淺談試樁中的幾個問題

桑曉農(nóng)

1 試樁方法

基礎(chǔ)工程往往在整個建筑工程投資中占據(jù)了很大的比例,因此,如何選擇合理的樁基礎(chǔ)形式,對于保證結(jié)構(gòu)安全、節(jié)約投資、降低造價起著舉足輕重的作用。樁基礎(chǔ)設(shè)計過程中靜載荷試驗(yàn)是一個十分重要的環(huán)節(jié)。試樁的目的就是首先通過科學(xué)試驗(yàn),取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù),使設(shè)計方案更加合理、可行和經(jīng)濟(jì)。

慢速維持荷載法是基本的習(xí)慣方法。具體做法是：按一定要求將荷載分級加到試樁上去,每級荷載維持不變直至樁頂下沉達(dá)到某一規(guī)定的相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),然后繼續(xù)加下一級荷載,當(dāng)達(dá)到規(guī)定的終止試驗(yàn)條件,便停止加載,再分級卸載直至零載,試驗(yàn)周期需 3 d～7 d。加載分級一般為等量的,也有視需要而遞減或增大。

1)加載分級：每級加載量為預(yù)估極限承載力的 1/10,其中第一級可取分級荷載的 2倍。每級加載后按5min,15m in,30 min, 45min,60min測讀樁頂沉降量,以后每隔30min測讀一次。

2)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在每級荷載作用下,每小時內(nèi)樁頂沉降量不超過 0.1mm,并連續(xù)出現(xiàn)兩次,則認(rèn)為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載。

3)終止條件：當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時,可認(rèn)為基樁已達(dá)到破壞狀態(tài),即可終止加載。a.某級荷載作用下,樁頂沉降量超過前一級荷載作用下沉降量的5倍。b.某級荷載作用下,樁頂沉降量超過前一級荷載作用下沉降量的2倍,且經(jīng) 24 h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。c.已達(dá)到設(shè)計要求的最大加載量。d.當(dāng)為錨樁時,錨樁上拔量已達(dá)到允許值。e.樁的總沉降量超過80mm。

4)卸載規(guī)定：每級卸載量取加載時分級荷載的 2倍,逐級等量卸載。每級荷載維持1 h,按15min,30min,60min測讀樁頂沉降量后,即可卸下一級荷載。全部卸載后,應(yīng)測讀樁頂殘余沉降量,維持時間為3 h,測讀時間為15min,30m in,以后每隔30min測讀一次。

5)檢測數(shù)據(jù)的分析與判定：a.繪制豎向荷載—沉降(Q—s)曲線,沉降—時間對數(shù)(s—lgt)曲線。b.確定豎向抗壓極限承載力。

2 樁的類型與選擇

樁基礎(chǔ)的類型隨著樁的材料、構(gòu)造形式和施工方法的不同,有多種分類：1)按傳力及作用性質(zhì),可分為端承樁和摩擦樁。再細(xì)分還有摩擦端承樁及端承摩擦樁。2)按樁的功能分,有受壓樁、橫向受荷樁、抗拔樁、錨樁、護(hù)坡樁等。3)按樁的制作和施工方法,可分為預(yù)制樁和灌注樁。4)按成樁時樁設(shè)置到地基土的擾動影響可分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁、擠土樁。5)按樁的材料分,有木樁、混凝土樁、鋼樁等等。

樁型與成樁工藝應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類型、荷載性質(zhì)、樁的使用功能、穿越持力層、地下水位、施工設(shè)備、施工環(huán)境、施工經(jīng)驗(yàn)、制樁材料、供應(yīng)條件等,按安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇。選擇時可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》附錄A進(jìn)行。

3 試樁成果分析

3.1 確定摩擦樁極限荷載的方法

1)根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定,即 Q—s曲線顯著陡降起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值。2)根據(jù)沉降隨時間變化的特征確定,即當(dāng)達(dá)到破壞荷載時,此級s—lgt曲線的尾部出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折,取其前一級荷載值。

3.2 確定端承樁極限荷載的方法

對于端承樁的極限荷載可以這樣取值：當(dāng)該荷載進(jìn)一步增加時,下沉量接近于零,而樁身的應(yīng)力接近于材料的極限強(qiáng)度。

3.3 確定摩擦端承樁極限荷載的方法

在大多數(shù)土力學(xué)文獻(xiàn)中,小樁的極限承載力Qu指樁周摩阻力和樁底端阻力都達(dá)到塑性狀態(tài),此時無限的荷載增量將引起無限大的下沉量,如用數(shù)學(xué)方法來表示極限荷載相當(dāng)于 Δs/ΔQ→∞時的荷載,即相當(dāng)于Q—s曲線的切線轉(zhuǎn)向垂直時,樁真正達(dá)到破壞。

1)根據(jù) Q—s曲線出現(xiàn)顯著轉(zhuǎn)折來確定。我國樁基規(guī)范在Q—s曲線上取明顯的第二拐點(diǎn)處所對應(yīng)的前一級荷載為極限荷載。

2)根據(jù)變換Q—s曲線的坐標(biāo)來確定。由于 Q—s曲線往往不出現(xiàn)顯著轉(zhuǎn)折,因此不同研究者用變換坐標(biāo)的方法試圖解決極限荷載的穩(wěn)定問題。如百分率法、lgQ—lgs法、擬斜率法、s—lgQ法等。

3)根據(jù)Q—s曲線下沉增量與荷載增量的比值來確定。選定Δs/ΔQ某一定量指標(biāo)來判定 Q—s曲線上極限荷載的位置,這樣使用上較為簡便。

4)根據(jù)樁頂下沉量來確定。極限荷載往往與樁的下沉有關(guān)系,因此以規(guī)定樁頂下沉量的方法來確定極限荷載,則具有明確而簡單的特點(diǎn)。該方法的理論依據(jù)是樁的破壞不僅取決于樁身材料和地層土質(zhì)條件,而且也取決于上部結(jié)構(gòu)及使用條件所允許出現(xiàn)的極限下沉量。

5)根據(jù)樁頂殘余下沉量和彈性變形的有關(guān)指標(biāo)來確定。當(dāng)下沉量有足夠精度時,可以通過殘余下沉量的規(guī)定值[sr]畫一條卸載曲線的割線的平行線,此直線與實(shí)測的 Q—s曲線相交于一點(diǎn),交點(diǎn)取為極限荷載。

6)根據(jù)樁頂下沉隨時間發(fā)展的規(guī)律確定。s—lgt法：試樁加載后下沉s與時間的對數(shù)lgt呈線性關(guān)系,曲線坡度Δs/Δlgt說明下沉發(fā)展速率,當(dāng)s—lgt曲線出現(xiàn)明顯的向下曲折式坡度陡增時,認(rèn)為樁已達(dá)到極限承載力。

3.4 確定單樁豎向承載力特征值的方法

單樁靜載試驗(yàn)成果最終用于設(shè)計的是單樁豎向承載力特征值。1)由極限荷載除以安全系數(shù) K來確定,我國樁基規(guī)范取K=2。2)根據(jù)規(guī)定的樁頂容許下沉量來確定,我國統(tǒng)計[S]= 4mm～6mm。

3.5 單樁的破壞模式

單樁的荷載—沉降特性是同樁的破壞模式聯(lián)系在一起的。常見的幾種典型破壞模式和極限承載力取值準(zhǔn)則如下：

1)樁端無堅硬持力層的摩擦樁：樁端一般呈刺入破壞,樁端阻力所占比例很小,Q—s曲線呈陡降型,極限承載力特征點(diǎn)明顯。2)樁端持力層為砂土或粉土的打入樁：由于發(fā)揮極限端阻力所需位移大,樁端阻力所占比例也較大,Q—s曲線呈緩變型,極限特征點(diǎn)不明顯,因此常以某一極限位移 su的控制確定其極限承載力。3)擴(kuò)底樁：支承于礫、砂、粘性土上的擴(kuò)底樁,端阻破壞所需位移量很大,樁端阻力占承載力的比例較大,屬于端承樁。Q—s曲線呈緩變型,極限承載力一般以位移控制。4)樁端有較厚沉淤的鉆孔樁：由于樁底沉淤強(qiáng)度低,壓縮性高,樁端一般呈刺入破壞,接近于純摩擦樁。Q—s曲線呈陡降型,極限承載力特征點(diǎn)明顯。5)干作業(yè)樁：樁端置于砂中,孔底有一定厚度虛土的鉆孔樁,由于樁端砂性虛土經(jīng)壓縮,承載力提高,此時極限承載力多以位移控制取值。6)嵌巖灌注樁：樁端嵌入堅硬基巖中的挖孔樁,由于清孔好,樁又不太長,樁身壓縮和下沉量很小,在側(cè)阻尚未充分發(fā)揮的情況下,便由于樁身材料的破壞而破壞,Q—s曲線呈陡降型,極限特征點(diǎn)明顯。7)大直徑灌注樁：直徑不小于800mm的樁,Q—s曲線一般呈緩變型,可取s=0.5D(D為樁端直徑)對應(yīng)的荷載值。

綜上所述,從Q—s曲線的形態(tài)來看,可分為陡降型和緩變型兩大類。

Q—s曲線是樁破壞機(jī)理和破壞模式的宏觀反映。一般情況下,極限承載力的確定：陡降型 Q—s曲線可根據(jù)特征點(diǎn)并結(jié)合的分析確定;緩變型Q—s曲線可根據(jù)沉降量確定,我國規(guī)范為宜取s=40mm對應(yīng)的荷載值。

4 樁基持力層的選擇

正確選擇樁基持力層是一個重要環(huán)節(jié),是樁基設(shè)計的關(guān)鍵一步。不少工程由于持力層選擇不當(dāng),給施工帶來困難,常因此變更設(shè)計,調(diào)整樁長或施工中接樁、截樁造成浪費(fèi)。合理選擇樁基持力層,關(guān)鍵在于對工程地質(zhì)條件的認(rèn)識?？勺鳛闃痘至拥挠校河舱承酝?、密實(shí)砂土、碎石土、軟質(zhì)巖石和風(fēng)化巖石等等。

[1] JGJ 106-2003,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 94-2008,建筑樁基礎(chǔ)規(guī)范[S].