低溫環(huán)境下樁基靜載試驗(yàn)中的問題及處理方法

林海斌

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司,上海 200063)

低溫環(huán)境下樁基靜載試驗(yàn)中的問題及處理方法

林海斌

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司,上海 200063)

該文基于樁基檢測工作的試驗(yàn)過程,將低溫環(huán)境中樁基靜載檢測試驗(yàn)遇到的問題進(jìn)行了分析和探討,并提出相應(yīng)的處理方法。

低溫環(huán)境下; 樁基靜載試驗(yàn); 處理措施

隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展,樁基在各類基礎(chǔ)中的運(yùn)用越來越廣泛。由于樁基能將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳到深層穩(wěn)定的土層中去,從而大大減少基礎(chǔ)的沉降和建筑的不均勻沉降,所以樁基在住宅、高層建筑、重型廠房、橋梁等工程中被大量采用。

樁基工程屬于隱蔽工程,樁基質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到建筑工程的安全問題,而且樁基一旦發(fā)生事故,加固操作處理起來難度也較大。因此,樁基試驗(yàn)檢測就成為了樁基工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),也是工程領(lǐng)域的重大課題。

樁基工程在整個(gè)工程中地位十分重要,直接關(guān)系到整個(gè)工程的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度以及施工安全,樁基承載力能否滿足工程設(shè)計(jì)要求至關(guān)重要。而目前來講,最可靠的承載力檢測方法是靜載試驗(yàn)。

高寒地區(qū)由于施工周期短,為保證工程進(jìn)度,樁基靜載實(shí)驗(yàn)有時(shí)會在低溫環(huán)境中進(jìn)行,這就為實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性帶來了極大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)工程的安全穩(wěn)固,我們必須不斷地改進(jìn)樁基檢測技術(shù),不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn),以此來保證低溫條件下靜載檢測的準(zhǔn)確性。

1 樁基靜載試驗(yàn)概述

樁基工程的質(zhì)量檢測,主要包括單樁極限承載力的檢測和樁身完整性的檢測。而針對這兩方面的檢測,到目前為止,發(fā)展起來的檢測方法也比較多。既有傳統(tǒng)的檢測方法,也有新興的檢測技術(shù)。這些檢測方法的理論基礎(chǔ)比較成熟,檢測手段適于實(shí)際操作,檢測結(jié)果安全、可靠。在這些檢測原理與方法中,用來檢測單樁極限承載力的方法有靜載試驗(yàn)法、高應(yīng)變法、自平衡測試法,而樁身完整性的檢測方法包括鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、聲波透射法。在實(shí)際的工程檢測中,有的方法對樁基質(zhì)量的兩方面都可以進(jìn)行檢測。比如高應(yīng)變法,既可用來判定單樁豎向極限承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求;又可以用來檢測樁身缺陷及其所在位置,判定樁身完整性種類。有的方法可以用來對樁基工程或試驗(yàn)樁基進(jìn)行擴(kuò)大檢測以驗(yàn)證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.1 單樁靜載試驗(yàn)

單樁的靜載試驗(yàn)是獲得樁軸向抗壓、抗拔以及橫向承載力的最基本最可靠的方法。常規(guī)的靜載試驗(yàn)通常有四種:單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、單樁豎向抗拔試驗(yàn)、單樁水平靜載試驗(yàn)以及樁身自反力平衡測試法。該工程采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)法。

1.2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

該試驗(yàn)用于檢測單樁的豎向抗壓承載力。對設(shè)計(jì)提供依據(jù)后的試驗(yàn)樁基,當(dāng)樁基的承載力以樁身強(qiáng)度進(jìn)行控制時(shí),可按要求的加載量進(jìn)行。對工程樁基抽樣檢測時(shí),加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的單樁承載力特征值的2倍。

1)試驗(yàn)原理

試驗(yàn)采用慢速維持荷載法分級對樁進(jìn)行加載,加載反力裝置可根據(jù)現(xiàn)場條件選擇堆載配重平臺反力裝置,由高壓油泵站帶動千斤頂加載。荷載量由RS-JYB樁基靜載荷測試分析系統(tǒng)進(jìn)行控制或由高壓油泵上的壓力表度量,樁頂沉降量由位移傳感器通過RS-JYB樁基靜載荷測試分析系統(tǒng)測量或由百分表直接測量。

2)現(xiàn)場檢測方法

試驗(yàn)樁的成樁工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與工程樁一致。樁頂部宜高出試坑底面,試坑底面宜與樁承臺底標(biāo)高一致?；炷翗额^加固參照規(guī)范執(zhí)行。對作為錨樁用的灌注樁和有接頭的混凝土預(yù)制樁,檢測前宜對其樁身完整性進(jìn)行檢測。

試驗(yàn)加卸載方式:

(1)加載應(yīng)分級進(jìn)行,采用逐級等量加載;分級荷載宜為最大加載量或預(yù)估極限承載力的1/10,其中第一級可取分級荷載的2倍。

(2)卸載應(yīng)分級進(jìn)行,每級卸載量取加載時(shí)分級荷載的2倍,逐級等量卸載。

(3)加、卸載時(shí)應(yīng)使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊,每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過該級增減量的10%。

為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的豎向抗壓靜載試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法。

慢速維持荷載法試驗(yàn)步驟應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)每級荷載施加后按第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min測讀樁頂沉降量,以后每隔30 min測讀一次。

(2)試樁沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):每1 h內(nèi)的樁頂沉降量不超過0.1 mm,并連續(xù)出現(xiàn)兩次(從每級荷載施加后第30 min開始,由三次或三次以上每30 min的沉降觀測值計(jì)算)。

(3)當(dāng)樁頂沉降速率達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),再施加下一級荷載。

(4)卸載時(shí),每級荷載維持1 h,按第5 min、15 min、30 min、60min測讀樁頂沉降量。卸載至零后,應(yīng)測讀樁頂殘余沉降量,維持時(shí)間為3 h,測讀時(shí)間為5 min、15 min、30 min,以后每隔30 min測讀一次。

施工后的工程樁驗(yàn)收檢測宜采用慢速維持荷載法。

2 靜載試驗(yàn)的重要性

2.1 靜載試驗(yàn)是樁基理論、設(shè)計(jì)以及施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)階段

樁基由于受到地質(zhì)條件、施工因素以及自身性能等諸多因素的影響,所受荷載作用形成的情況千差萬別,極其復(fù)雜。能否有效施工不僅對前期理論設(shè)計(jì)提出很大的技術(shù)要求,更對靜載試驗(yàn)的準(zhǔn)確性提出了相應(yīng)的技術(shù)要求,樁基理論設(shè)計(jì)的修改、規(guī)范與完善都離不開試驗(yàn)的驗(yàn)證,同樣試驗(yàn)亦離不開理論的指導(dǎo)。就樁基極限側(cè)阻力和端阻力來說,需要考慮各種樁型施工工藝對承載力的影響,這些理論設(shè)計(jì)與現(xiàn)場試驗(yàn)互相滲透,也推動工程技術(shù)的發(fā)展。同時(shí),檢測試驗(yàn)過程中如果出現(xiàn)新的問題、新的情況,妥善地解決這些新問題、新情況,亦是樁基靜載檢測技術(shù)發(fā)展的必然要求。

2.2 樁基靜載檢測為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供實(shí)際依據(jù)

靜載檢測的目的之一就是檢測樁所能承受荷載的能力,科學(xué)的驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論,使設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)而針對當(dāng)前的施工情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,在保證工程質(zhì)量的大前提下,充分節(jié)約時(shí)間與資源,為樁基工程建設(shè)保駕護(hù)航。

2.3 樁基靜載檢測為新技術(shù)、新樁型的廣泛應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)

為適應(yīng)我國基礎(chǔ)建設(shè)要求的不斷提高,樁基施工技術(shù)同樣也在不斷革新發(fā)展,但是其具體效果必須經(jīng)過靜載檢測得以驗(yàn)證,方可用于施工建設(shè),同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)新技術(shù)的不足,督促其不斷完善。

3 高寒地區(qū)樁基靜載試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及對策

以中聯(lián)水泥蒙古國水泥廠項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目地處蒙古高原,每年只有4～10月,短短7個(gè)月的施工周期。過短的施工周期和寒冷的天氣,給靜載實(shí)驗(yàn)帶來極大的挑戰(zhàn)。靜載試驗(yàn)裝置,見圖1。

3.1 配重的選擇

由于項(xiàng)目所在地對于樁基檢測沒有規(guī)范要求,也就沒有第三方檢測單位,相應(yīng)的檢測設(shè)備和配重都需要自己解決。為保證工程質(zhì)量,聘用國內(nèi)有資質(zhì)的檢測單位實(shí)施檢測,并使用現(xiàn)場的長條鋼筋作為配重進(jìn)行靜載試驗(yàn)。由于該工程最小的樁基設(shè)計(jì)承載力都大于300 t,配重理論上要大于600 t,采用現(xiàn)場鋼筋作為配重,避免了由于制造配重塊而帶來的不必要的浪費(fèi),同時(shí)節(jié)約了試驗(yàn)檢測時(shí)間。

3.2 堆載平臺中心要保持一致

在以堆載平臺作為整個(gè)負(fù)載系統(tǒng)時(shí),由于鋼筋是一捆一捆吊裝的,每捆約3～5 t,常常會因?yàn)殇摻疃演d時(shí)的噸位持續(xù)疊加,難以控制堆載平臺的中心,直接導(dǎo)致堆載平臺出現(xiàn)偏心的狀況。試驗(yàn)過程中,如果沒有達(dá)到目標(biāo)噸位,堆載平臺就會被頂動向上,從而使平臺的次梁局部懸空,壓力無法順利向上傳導(dǎo),該障礙會直接造成試驗(yàn)的中止。但是如果忽略這種情況,將可能出現(xiàn)堆載平臺塌方的事故。因此,在堆載平臺試驗(yàn)開始之前必須進(jìn)行科學(xué)有效的評估,提出可行施工方案。通過對稱吊裝逐漸施加荷載,調(diào)整好配重的中心和平臺中心的位置,盡可能使其保持一致,也消除了由于配重偏心導(dǎo)致的堆載平臺失穩(wěn)的安全隱患。

3.3 保持基準(zhǔn)樁的穩(wěn)定性

在進(jìn)行樁基靜載檢測過程中,通常使用傳感器測量樁頂?shù)奈灰屏?。首先必須保證基準(zhǔn)梁穩(wěn)固,不受其他因素影響。堆載次梁會對地基產(chǎn)生壓力,而這些壓力對基準(zhǔn)樁的穩(wěn)定性會產(chǎn)生影響,尤其是大荷載堆載試驗(yàn)時(shí)通常會發(fā)生非常大的偏差,影響基準(zhǔn)樁的穩(wěn)定性?，F(xiàn)場條件無法滿足我們檢測要求時(shí),通常將基準(zhǔn)樁打人較深土層,基準(zhǔn)樁離被檢測樁及支墩要達(dá)到一定的距離,減小因地表變動產(chǎn)生的不利影響,保持基準(zhǔn)樁的穩(wěn)定性。

3.4 解決千斤頂被“壓死”的問題

堆載法是基樁靜載試驗(yàn)中比較常見的檢測方法。在施工過程中難免會遇到軟土地基等諸多地質(zhì)因素的影響,特別是加載較大配重時(shí)。如果在試驗(yàn)之前直接在軟土地基上安裝加載平臺堆重,由于軟土地基不能承受支墩壓力,從而引發(fā)事故進(jìn)導(dǎo)致平臺倒塌,進(jìn)一步造成安全事故。所以,在堆載平臺安裝之前,對于次梁與地基接觸部分,各平鋪2塊9 m×3 m、厚度為25 mm的鋼板,有效地分散了次梁傳來的集中荷載。在千斤頂和主梁之間要預(yù)留足夠的間隙,防止因?yàn)榇瘟撼两刀鴮?dǎo)致的千斤頂被“壓死”問題,從而出現(xiàn)過載現(xiàn)象。

3.5 極端低溫環(huán)境下保證檢測儀器正常工作

由于開工時(shí)間問題,堆載試驗(yàn)樁完成養(yǎng)護(hù)28 d后,已經(jīng)進(jìn)入12月,夜晚最低氣溫-30℃,白天最高氣溫5℃,而檢測儀器工作范圍是-10～45℃。為保證儀器的正常工作,深挖至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高處(-2.5 m),尺寸大小為2 m×2 m,漏出樁頭,剃掉浮漿。布置好千斤頂、油泵、堆載平臺,并使平臺覆蓋2 m×2 m坑面。在進(jìn)行堆載前,在平臺與坑面豁口處鋪設(shè)雙層工程棉氈,使坑外冷風(fēng)盡可能吹不進(jìn)去。為保證坑內(nèi)夜間溫度在-10℃以內(nèi),采取安放兩臺功率為1 200 k W的電暖氣,并用電熱毯裹住油泵導(dǎo)管。在正式加載前預(yù)熱24 h,經(jīng)實(shí)測坑內(nèi)溫度可以始終保持在-3℃左右,屬于檢測儀器的正常工作溫度,這樣可以使儀器、油泵、千斤頂正常工作,而不受氣溫的影響。

4 結(jié) 語

低溫環(huán)境下樁基靜載檢測存在的問題是多變且特殊的,需要我們對實(shí)際出現(xiàn)的問題采取有效的手段加以解決,以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確,確保樁基工程的順利進(jìn)行。

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Problems and Treatment Methods of Vertical Ultimate Bearing Capacity Test for Pile in Low Temperature Environment

LIN Hai-bin
(China Triumph International Engineering Group Co,Ltd,Shanghai 200063,China)

Based on the experience of vertical ultimate bearing capacity test for single pile,the article will analyze and discuss some problems on such pile test which was hold In low temperature environment,and find out some relative treatment methods.

low temperature environment; ultimate bearing capacity test for single pile;treatment methods

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.05.015

2015-07-01.

林海斌(1979-),工程師.E-mail:ivonleom@126.com