樁基靜載荷試驗方案的對比

樊 清 祿

(大同市市政建設(shè)發(fā)展公司，山西 大同 037000)

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑以及橋梁工程項目的建設(shè)在增多，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用量在不斷增多。無論采取何種樁基礎(chǔ)，按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定必須要做規(guī)定數(shù)量的樁基載荷試驗，然后按照規(guī)范要求結(jié)合試驗曲線來確定其單樁承載力?，F(xiàn)如今，廣泛應(yīng)用在工程上的樁基靜載荷試驗方法，主要是堆載法、錨樁法和自平衡試樁法。

堆載法是樁頂位置處壓重平臺作為反力裝置，采用油壓千斤頂對基樁施加豎向荷載的一種試樁方法；錨樁法是樁頂位置處錨樁橫梁作為反力裝置，采用油壓千斤頂對基樁施加豎向荷載的一種試樁方法；自平衡試樁法是在樁身合適位置處(樁身平衡點(diǎn))設(shè)置荷載箱，施加豎向荷載后，即可同時測得平衡點(diǎn)(即荷載箱處)上、下部各自承載力[1]。

目前在確定試樁方法時會綜合考量此三種方法，結(jié)合工程實(shí)例，綜合考慮現(xiàn)場情況，從試樁方法的可行性、經(jīng)濟(jì)節(jié)約原則等方面進(jìn)行比較。本文就山西某地某工程基樁檢測方案的確定進(jìn)行對比分析。

1 工程概況

某工程位于山西省某地，根據(jù)設(shè)計圖紙，樁基采用鉆孔或人工(擴(kuò)底)灌注樁，共布樁68根，其中ZH1樁48根，樁徑800 mm，樁長不小于25 m，要求單樁豎向抗壓極限承載力為8 600 kN；ZH2樁20根，樁徑1 000 mm，樁長不小于28 m，要求單樁豎向抗壓極限承載力為12 800 kN。根據(jù)建設(shè)單位要求，先對2根ZH1樁做單樁豎向抗壓靜載荷試驗。

2 場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)委托單位提供的由某勘察院所做的《巖土工程勘察報告》：場地位于某盆地的東北部，場地地貌單元屬輕微切割黃土丘陵區(qū)。場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有斷裂和其他構(gòu)造形跡存在，場地的穩(wěn)定性受區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性控制。

根據(jù)外業(yè)鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，在勘探揭露深度范圍內(nèi)，場地地基土自上而下可劃分為8層，現(xiàn)依層序分述如下：

雜色，上部0.3 m～1.0 m主要由灰渣、碎石、建筑垃圾等組成，下部主要由粉質(zhì)粘土組成，夾少量磚塊、灰渣、礦渣等，稍濕，松散，土質(zhì)不均，堆積時間不超過8年。

褐黃色，主要由粉質(zhì)粘土組成，夾少量磚塊、灰渣、礦渣等，稍濕，松散，土質(zhì)不均，堆積時間不超過8年。

褐黃色，含植物根系，具大孔隙，呈硬塑狀態(tài)，切面稍光滑，干強(qiáng)度中，韌性中，搖震反應(yīng)無，具中等壓縮性，具輕微～強(qiáng)烈濕陷性。標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)N值介于3.0擊～26.0擊(實(shí)測值，以下同)，平均11.0擊，平均修正擊數(shù)為9.6擊。

褐黃色，含植物根系，具大孔隙，呈硬塑狀態(tài)，切面稍光滑，干強(qiáng)度中，韌性中，搖震反應(yīng)無，具中等壓縮性。標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)N值介于3.0擊～7.0擊(實(shí)測值，以下同)，平均4.4擊，平均修正擊數(shù)為3.8擊。

褐黃色，礦物成分主要為石英、長石、云母等，中密狀，級配不良，顆粒形狀以亞圓形為主，局部夾粉砂及粉質(zhì)粘土透鏡體。標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)N值介于12.0擊～21.0擊(實(shí)測值，以下同)，平均16.4擊，平均修正擊數(shù)為13.1擊。

褐黃色、紅褐色，呈硬塑～堅硬狀態(tài)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度高，韌性中等，無濕陷性，具低～中等壓縮性。局部含有古植物根系及鈣質(zhì)結(jié)核，夾薄層粉土透鏡體，局部夾有砂土透鏡體，見有砂質(zhì)半膠結(jié)層，具小孔隙，標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)N值介于3.0擊～38.0擊(實(shí)測值，以下同)，平均18.3擊，平均修正擊數(shù)為13.2擊。

黃褐～褐黃色，礦物成分主要為石英、長石、云母等，中密狀，級配不良，顆粒形狀以亞圓形為主，局部夾粉砂、粗砂及粉質(zhì)粘土透鏡體。標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)N值介于23.0擊～25.0擊(實(shí)測值，以下同)，平均24.0擊，平均修正擊數(shù)為16.8擊。

褐紅色，呈硬塑狀態(tài)，切面稍有光滑，干強(qiáng)度高，韌性高，無濕陷性，具低～中等壓縮性。含云母、氧化鐵、氧化鋁、古植物根系及少量姜石，夾薄層粉土透鏡體，局部夾有粉質(zhì)粘土透鏡體，具小孔隙。

3 試樁方案對比

3.1 試樁方法介紹

1)堆載法。

堆載法是一種在樁頂采用油壓千斤頂加載，壓重平臺提供反力裝置的試樁方法。施加荷載的壓力用并聯(lián)于千斤頂?shù)腗PM420-2可程控壓力變送器直接測定。試樁沉降值用BWS3CA-50 mm位移傳感器測量，在試樁的2個正交直徑方向?qū)ΨQ安置4個位移測試儀表。

2)錨樁法。

錨樁法和堆載法的主要區(qū)別是提供反力的裝置不同，前者為錨樁橫梁，后者為壓重平臺。錨樁法試樁時在場地上必須設(shè)置有符合條件的錨樁。采用錨樁法的測量裝置以及加載方式與堆載法均相同。

3)自平衡試樁法。

自平衡靜載荷試驗，其關(guān)鍵設(shè)備是一個特制的荷載箱：荷載箱的構(gòu)成主要包括千斤、油路、頂板、底蓋、箱壁等部分；荷載箱和鋼筋籠焊接在一起；頂蓋和底板處設(shè)置有位移傳感器；頂蓋和底板的外徑略小于樁體的外徑；將焊接有荷載箱的鋼筋籠放入樁位后，便可澆灌振搗成樁。

試驗時，通過地面上的油泵連接油管給荷載箱加壓。隨著壓力的不斷增加，荷載箱的頂板、底蓋將同時向上、下移動，從而促使樁端阻力和樁側(cè)阻力的發(fā)揮。荷載箱中的壓力值可用標(biāo)定完成后的壓力表測得；荷載箱頂蓋和底板的分別向上、向下位移可用位移傳感器測得[2]，量程50 mm(可調(diào))，每套荷載箱對應(yīng)6只，通過磁性表座固定在基準(zhǔn)鋼梁上，2只用于測量樁身荷載箱處的向上位移，2只用于測量樁身荷載箱處的向下位移，2只用于量測樁頂向上位移，均由計量部門標(biāo)定合格。

3.2 本工程試樁方案確定

1)堆載法。

本工程靜載荷試驗所需提供不小于16 000 kN的反力裝置；RS-JYB樁基靜載荷測試分析系統(tǒng)及配套設(shè)備1套；FQS50020型500 t分離式油壓千斤頂4臺等。試樁的成樁工藝與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格與工程樁一致。承載力檢測的受檢樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到28 d或預(yù)留同條件養(yǎng)護(hù)試塊達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求且應(yīng)滿足后壓漿的間歇時間。采用慢速維持荷載法，即逐級加載，加載分級：每級加載為預(yù)估最大加載量的1/10，第一級加載量取分級荷載的2倍，具體分級見表1。每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加一級荷載，直至滿足終止加載條件之一，然后分級卸載到零，記錄每級卸載回彈量。

表1 堆載法加載、卸載分級表 kN

堆載法必須解決大噸位的荷載配重的運(yùn)輸問題，而且其主要費(fèi)用均體現(xiàn)在進(jìn)出場費(fèi)用以及吊裝費(fèi)用，其次堆載法由于體積量大，存在一定的風(fēng)險，而且檢測持續(xù)時間較長，故而費(fèi)用較高。

2)錨樁法。

本工程靜載荷試驗所需錨樁鋼梁2根作為反力裝置；RS-JYB樁基靜載荷測試分析系統(tǒng)及配套設(shè)備1套；FQS50020型500 t分離式油壓千斤頂4臺等。在進(jìn)行試樁試驗時，以試樁為中心開挖并整平地面，試樁樁頭高出整平地面500 mm，錨樁樁頭低于試樁樁頭500 mm，錨樁鋼筋出露在600 mm～800 mm之間。試樁制作要求，試驗加載方式，加卸載以及沉降觀測均與堆載法相同。

錨樁法必須設(shè)置數(shù)根錨樁及反力大梁，且錨樁和試樁的位置又受到了一定條件的約束，不能隨意擺放，甚至可能單獨(dú)為試驗而專門做錨樁。加之錨樁法檢測持續(xù)時間長，因此錨樁法需費(fèi)用較高。

3)自平衡試樁法。

自平衡試樁法是一種基樁靜載試驗新技術(shù)，是接近于豎向抗壓樁實(shí)際工作條件的一種試驗方法。

為了確保自平衡樁基檢測結(jié)果可靠準(zhǔn)確，根據(jù)相關(guān)檢測規(guī)范的技術(shù)要求，荷載箱在安裝時必須按照既定的規(guī)定操作，部分工作需施工方配合。

荷載箱安裝前施工方需準(zhǔn)備設(shè)備及材料：20 t以上吊車、電焊機(jī)、混凝土、鋼筋等；安裝流程：荷載箱及相關(guān)附件運(yùn)抵現(xiàn)場→荷載箱預(yù)澆筑混凝土→荷載箱與鋼筋籠焊接→油管及位移檢測管線布置→下鋼筋籠→樁頭管線保護(hù)。檢測流程：前期準(zhǔn)備→搭設(shè)基準(zhǔn)梁、基準(zhǔn)樁→搭設(shè)帳篷→準(zhǔn)備電源→開始檢測→檢測結(jié)束→荷載箱斷開面注漿。

采用慢速維持荷載法，即逐級加載。加載分級和加載過程控制均與堆載法相同，具體分級見表2。加載方式位移相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：荷載箱上、下位移加載每1 h內(nèi)的位移量均不超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次(從分級荷載施加后第30分鐘開始，按1.5 h連續(xù)三次每30 min的位移量計算)。

表2 自平衡試樁法加卸載分級表 kN

與傳統(tǒng)的靜載試驗(檢測)方法(堆載法和錨樁法)相比，自平衡法具有以下特點(diǎn)：

1)省力。

不需要笨重的反力架，也沒有大噸位的荷載配重，檢測裝置簡單、操作方便、試驗過程安全。

2)省時。

土體穩(wěn)定即可測試不需要進(jìn)行預(yù)壓，并且多根基樁可以同時測試，而且相互獨(dú)立，互不影響，從而大大節(jié)省了試驗(檢測)時間。

3)不受場地條件和加載噸位限制。

每根被檢測樁只需一臺高壓泵、一套位移測讀儀器、一根基準(zhǔn)梁，所需檢測設(shè)備體積小、重量輕，任何場地(基坑、山上、地下、水中)都可進(jìn)行檢測。

4)試樁方法確定。

綜合考慮現(xiàn)場情況，從試樁方法的可行性、經(jīng)濟(jì)節(jié)約原則等方面進(jìn)行分析對比，自平衡測試法與堆載法、錨樁法相比，省時、省力、省錢、安全，測試精度也足以滿足工程要求，同時不會對施工現(xiàn)場的其他項目造成影響，故本工程確定采用自平衡測試方法進(jìn)行靜載荷試驗。

4 結(jié)語

自平衡試樁法是一種基樁靜載試驗新技術(shù)，是接近于豎向抗壓樁實(shí)際工作條件的一種試驗方法。該測試方法簡單方便、安全經(jīng)濟(jì)，適合于廣泛推廣使用。

[1] DB32/T 291—99,樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 龔維明,戴國亮,蔣永生,等.樁承載力自平衡測試?yán)碚撆c實(shí)踐[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2002,23(1)：72.