露最大層厚為7．70m，層頂深度為6．80～19．90m。

⑤層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K）：棕紅色，稍濕，泥質(zhì)膠結(jié)，層狀構(gòu)造，巖體結(jié)構(gòu)中等破壞，膠結(jié)程度稍好，巖體較破碎，鉆探未發(fā)現(xiàn)洞穴、臨空面等不利地質(zhì)條件，屬極軟巖，該層未揭穿，最大揭露厚度9．00m，層頂深度10．40～25．80m。

2.2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

檢測(cè)設(shè)備是JCQ-503B 靜力載荷測(cè)試儀，3 臺(tái)800t 千斤頂，容柵式位移表，油壓傳感器，電動(dòng)油泵等。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表見表1。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表

根據(jù)表1 可知，最大加載量為23000 kN、最大位移量為9．45 mm、最大回彈量為4．96 mm、回彈率為52．49%。

該樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s曲線見圖7。從該樁的Q-s 曲線上可以看出，最大試驗(yàn)荷載為23000kN，曲線在各級(jí)荷載作用下均未出現(xiàn)陡降，曲線屬于緩變型。依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）中單樁豎向抗壓極限承載力的確定原則，單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)值可取最大試驗(yàn)荷載23000kN，單樁豎向抗壓承載力特征值按單樁豎向抗壓極限承載力的50%取值，為11500kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7 靜載試驗(yàn)Q-s曲線

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)采用堆載法進(jìn)行大噸位靜載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)提前編制好檢測(cè)方案，采用壓力傳感器對(duì)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用位移傳感器對(duì)承壓板豎向位移進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)加載和觀測(cè)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，充分做好各項(xiàng)工作，可以有效減少問題的發(fā)生，為樁基大噸位靜載試驗(yàn)提供可靠的保障。