大噸位靜載檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與研究

林 立

（東莞市建設(shè)工程檢測(cè)中心，廣東 東莞 523809）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各類高層建筑層出不窮，對(duì)于建筑基礎(chǔ)承載力要求越來越高。因此，大直徑高承載力灌注樁的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。為了保障大直徑灌注樁的承載力及其安全可靠性，靜載試驗(yàn)被工程界公認(rèn)為檢測(cè)該樁最有效、最直接的試驗(yàn)方法。大噸位靜載試驗(yàn)主要是通過受檢樁樁頂在分級(jí)時(shí)間內(nèi)逐級(jí)施加持續(xù)荷載，繪制時(shí)間、荷載、樁頂沉降量之間的曲線圖，從而分析研究單樁豎向抗壓承載力的標(biāo)準(zhǔn)值和極限值，為樁基驗(yàn)收和設(shè)計(jì)提供可靠數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)特征

1.1 大噸位靜載試驗(yàn)特點(diǎn)

檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)、直觀。儀器設(shè)備要求高。吊裝復(fù)雜，安全性要求。支撐土承載力要求高，加固費(fèi)用高。場(chǎng)地占用面積大，進(jìn)退場(chǎng)難。

1.2 存在的問題

堆載進(jìn)場(chǎng)的問題。待檢樁周邊土承載力問題。反力裝置的選擇及其強(qiáng)度、變形問題。堆載偏心及安全性問題。樁頭防爆問題。

1.3 影響因素

樁周土壓縮回彈性。檢測(cè)設(shè)備間距。樁帽設(shè)計(jì)。惡劣天氣。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

東莞某小區(qū) 3# 高層住宅樓，樁基采用大直徑（1 000～1 500 mm）人工挖孔樁，樁身混凝土為 C30 等級(jí)，待檢樁25#（D=1 200 mm）單樁承載力特征值為10 000 kN，地質(zhì)情況如下。

1）粉質(zhì)黏土?？伤?，約 0.8 m 厚，特征值 110 kPa。

2）粗砂。中密狀，約 2.0 m 厚，特征值 370 kPa。

3）全風(fēng)化花崗巖。極破碎，約 1.5 m 厚。

2.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

1）收集項(xiàng)目勘察報(bào)告。了解場(chǎng)地地基分層類型、每層土的厚度及承載力特征值。

2）查閱基樁平面布置圖及設(shè)計(jì)總說明。根據(jù)圖紙確定待檢樁的位置及承載力特征值的大小。

3）確定檢測(cè)方案及簽署樁位確認(rèn)表。

4）查看場(chǎng)地條件、工程位置及周邊交通情況，擬定檢測(cè)順序，修建運(yùn)輸通道，保障檢測(cè)設(shè)備進(jìn)退場(chǎng)。

2.3 檢測(cè)承重平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.3.1 確定檢測(cè)方法

經(jīng)多年經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)、成本對(duì)比，大噸位靜載檢測(cè)試驗(yàn)主要采用壓重平臺(tái)堆載檢測(cè)法，如圖 1 所示。

圖1 壓重平臺(tái)反力試驗(yàn)裝置示意圖

2.3.2 樁周土加固

1）當(dāng)試驗(yàn)堆載不超過 1 500 t 且平臺(tái)支墩下地基土為堅(jiān)硬土層時(shí)，應(yīng)對(duì)地基土承載力進(jìn)行計(jì)算。如地基土經(jīng)過壓實(shí)（換填）處理后，能滿足規(guī)范和試驗(yàn)要求的，可不用澆筑鋼筋混凝土承壓板。

2）當(dāng)試驗(yàn)堆載超過 1 500 t 或平臺(tái)支墩下地基土為軟弱土層（如回填土、素填土或淤泥質(zhì)土等）且無法單純通過壓實(shí)（換填）處理來確保堆載安全時(shí)，應(yīng)對(duì)支墩下地基土壓實(shí)（換填）處理后再加制鋼筋混凝土承壓板，承壓板要配以足夠的鋼筋且厚度≥30 cm，如圖 2 所示。

本試驗(yàn)基樁最大承載力為 2 000 kN，地基土承載力特征值為 110 kPa。經(jīng)測(cè)算，宜采用鋼筋混凝土承載板加固法才能滿足試驗(yàn)要求。

2.3.3 主要儀器設(shè)備

靜載測(cè)試儀、千斤頂、電動(dòng)油泵、油路、分流器、位移傳感器、壓力傳感器、鋼梁、混凝土試塊、基準(zhǔn)梁/樁等，設(shè)備型號(hào)、規(guī)格和數(shù)量應(yīng)依照建設(shè)相關(guān)方根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擬定的檢測(cè)方案來確定。

圖2 鋼筋混凝土承載板構(gòu)造圖（單位：mm）

2.3.4 樁頭處理與樁帽制作

要求委托方按照檢測(cè)單位出具的樁帽圖，負(fù)責(zé)樁頭處理和樁帽制作，具體要求如圖 3、圖 4 所示。

1）混凝土灌注樁樁頭不能有松散骨料、蜂窩或離析混凝土層，如有應(yīng)立刻清理。

圖3 小噸位靜載試驗(yàn)樁帽設(shè)計(jì)圖

圖4 大噸位靜載試驗(yàn)樁帽設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

2）做好樁頭基層處理，掰直主筋，插入樁帽內(nèi)，保證足夠保護(hù)層厚度。如外露主筋長度不夠時(shí)，應(yīng)通過焊接加長筋的方式，保障樁與樁帽之間的整體穩(wěn)定性。樁帽應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片 2～6 層，間距≤150 mm，要求厚度≥500 mm（大噸位≥1 000 mm），嵌入原樁身 200 mm 左右。

3）當(dāng)樁帽以承壓為主時(shí)，鋼筋網(wǎng)格可按上圖配置構(gòu)造鋼筋（為安全起見，承受 1 500 t 及以上的樁帽可采用配筋： 22@150雙向筋）；當(dāng)樁帽承受較大的彎矩時(shí)，應(yīng)按計(jì)算確定承臺(tái)的厚度和鋼筋數(shù)量。

4）樁帽一般為方形 1.2D×1.2D，且≥800 mm× 800 mm，并考慮千斤頂?shù)臄?shù)量和安裝要求。樁帽頂面應(yīng)平整，確保多臺(tái)作業(yè)千斤頂聯(lián)動(dòng)作業(yè)時(shí)呈水平狀態(tài)，同時(shí)應(yīng)對(duì)中樁帽中軸線與堆載平臺(tái)重心重合。

2.3.5 主次梁選擇及搭設(shè)

鋼梁的選擇與要求：壓重平臺(tái)反力裝置的結(jié)構(gòu)主要為鋼梁，可分為主梁和次梁。鋼梁橫截面有如下幾種型式（見圖 5）：①工字形；②組合工字形；③箱形。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，堆載平臺(tái)的主梁宜選用箱型截面更可靠；次梁宜選用工字形鋼梁，其在安全性、經(jīng)濟(jì)性更突出。其工字型梁兩側(cè)可滿焊加肋鋼板，可有效防范次梁出現(xiàn)平面外失穩(wěn)事故。因此，各檢測(cè)單位開展大噸位靜載試驗(yàn)前，應(yīng)聘請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院對(duì)壓重反平臺(tái)的主次梁的尺寸規(guī)格及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形進(jìn)行驗(yàn)算復(fù)核。

圖5 鋼梁截面型式

當(dāng)最大試驗(yàn)荷載為 1 000～1 500 t 時(shí)：主梁長度≥10 m，次梁長度≥10 m，堆載平臺(tái)面積≥10 m×10 m。當(dāng)最大試驗(yàn)荷載為 1 500～2 000 t 時(shí)：主梁長度≥10 m，次梁長度≥12 m，堆載平臺(tái)面積≥10 m×12 m。

2.3.6 千斤頂?shù)倪x擇

大噸位靜載檢測(cè)試驗(yàn)選用的千斤頂型號(hào)、數(shù)量，應(yīng)考量主梁的寬度和柱帽頂面面積。根據(jù)千斤頂允許出力荷載計(jì)算出合理臺(tái)數(shù)。當(dāng)多臺(tái)千斤頂并聯(lián)加載時(shí)，應(yīng)滿足如下要求。

1）同一試驗(yàn)選用的千斤頂型號(hào)、規(guī)格應(yīng)統(tǒng)一。2）千斤頂、堆載平臺(tái)和樁的中心軸線應(yīng)重合。3）千斤頂出力荷載的 80 %，應(yīng)大于最大試驗(yàn)荷載的 20 %［1］。

2.3.7 堆重搭設(shè)步驟及要求

1）安裝堆載時(shí)應(yīng)規(guī)范進(jìn)行，宜在檢測(cè)前一次均勻加足。當(dāng)預(yù)制塊配重堆放層數(shù)超過 5 層后，應(yīng)根據(jù)具體工況考慮每 2 層向內(nèi)縮進(jìn)1塊試塊，外觀呈現(xiàn)底部寬頂層窄的“金字塔”形狀，使得平臺(tái)重心向中心集中，且堆載高度不宜大于底部邊長的 1.5 倍。

2）上下層配重堆載順序可參考砌體結(jié)構(gòu)施工要求，不能形成通縫，應(yīng)相互搭接、錯(cuò)位安裝，每一層配重應(yīng)根據(jù)尺寸變換擺放方向，使得整個(gè)堆載平臺(tái)相互咬合成整體受力系統(tǒng)。

3）在安全方面，應(yīng)在吊裝現(xiàn)場(chǎng)四周拉上警戒線、設(shè)置警戒標(biāo)語或放置警示牌，嚴(yán)禁非專業(yè)人士進(jìn)入。堆載吊裝人員應(yīng)帶好安全帽、穿好反光衣和勞保防滑鞋，做好安全防護(hù)措施，避免出現(xiàn)安全事故。

2.3.8 檢測(cè)儀器的安裝要求

1）千斤頂?shù)闹行呐c被檢樁中心必須保持在同一條軸線上。

2）受檢樁、基準(zhǔn)樁與支墩邊的相關(guān)要求如表 1 所示。

表1 試樁、壓重平臺(tái)支墩和基準(zhǔn)樁之間的中心距離

3）基準(zhǔn)樁的設(shè)置?；鶞?zhǔn)樁應(yīng)沒有被接觸或遭到破損的危險(xiǎn)，不受試樁及壓重平臺(tái)支墩周邊土下沉的影響?；鶞?zhǔn)梁的一端應(yīng)固定在基準(zhǔn)樁上，另一段應(yīng)簡支于基準(zhǔn)樁上。

4）位移傳感器的安裝：在被檢樁頂直徑方向?qū)ΨQ安裝 4 個(gè)位移傳感器。固定和支承位移傳感器的夾具應(yīng)緊密連接在基準(zhǔn)樁上，基礎(chǔ)梁的尺寸應(yīng)滿足規(guī)范要求，且不易受大風(fēng)、震動(dòng)或其他外界因素干擾而造成豎向位移變化［2］。

2.3.9 試驗(yàn)方法

依照規(guī)范相對(duì)穩(wěn)定沉降標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)采用慢速維持荷載法加卸載。

2.3.10 數(shù)據(jù)分析

1）本次試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖 6 所示。

圖6 靜載試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)圖

2）根據(jù)行標(biāo)規(guī)范中的規(guī)定確定特征值：對(duì)陡變型Q-s曲線，取陡降段的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值為承載力特征值［3］。

3）對(duì)于緩變型Q-s曲線可根據(jù)沉降量確定：對(duì)直徑＜800 mm 的樁，宜取s=40 mm 對(duì)應(yīng)的荷載值；直徑≥ 800 mm 的樁，可取s=0.05d（d為樁端直徑）且s≤80 mm 對(duì)應(yīng)的荷載值［4］。根據(jù)以上要求結(jié)合實(shí)例 25 # 樁樁長和Q-s曲線（見圖 6）可知，該樁最大試驗(yàn)荷載作用下的沉降量＜60 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

4）通過沉降監(jiān)測(cè)，基準(zhǔn)梁、基準(zhǔn)樁等輔助設(shè)施的位移變化均在允許范圍內(nèi)，證明本次試驗(yàn)的搭設(shè)和地基土加固措施有效地保障了大噸位靜載檢測(cè)的成功。

3 結(jié)論

1）大噸位靜載試驗(yàn)支墩下地基土承載力必須經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，如果通過地基加固措施無法保障支墩安全性時(shí)，應(yīng)澆筑鋼筋混凝土整體墊層。

2）多臺(tái)千斤頂并聯(lián)加載時(shí)，應(yīng)對(duì)千斤頂規(guī)格、尺寸、型號(hào)按照規(guī)范要求進(jìn)行選擇，并保證千斤頂合力中心、樁中心與平臺(tái)中心樁軸線重合。

3）堆載平臺(tái)主梁宜采用箱形鋼梁，次梁截面采用翼緣加固工字型鋼梁，均應(yīng)進(jìn)行受力變形驗(yàn)算。

4）試驗(yàn)前一定要選定好檢測(cè)規(guī)范，才能明確加載時(shí)間、分級(jí)荷載、穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、終止加載條件、承載力確定標(biāo)準(zhǔn)。 Q