基桩静载试验探讨.pdf

企 业 之 窗GEOTECHN I CAL ENGI NEER I NG WORLD VOL 8 No 4 收稿日期 2004 10 19 基桩静载试验探讨 方卫东 汕头市测试技术研究院 摘 要 介绍单桩竖向抗压静载试验的基本原理和常用的反力装置 结合笔者多年以来的检测经历 对试 验过程中存在的若干问题进行探讨 关键词 基桩 静载试验 单桩竖向抗压极限承载力特征值 静载试验包括桩基静载试验 地基土载荷试验 岩基载荷试验和复合地基载荷试验等 桩基静载试 验则分为单桩竖向抗压静载试验 单桩竖向抗拔静 载试验和单桩水平静载试验 目前 桩基静载试验 主要以单桩竖向抗压静载试验为主 该方法是目前 公认的检验单桩竖向抗压承载力最直观 最可靠的 方法 本文结合多年的工程实践 谈谈单桩竖向抗压 静载试验的有关问题 1 试验目的 采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验 方法 确定单桩竖向抗压极限承载力 作为设计依 据 或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价 当 埋设有桩底反力和桩身应力应变测量元件时 尚可 直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端承力 2 基本原理和加载反力装置 采用图1和图2的反力装置 如果将千斤顶往 上顶 则重物或锚桩将通过千斤顶产生一个向下的 反作用力作用于试桩上 从而达到模拟试桩今后实 际的受力情况的目的 通过调节千斤顶的升力就可 控制试桩的受力 常用加载反力装置根据现场实际 条件 采用压重平台反力装置 图 1 锚桩横梁反力 装置 图 2 以及这两种装置同时使用的锚桩压重 联合反力装置3种 图1 压重平台 图2 锚杆横梁反力装置 3 静载试验中存在的若干问题 3 1 沉降观测问题 试桩的沉降由固定于基准梁上的百分表或位移 计测量 因此必须确保试验过程中基准梁的稳定性 基准梁不能发生竖向位移 否则必须同时观测基准 梁的位移 而基准梁的一端固定于基准桩上 另一 端筒支于基准桩上 因此必须尽量减少基准桩的位 移 当采用压重平台反力装置时 在堆载过程中 桩 周地基土受力下沉 在加载过程中 桩周地基土的受 力逐渐转移到桩顶 因此 桩沉降而桩周土回弹上 升 在卸载过程中 桩顶上的荷载又逐渐转移到地基 土上 使桩周土又产生下沉 埋藏在地基土中的基 准桩则随地基土的升降而发生竖向位移 导致沉降 观测产生误差 实践得出 单桩极限承载力在 5000kN以内的工程中 如能满足规范要求 试桩中 心 基准桩中心和压重平台支墩边之间的距离 4 倍桩径且 2 0m 时 地基土的影响就可忽略不计 但在单桩极限承载力较大的桩基工程中 荷载较大 对地基土的影响就大 此时必须观察地基土的沉降 上升时对基准桩及基准梁的影响 减少这一影响的 方法有3个 一是堆载前设法提高支墩下地基土的 密实度 二是对基准梁的沉降进行精密的同步观测 并按照相应的方向从桩顶沉降值中扣除 三是设计 一种双管基准桩 外管与内管之间有一定空隙 工作 时外管对内管不产生摩擦 基准梁就固定在内管上 63 岩土工程界 第8卷 第4期企 业 之 窗 另外 如果能在全部荷载加上之后 隔一段时间再进 行试验 地基土经过一段时间的沉降 达到相对稳 定 基准桩和基准梁受到的影响就较小 若堆载之后 马上进行试验 桩周地基土还存在较强烈下沉 基准 梁和基准桩受到较大影响 试验结果将产生较大误 差 3 2 执行规范问题 1 桩的静载试验应执行国家行业标准 建筑 基桩检测技术规范 JGJ 106 2003 国家标准 建筑地基基础设计规范 GB 5007 2002 或国家 行业标准 建筑基桩技术规范 JGJ 94 94 但 在使用时要注意 三个规范中的稳定标准 终止加载 条件和极限承载力的判断方法均有差别 所以试验 前先要明确执行哪一个规范 以免引起争议 建议 最好是执行 建筑基桩检测技术规范 JGJ 106 2003 2 承载力概念模糊 JGJ106 2003和GB 5007 2002使用单桩坚向抗压极限承载力和单桩 竖向抗压承载力特征值 特征值表示正常使用极限 状态计算时采用的单桩承载力的值 其涵义即为在 发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值 它 等于单桩竖向抗压极限承载力统计值除以安全系数 2 JGJ 94 94使用承载力设计值和极限承载力标准 值 基桩的坚向承载力设计值等于单桩竖向极限承 载力标准值除以抗力分项系数 sp 1 6 1 7 而单桩竖向极限承载力标准值是根据几根试桩的单 桩竖向极限承载力按有关公式统计求得的 3 3 现场试验存在问题 1 千斤顶 压力表 百分表 位移计 未按规 定送计量部门检定 或千斤顶虽然经过了检定 但未 按检定给出的校准公式计算油压值 千斤顶油压表 压力下降 未及时补压 造成荷载不准 2 反力装置提供的作用力应平行于桩轴线并 作用在桩头的正中心 在压重平台反力装置中应使 平台的中心与桩中心一致 重物的中心应与平台的 中心一致 在锚桩横梁反力装置中 要特别注意锚 桩或地锚的对称性 只有对称地排布锚桩或地锚才 能尽可能地使反力作用在桩头的中心 如果反力的 作用点偏离了桩头的中心位置 轻者使试验数据失 真 重者则使试桩破坏 3 偷工减料 最后一级荷载的反力并未达到 要求试验的最大荷载 有的甚至只有1 7 1 8最大 试验荷载 未根据试验吨位合理选择设备 小吨位 的试验荷载选用大吨位的千斤顶和大量程的压力 表 严重影响试验的精度和准确度 4 用10mm或20mm量程的百分表 量程太 小 频繁调表加大累计误差 降低试验精度 百分表 安装不对称 如桩倾斜时将不能消除沉降误差 或安 装倾斜 不牢固 5 架设百分表的基准梁没按规定设置 有的 直接置于地面 有的用几块砖或砂袋架设基准梁 锚桩 基准桩 试桩和压重平台支墩边之间间距大小 没按规范要求 基准梁的长度或刚度不够 6 检测人员操作马虎 不按规范要求检测 记录不准时 随意提前或滞后记录 加载时压力过 冲 压力下降时又没及时补压 荷载分级过大 有的 第2 3级也按2倍分级荷载加荷 没按沉降相对稳 定标准加荷 沉降尚未稳定即加下一级荷载 卸载时 不作回弹观测记录或一下子卸载到零 普遍未按规 范要求时间间隔记录 连续卸载并连续记录 7 沉降测定平面应在千斤顶底座承压板以下 的桩身位置 有的在承压板上或千斤顶上设置沉降观 测点 因承压板或千斤顶变形导致沉降量产生误差 3 4 关于慢速维持荷载法与快速维持荷载法的讨论 慢速维持荷载法每级维持时间最少为2小时 快速维持荷载法则每级持载时间最少为1小时 对 绝大多数桩基而言 为保证上部结构正常使用 控制 桩基绝对沉降是最重要的 这是地基基础按变形控 制设计的基本原则 在工程桩验收检测中 国内某 些行业或地方标准允许采用快速维持荷载法 国外 许多国家的维持荷载法相当于我国的快速维持荷载 法 最少维持时间为1小时 但规定了较为宽松的沉 降稳定标准 根据我院近十年来进行的试验结果统 计表明 快速法在各级荷载下的桩顶沉降量相对于 慢速法确实要小一些 相对而言 慢速法的加荷速 度比建筑物建造过程中的施工加载速率要快得多 慢速法试桩得到的桩顶沉降与建筑物桩基在长期荷 载作用下的实际沉降相比 要小几到十几倍 所以规 范中的快慢速试桩沉降差异是可以忽略的 4 静载试验基桩破坏机理分析 桩的极限承载力取决于土对桩的支承阻力和桩 身材料强度 一般由土对桩的支承阻力控制 对于端 承桩 超长桩和桩身质量有缺陷的桩 可能由桩身材 料强度控制 正常情况下 单桩在竖向荷载的作用 下 首先从上到下激发桩周土的摩阻力 随着荷载增 下转第41页 73 岩土工程界 第8卷 第4期企 业 之 窗 应用提供了一种处理数据的好方法 算例表明 对 p S曲线的外推效果最好不超过三级 否则精度比 较差 除现场快速载荷试验以外 土的室内快速固结 试验 桩的快速载荷试验等原则上都可以采用此类 方法进行极限承载力的预测 3 结 语 快速载荷实验一般是检验性的 即以检验是否 满足某个预计的承载力为目的 试验只加荷到该承 载力的两倍 不一定达到破坏 或者是因为配重等 加荷条件限制达不到破坏 得到的是不完全的p S 曲线 因而 往往不能通过快速载荷试验直接得到 地基的极限承载力 我们从同兴工业区处理淤泥质 土的工程实际出发 首先对每级载荷下的8次观测 沉降量建立G M 1 1 模型 预测出每级载荷下的稳 定沉降量 在此基础利用前期预测的稳定沉降量根 据沉降 载荷曲线的特点建立动态的匀速加速G M 1 1 模型 预测完整的p S曲线 取预测的完整 的p S曲线P0 06点所对应的值为极限承载力 这一 工作为快速载荷试验在确定地基承载力过程中的广 泛使用提供一条新的思路 参考文献 1 韩晓林 王五平 桩基承载力检测的准静载灰色方法 岩土工 程学报 2000 22 131 132 2 吴大志 李夕兵 蒋卫东 灰色理论在高路堤沉降预测中的应 用 中南工业大学学报 2002 33 3 230 233 3 周慧 残差模型群与酸雨预测 辽宁大学学报 自然科学报 1997 24 2 64 69 4 姜忠军 模型及其残差修正技术在土地承载力研究中的应用 系统工程理论与实践 1995 2 72 78 5 李朝甫 徐迎 谭跃虎 灰色系统理论在滑坡位移信息分析中 的应用 系统工程理论与实践 2001 2 129 132 6 戴文战 具有残差校正的次累加灰色模型 系统工程理论与 实践 1997 12 121 124 7 李希灿 李丽 时序残差模型 系统工程理论与实践 1998 10 59 63 第一作者通讯地址 江苏省镇江市学府路301号江苏大学单 教综合楼1215号 邮编 212000 上接第37页 加 桩端出现竖向位移和端承力 桩端位移加大了桩 身各截面的位移 并使得桩侧阻力进一步发挥 当桩 侧阻力和端承力充分发挥后 桩端承力逐渐增大以 至极限状态 当桩周土阻力和端承力都达到极限状 态时 一般认为该桩的承载力已充分发挥 通常情况下 当桩身质量不存在大缺陷时 在试 验过程中 桩身不会破坏 试桩的破坏主要是桩周或 桩端土的破坏 而对于桩身质量有问题的桩 桩周或 桩端土阻力还没有完全发挥 桩身的轴向应力已超 过桩身缺陷部分极限抗压强度 从而导致桩身产生 破坏 所以 静载试验的破坏 一般有三种情况 即 桩周土的破坏 桩端持力层的破坏和桩身的破坏 5 特殊情况下静载试验结果分析 1 当试桩破坏时 所提供的桩的极限承载力 是代表这一类桩的极限承载力 而该桩可能已不能 使用 对于桩身或桩端持力层已发生破坏的桩 若 在最后一级或最后二级发生破坏 千斤顶油压值降 到很低 按照规范 该桩极限承载力可以定得很高 这个承载力代表的是这一类桩的承载力 而该桩几 乎成为废桩 对于桩周土发生破坏的桩 在接近最大 试验荷载时无法稳定 但千斤顶油压值变化很小 只 要不补压就能稳定 这种桩桩身没有破坏 试验前后 承载力基本没有发生变化 可继续使用 2 对于桩周存在水平裂缝的情况 在某级荷 载作用下沉降明显偏大 但每一级都能稳定 按规范 该桩能满足设计要求 但这种情况下应提醒设计单 位可能存在水平荷载降低的隐患 3 经过试验后桩的承载力提高的情况 预制 桩接桩质量差 或因施工挤土而上浮 承载力往往不 合格