1、桩 基 静 载 荷试 验 方 案 的对 比 樊清禄 大 同 市市 政 建设 发 展公 司 摘 要： 介绍了建筑工程中桩基静载荷试验的主要方法, 结合具体工程及场地工程地质 条件, 对试桩方案进行了对比分析, 指出自平衡试桩法简单方便、 安全经济, 适 合在工程中广泛推广使用。 关键词 ： 堆载法; 锚桩法; 自平衡试桩法; 作 者简 介： 樊清禄 (1967-) , 男, 工程师 Comparison of static load test scheme of pile foundation Fan Qinglu Datong Municipal Construction and Develo
2、pment Company; Abstract ： This paper introduced the main method of static load test of pile foundation in engineering, combined with specific engineering and site engineering geological conditions, has carried on the comparative analysis of the test pile program, put forward the self balancing test
3、pile method is simple convenient, safe and economic, suitable for widely used in engineering. Keyword ： stack method; anchor pile method; self-balanced method; 0 引言 随着我国基础建设的快速发展, 高层建筑以及桥梁工程项目的建设在增多, 桩 基础的应用量在不断增多。 无论采 取何种桩基础, 按照 建筑基桩检测技术规范 规定必须要做规定数量的桩基载荷试验, 然后按照规范要求结合试验曲线来确 定其单桩承载力。 现如今, 广泛应用在工程上的
4、桩基静载荷试验方法, 主要是堆 载法、锚桩法和自平衡试桩法。 堆载法是桩顶位置处压重平台作为反力装置, 采用油压千斤顶对基桩施加竖向 荷载的一种试桩方法;锚桩法是桩顶位置处锚桩横梁作为反力装置, 采用油压千 斤顶对基桩施加竖向荷载的一种试桩方法;自平衡试桩法是在桩身合适位置处 (桩身平衡点) 设置荷载箱, 施加竖向荷载后, 即可同时测得平衡点 (即荷载箱 处) 上、下部各自承载力1。 目前在确定试桩方法时会综合考量此三种方法, 结合工程实例, 综合考虑现场 情况, 从试桩方法的可行性、 经济节约原则等方面进行比较。 本文就山西某地某 工程基桩检测方案的确定进行对比分析。 1 工程概况 某工程位
5、于山西省某地, 根据设计图纸, 桩基采用钻孔或人工 (扩底) 灌注桩, 共布桩68 根, 其中 ZH1 桩48 根, 桩径800 mm, 桩长不小于25 m, 要求单桩竖 向抗压极限承载力为 8 600 k N;ZH2 桩20 根, 桩径1 000 mm, 桩长不小于 28 m, 要求单桩竖向抗压极限承载力为 12 800 k N 。根据建设单位要求, 先对 2 根ZH1 桩做单桩竖向抗压静载荷试验。 2 场地工程地质条件 根据委托单位提供的由某勘察院所做的岩土工程勘察报告:场地位于某盆地 的东北部, 场地地貌单元属轻微切割黄土丘陵区。 场地内未发现有断裂和其他构 造形迹存在, 场地的稳定性受
6、区域构造稳定性控制。 勘察揭露深度范围内, 地基土沉积时代及成因类型自上而下为:第四系上更新统 风积层 (Q3) , 以第 (2) 层湿陷性黄土 (粉 质粘土) 层底为界, 底界埋深 7.2 m18.6 m, 层底标高 462.3 m480.2 m;第四系 上更新统冲洪积层 (Q3) , 以第 (2) 层细中砂层底为界, 底界埋深7.8 m25.1 m, 层底标高458.8 m494.7 m; 第四 系上更新统冲洪积层 (Q2) , 本次勘察未揭穿。 根据外业钻探、 原位测试及室内土工试验结果, 在勘探揭露深度范围内, 场地地 基土自上而下可划分为 8 层, 现依层序分述如下: 第 (1) 层
7、:杂填土 (Q4) 。 杂色, 上部 0.3 m1.0 m 主要由灰渣、碎石、建筑垃圾等组成, 下部主要由粉质 粘土组成, 夹少量砖块、 灰渣、 矿渣等, 稍湿, 松散, 土质不均, 堆积时间不超 过8 年。 第 (1) 1 层:素填土 (Q4) 。 褐黄色, 主要由粉质粘土组成, 夹少量砖块、 灰渣、 矿渣等, 稍湿, 松散, 土质 不均, 堆积时间不超过 8 年。 第 (2) 层:湿陷性粉质粘土 (Q3) 。 褐黄色, 含植物根系, 具大孔隙, 呈硬塑状态, 切面稍光滑, 干强度中, 韧性 中, 摇震反应无, 具中等压缩性, 具轻微强烈湿陷性。标贯试 验锤击数 N 值介 于3.0 击26.
8、0 击 (实测值, 以下同) , 平均 11.0 击, 平均修正击数为 9.6 击。 第 (2) 1 层:粉质粘土 (Q3) 。 褐黄色, 含植物根系, 具大孔隙, 呈硬塑状态, 切面稍光滑, 干强度中, 韧性 中, 摇震反应无, 具中等压缩性。标贯试验锤击数 N 值介于3.0 击7.0 击 (实 测值, 以下同) , 平均 4.4 击, 平均修正击数为 3.8 击。 第 (3) 层:细中砂 (Q3) 。 褐黄色, 矿物成分主要为石英、 长石、 云母等, 中密状, 级配不良, 颗粒形状以 亚圆形为主, 局部夹粉 砂及粉质粘土透镜体。标贯试验锤击数 N 值介于 12.0 击 21.0 击 (实测
9、值, 以下同) , 平均16.4 击, 平均修正击数为13.1 击。 第 (4) 层:粉质粘土 (Q2) 。 褐黄色、红褐色, 呈硬塑坚硬状态, 切面稍有光滑, 干强度高, 韧性中等, 无 湿陷性, 具低中等压缩性。局部含有古植物根系及钙质结核, 夹薄层粉土透镜 体, 局部夹有砂土透镜体, 见有砂质半胶结层, 具小孔隙, 标贯试验锤击数 N 值介于3.0 击38.0 击 (实测值, 以下同) , 平均18.3 击, 平均修 正击数为13.2 击。 第 (4) 1 层:细中砂 (Q2) 。 黄褐褐黄色, 矿物成分主要为石英、长石、云母等, 中密状, 级配不良, 颗粒 形状以亚圆形为主, 局部夹粉
10、砂、粗砂及粉质粘土透镜体。标贯试验锤击数 N 值介于23.0 击25.0 击 (实测值, 以下同) , 平均24.0 击, 平均修正击数为 16.8 击。 第 (5) 层:粘土 (Q2) 。 褐红色, 呈硬塑状态, 切面稍有光滑, 干强度高, 韧性高, 无湿陷性, 具低中 等压缩性。 含云母、 氧化铁、 氧化铝、 古植物根系及少量姜石, 夹薄层粉土透镜 体, 局部夹有粉质粘土透镜体, 具小孔隙。 3 试桩方案对比 3.1 试桩 方法介 绍 1) 堆载法。 堆载法是一种在桩顶采用油压千斤顶加载, 压重平台提供反力装置的试桩方法。 施加荷载的压力用并联于千斤顶的 MPM420-2 可程控压力变送器
11、直接测定。试桩 沉降值用BWS3CA-50 mm 位移传感器测量, 在试桩的 2 个正交直径方向对称安置 4 个位移测试仪表。 2) 锚桩法。 锚桩法和堆载法的主要区别是提供反力的装置不同, 前者为锚桩横梁, 后者为 压重平台。 锚桩法试桩时在场地上必须设置有符合条件的锚桩。 采用锚桩法的测 量装置以及加载方式与堆载法均相同。 3) 自平衡试桩法。 自平衡静载荷试验, 其关键设备是一个特制的荷载箱:荷载箱的构成主要包括千 斤、 油路、 顶板、 底盖 、 箱壁等部分;荷载箱和钢筋笼焊接在一起;顶盖和底板处 设置有位移传感器; 顶盖和底板的外径略小于桩体的外径;将焊接有荷载箱的钢 筋笼放入桩位后,
12、 便可浇灌振捣成桩。 试验时, 通过地面上的油泵连接油管给荷载箱加压。 随着压力的不断增加, 荷载 箱的顶板、 底盖将同时向上、 下移动, 从而促使桩端阻力和桩侧阻力的发挥。 荷 载箱中的压力值可用标定完成后的压力表测得;荷载箱顶盖和底板的分别向上、 向下位移可用位移传感器测得2, 量程50 mm ( 可调) , 每套荷载箱 对应 6 只, 通过磁性表座固定在基准钢梁上, 2 只用于测量桩身荷载箱处的向上位移, 2 只 用于测量桩身荷载箱处的向下位移, 2 只用于量测桩顶向上位移, 均由计量部门 标定合格。 3.2 本工 程试桩 方案 确定 1) 堆载法。 本工程静载荷试验所需提供不小于 16
13、 000 k N 的反力装置;RS-JYB 桩基静载荷 测试分析系统及配套设备 1 套;FQS50020 型 500 t 分离式油压千斤顶 4 台等。试 桩的成桩 工艺与质量控制标准应严格与工程桩一致。 承载力检测的受检桩混凝土 强度达到28 d 或预留同条件养护试块达到设计强度要求且应满足后压浆的间歇时间。采用慢速维持荷载法, 即逐级加载, 加载分级:每级加载为预估最大加载 量的1/10, 第一级加载量取分级荷载的 2 倍, 具体分级见表1。 每级荷载达到相 对稳定后加一级荷载, 直至满足终止加载条件之一, 然后分级卸载到零, 记录 每级卸载回弹量。 表1 堆载法加载、卸载分级表 下载原表
14、堆载法必须解决大吨位的荷载配 重的运输问题, 而且其主要费用均体现在进出 场费用以及吊装费用, 其次堆载法由于体积量大, 存在一定的风险, 而且检测 持续时间较长, 故而费用较高。 2) 锚桩法。 本工程静载荷试验所需锚桩钢梁2 根作为反力 装置;RS-JYB 桩基静载荷测试分析 系统及配套设备1 套;FQS50020 型500 t 分离式油压千斤顶 4 台等。在进行试桩 试验时, 以试桩为中心开挖并整平地面, 试桩桩头高出整平地面 500 mm, 锚桩 桩头低于试桩桩头 500 mm, 锚桩钢筋出露在 600 mm800 mm 之间。试桩制作要 求, 试验加载方式, 加卸载以及沉降观测均与堆
15、载法相同。 锚桩法必须设置数根锚桩及反力大梁, 且锚桩和试桩的位置又受到了一定条件 的约束, 不能随意摆放, 甚至可能单独为试验而专门做锚桩。 加之锚桩法检测持 续时间长, 因此锚桩法需费用较高。 3) 自平衡试桩法。 自平衡试桩法是一种基桩静载试验新技术, 是接近于竖向抗压桩实际工作条件 的一种试验方法。 为了确保自平衡桩基检测结果可靠准确, 根据相关检测规范的技术要求, 荷载 箱在安装时必须按照既定的规定操作, 部分工作需施工方配合。 荷载箱安装前施工方需准备设备及材料:20 t 以上吊车、电焊机、混凝土、钢筋 等;安装流程:荷载箱及相关附件运抵现场 荷载箱预浇筑混凝土荷载箱与钢 筋笼焊接
16、 油管及位移检测管线布置 下钢筋笼 桩头管线保护。检测流程:前 期准备 搭设基准梁、 基准桩 搭设帐篷准备电源 开始检测检测结束 荷 载箱断开面注浆。 采用慢速维持荷载法, 即逐级加载。加载分级和加载过程控制均与堆载法相同, 具体分级见表2。加载方式位移相对稳定标准:荷载箱上、下位移加载每 1 h 内 的位移量均不超过 0.1 mm, 并连续出现两次 (从分级荷载施加后第 30 分钟开始, 按1.5 h 连续三次每 30 min 的位移量计算) 。 表2 自平衡试桩法加卸载分级表 下载原表 与传统的静载试验 (检测) 方法 (堆载法和锚桩法) 相比, 自平衡法具有以下 特点: 1) 省力。 不
17、需要笨重的反力架, 也没有大吨位的荷载配重, 检测装置简单、 操作方便、 试 验过程安全。 2) 省时。 土体稳定即可测试不需要进行预压, 并且多根基桩可以同时测试, 而且相互独 立, 互不影响, 从而大大节省了试验 (检测) 时间。 3) 不受场地条件和加载吨位限制。 每根被检测桩只需一 台高压泵、 一套位移测读仪器、 一根基准梁, 所需检测设备 体积小、重量轻, 任何场地 (基坑、山上、地下、水中) 都可进行检测。 4) 试桩方法确定。 综合考虑现场情况, 从试桩方法的可行性、经济节约原则等方面进行分析对比, 自平衡测试法与堆载法、 锚桩法相比, 省时、 省力、 省钱、 安全, 测试精度也足 以满足工程要求, 同时不会对施工现场的其他项目造成影响, 故本工程确定采 用自平衡测试方法进行静载荷试验。 4 结语 自平衡试桩法是一种基桩静载试验新技术, 是接近于竖向抗压桩实际工作条件 的一种试验方法。该测试方法简单 方便、安全经济, 适合于广泛推广使用。 参考文献 1DB32/T 291 99, 桩承载力自平衡测试技术规程S. 2 龚维明, 戴国亮, 蒋永生, 等.桩承载力自平衡测试理论与实践J. 建筑结 构学报, 2002, 23 (1) :72.
