自平衡測試法在抗拔樁中的應(yīng)用分析

蒲有林，朱杰清，占治軍

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074;2.蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，蘭州 730000;3.中機三勘巖土有限公司，武漢 430030)

自平衡測試法在抗拔樁中的應(yīng)用分析

蒲有林1，2，朱杰清1，占治軍3

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074;2.蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，蘭州 730000;3.中機三勘巖土有限公司，武漢 430030)

介紹自平衡測試法在武漢某工程中的應(yīng)用，說明自平衡試樁法與傳統(tǒng)試樁法相比，在確定單樁豎向抗拔極限承載力時具有精度滿足工程要求，試驗方便、省時、省力、省錢和對環(huán)境無任何要求等特點，具有推廣意義。

自平衡 試樁 抗拔樁

隨著高層建筑、橋梁工程、海洋工程項目的增多，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用越來越廣泛。如何計算樁的抗拔力及承載力，評價樁的承載性能，選擇合理的設(shè)計參數(shù)及科學(xué)的計算方法、試驗方法至關(guān)重要。確定樁的抗拔力及承載力的方法有[1]:原型試驗法;靜力學(xué)計算法;原位測試法;經(jīng)驗法。傳統(tǒng)的原型試驗法有動測樁法和靜載試驗法。動測法測試簡單，費用低，但測試結(jié)果可靠性差。靜載試驗法采用接近于豎向抗壓樁實際工作條件的試驗方法，測得的結(jié)果準確可靠，但成本高、工程量大、工期長。自平衡測試法是一種新型的靜載試樁方法[2]，通過在樁身埋設(shè)荷載箱，沿垂直方向向上、向下加載，用樁側(cè)阻力來測試樁的極限承載力。本文主要介紹了自平衡測試法在武漢新世界中心配套工程二期中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)試驗方法做了比較。

1 自平衡法基本原理

自平衡法確定單樁豎向抗拔極限承載力是通過在樁身埋設(shè)荷載箱，沿垂直方向向上、向下加載，用樁側(cè)阻力作為樁端阻力的反力來測試樁基的抗拔極限承載力。其中荷載箱必須預(yù)埋在樁身某一位置，要求該位置以上的樁身抗拔極限承載力近似等于下部樁身側(cè)阻極限值及端阻極限值之和，以使上、下二段樁均能達到極限狀態(tài)。根據(jù)獲得的曲線，可分別求得荷載箱上段樁及下段樁的承載力，將上段樁極限承載力經(jīng)一定處理后，與下段樁極限承載力相加處理，得到樁基極限承載力。自平衡試樁法測試系統(tǒng)見圖1。

圖1 自平衡測試示意

2 自平衡測試法

本工程位于武漢漢口航空路，屬于繁華地段。若采用傳統(tǒng)的錨樁法，會給施工帶來不便，因此采用自平衡測試法確定單樁豎向抗拔極限承載力。傳統(tǒng)錨樁法與自平衡測試法試驗場景圖如圖2。根據(jù)鉆孔揭露，各土層的樁基設(shè)計參數(shù)建議值見表1。

圖2 傳統(tǒng)錨樁法(左)與自平衡測試法(右)試驗場景

表1 樁基設(shè)計參數(shù)建議值

加載采用慢速維持荷載法，測試按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106—2003)和《樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程》(DB32/T291—1999)進行，即:

1)成樁至試驗間隙時間:樁身強度達到設(shè)計要求并不應(yīng)少于15 d。

2)荷載分級:將預(yù)估加載值分10級加載，第一級按兩倍荷載分級加載，卸載分5級進行。

3)位移觀測:每級加載后在第1 h內(nèi)分別于5、15、30、45、60 min各測讀一次，以后每隔 30 min測讀一次。電子位移傳感器連接到電腦，直接由電腦控制測讀，在電腦屏幕上顯示 Q—s、s—lgt、s—lgQ 曲線。

4)穩(wěn)定標(biāo)準:1 h內(nèi)的樁頂沉降量≤0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次(從分級荷載施加后第30 min開始，按1.5 h連續(xù)三次每30 min的沉降觀測值計算)。

5)終止加載條件:①當(dāng)荷載—位移(Q—s)曲線和位移—時間(s—lgt)曲線上有可判定極限承載力的陡降段。②某級荷載作用下，位移大于前一級荷載作用下位移的5倍。③某級荷載作用下，位移大于前一級荷載作用下位移的2倍，且經(jīng)過24 h尚未達到相對穩(wěn)定標(biāo)準。④加載到預(yù)估加載值為止。

6)卸載及測試:①卸載應(yīng)分級進行，共分5級卸載。每級荷載卸載后，應(yīng)觀測樁頂?shù)幕貜椓?，觀測辦法與沉降相同。每級荷載維持1 h，按第15、30、60 min測讀位移后，即可卸下一級荷載。②卸載到零后，應(yīng)測讀位移，維持時間為3 h，測讀時間為第15、30 min，以后第隔30 min測讀一次。

7)單樁豎向抗壓/抗拔極限承載力判斷標(biāo)準:根據(jù)《樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程》(DB32/T291—1999)，檢測樁豎向抗壓極限承載力為:

豎向抗拔極限承載力:

式中，Qu為單樁豎向抗壓/抗拔極限承載力;Qu上為荷載箱上部樁的極限加載值;Qu下為荷載箱下部樁的極限加載值;W為荷載箱上部樁有效自重;γ為荷載箱上部樁側(cè)阻力修正系數(shù)。

3 測試情況

3.1 實驗儀器及設(shè)備

基樁自平衡試驗采用的設(shè)備有:荷載箱、電動油泵、電子位移計和數(shù)據(jù)采集儀系統(tǒng)等。試樁的位移量測采用電子位移計，共架設(shè)4只電子位移計，兩只測荷載箱向上位移，兩只測荷載箱向下位移。經(jīng)應(yīng)變儀與電腦相聯(lián)，由電腦控制量測并在電腦屏幕上實時顯示(Q—s)曲線、(s—lgt)曲線和(s—lgQ)曲線。

3.2 試樁加載情況

本次試驗的3根試樁具體情況見表2。樁身混凝土強度等級為C25。預(yù)估極限荷載均為2×1 700 kN，每級加載為預(yù)估極限荷載的1/10，第一級按兩倍荷載分級加載，測試采用慢速維持荷載法。

表2 抗拔樁測試分析結(jié)果

t52#、t48#、t6#樁 2008 年 9 月 24 日同時進行三樁荷載箱測試。整個測試過程天氣晴天為主，氣溫18℃～27℃左右，風(fēng)力2～3級。所檢試樁周圍10 m范圍內(nèi)無較大震動，現(xiàn)場情況符合測試條件。當(dāng)荷載值加到第10級2×1 700 kN時，測試情況正常，達到極限加載值，故終止加載。根據(jù)規(guī)范要求，取加載值為最終承載力。t52#樁豎向抗拔極限承載力為 Q=Qu上=1 700 kN;t48#樁豎向抗拔極限承載力為 Q=Qu上=1 700 kN;t6#樁豎向抗拔極限承載力為 Q=Qu上=1 700 kN?，F(xiàn)場實測數(shù)據(jù)繪制出的 t52#試樁的 Q—s曲線如圖3。

圖3 t52#Q—s曲線

3.3 成果分析

t52#樁豎向抗拔極限承載力為1 700 kN，向上位移6.72 mm，位移回彈率37.95%;t48#樁豎向抗拔極限承載力為1 700 kN，向上位移 7.86 mm，位移回彈率40.71%;t6#樁豎向抗拔極限承載力為1 700 kN，向上位移6.87 mm，位移回彈率38.14%。3根樁承載力均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

1)自平衡測試可以忽略上下段樁的相互影響，測試時可以把它們看作是相互獨立的，取上半段樁的極限承載力即為單樁豎向抗拔極限承載力，下半段樁主要作為平衡上半段樁的反力裝置，根據(jù)土層情況確定平衡位置。

2)本工程采用的自平衡試樁法與傳統(tǒng)的錨樁法有所不同。通過對武漢新世界中心配套工程二期3根試樁試驗的經(jīng)濟比較，及相關(guān)的一些對比資料(略)表明，自平衡測樁法較錨樁法具有試驗方便、省時、省力、省錢和對環(huán)境無任何要求等特點。

3)通過與后期工程驗收資料對比，自平衡測試法的測試結(jié)果可靠，完全能夠滿足工程精度的要求。

[1]江蘇省建設(shè)委員會.DB32/T291—1999 樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程[S].南京:江蘇省技術(shù)監(jiān)督局，1999.

[2]樁基工程手冊編委會.樁基工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，北京:1995.

[3]魯博，霍少磊，葛云峰.基于自平衡法樁基承載性狀試驗分析[J].鐵道建筑，2009(12):83-86.

[4]龔維明，戴國亮，蔣永生.樁承載力自平衡測試法的理論研究[J].工業(yè)建筑，2002，32(1):37-40.

TU473.1+6

B

1003-1995(2010)06-0086-03

2010-01-22;

2010-04-12

蒲有林(1963— )，男，甘肅通渭人，高級工程師，博士研究生。

(責(zé)任審編 趙其文)