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摘 要:在高层建筑中,桩基础是一种被普遍采用的基础形式。为保证桩基安全可靠,对桩基的检测是有必要的。本文结合工程实例,介绍了高层建筑桩基单桩竖向抗压静载试验的全过程,并整理和研究了试验结果,作出了单桩竖向抗压静载试验Q~S、S~lgt曲线。试验结果表明承载力满足设计要求。
关键词:桩基;静载试验;抗压承载力;试验荷载;Q~S曲线;S~lgt曲线
随着经济的快速发展,城市可利用土地也日益减少,因此,建筑物的高度向着更高的方向发展,高层建筑也越来越多。桩基础是一种被高层建筑普遍采用的基础形式。但由于桩基深埋于地下,隐蔽性极强,为保证桩基安全可靠,因此,桩基的检测是十分必要的。单桩竖向承载力一直是桩基检测的重要环节。确定单桩竖向承载力的方法有很多,但目前静载试验仍是确定桩身承载力最直接、最可靠的方法,应用也最为广泛。
1工程概况
某工程总建筑面积为27611m2,包括了19层主楼及地下室。该建筑采用钻孔灌注桩基础,桩总数252根,桩身直径最长为Ф1000mm,最短为Ф800mm,混凝土强度等级为C30~C40。
2单桩竖向抗压静载试验
为了检测桩基单桩竖向抗压承载力,对本工程的5#桩、8#桩和13#桩进行单桩竖向抗压静载试验,基本参数如表1所示。
表1 试桩基本参数
本次试验依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),试验方法采用锚桩反力法,用四锚桩配合“工”字形反力梁提供试验反力,采用慢速维持荷载法进行。
2.1试验设备
全自动基桩静载仪1台;8000kN千斤顶1台;压力传感器1只;位移测量容栅式数显百分表2只;主梁采用7000mm×800mm钢梁2根;位移测量基准梁采用4000mm×60mm方钢1根;超高压油泵站一个。该设备总加载能力不小于8000kN。
2.2竖向抗压试验桩制作
试验桩按照设计图纸施工,桩帽进行特别制作,为节省工期,可在桩身混凝土浇筑时一次成型,但应注意清除浮浆。
2.3锚桩制作
配合单桩竖向抗压静载试验的4根锚桩桩身尺寸按照原设计图纸施工,桩顶标高按照设计图纸施工,钢筋笼纵筋应高出自然地面不少于500mm。在试验时要对锚桩上拔量进行监测,试验前对钢梁应进行强度和刚度验算,并对锚桩的拉筋进行强度验算。
2.4试桩、锚桩平面布置示意图(如图1A)
2.5主梁支承墩基制作(如图1B)
图1
图中为试验大梁支承墩基,其底面积为4000×900mm2;“U”形墩基的中间部分比试验桩桩顶高660mm,两端部分比试验桩桩顶高1920mm;支承墩基用机制红砖、水泥砂浆砌成,自然养护10d,支承墩基基础应夯实。
2.6荷载分级
本次静载试验的单桩竖向抗压承载力特征值设计要求为2700kN~3600kN,根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),最大试验荷载为单桩竖向抗压承载力极限值5#桩、13#桩为5400kN,8#桩为7200kN,当保证桩身混凝土不被破坏时,可再施加0.5~1级荷载。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),每级加载量为预估极限荷载的1/10~1/15,第一级可按照2倍分级荷载加载。
表2单桩竖向抗压静载试验荷载分级表(荷载单位kN)
本次试验首级加载量取最大试验荷载的2/10,以后各级取最大试验荷载的1/10。实际荷载分级如下。本工程单桩竖向抗压静载试验,在试验加、卸荷过程,沉降观测时间间隔及相对稳定标准还有终止加载条件都执行《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)的规定。
3试验结果及分析
3.1单桩竖向抗压静载试验结果
本工程单桩竖向抗压静载试验结果汇总表(见表3)。
表3各试验点结果汇总表
本次单桩竖向抗压静载试验Q~S、S~lgt曲线(见图2)。
图2单桩竖向抗压静载试验Q~S、S~lgt 曲线
3.2单桩竖向抗压承载力的确定
本次试验单桩竖向抗压承载力的确定方法遵循下列原则:
①根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型Q~S曲线,取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。
②根据沉降随时间变化的特征确定:取S~lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载。
③某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍,且经24h未达到相对稳定标准时,取前一级荷载。
④对于缓变型Q~S曲线可根据沉降量确定,宜取S=40mm对应的荷载值;当桩长大于40m,时,宜考虑桩身弹性压缩量;对于直径大于或等于800mm的桩,可取S=0.005D(D为桩端直径)对应的荷载值。
⑤当按照上述4款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时,桩的竖向抗压承载力应取最大试验荷载值。
3.3试验结果分析
①从5#桩的单桩竖向抗压静载试验Q~S曲线上可以看出,当荷载最大加至5400kN时,桩顶最大沉降量为34.42mm,曲线未出现陡降,末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.92mm;从卸载回弹情况看,完全卸载后桩顶残余沉降为29.33mm,最大回弹量为5.09mm,回弹率为14.8%;从S~lgt曲线看,各级荷载对应的沉降曲线均较平坦,未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求,为避免桩身混凝土受压破坏,试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果,并依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN,该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。
②从8#桩的单桩竖向抗压静载试验Q~S曲线上可以看出,当荷载最大加至7200kN时,桩顶最大沉降量为35.07mm,曲线未出现陡降,末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.21mm;从卸载回弹情况看,完全卸载后桩顶残余沉降为29.68mm,最大回弹量为5.39mm,回弹率为15.4%;从S~lgt曲线看,各級荷载对应的沉降曲线均较平坦,未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求,为避免桩身混凝土受压破坏,试验加载至7200kN稳定后停止加载。根据试验结果,并依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载7200kN,该桩的竖向抗压承载力特征值不小于3600kN。
③从13#桩的单桩竖向抗压静载试验Q~S曲线上可以看出,当荷载最大加至5400kN时,桩顶最大沉降量为32.64mm,曲线未出现陡降,末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.04mm;从卸载回弹情况看,完全卸载后桩顶残余沉降为28.05mm,最大回弹量为4.59mm,回弹率为14.1%;从S~lgt曲线看,各级荷载对应的沉降曲线均较平坦,未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求,为避免桩身混凝土受压破坏,试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果,并依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN,该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。本工程检测的3根试验桩的单桩竖向抗压承载力特征值分别为:5#桩为2700kN;8#为桩3600kN;13#为桩2700kN,均满足设计要求。限于本文篇幅,8#桩与13#桩的Q~S、S~lgt曲线不再一一介绍。
4结语
虽然单桩竖向抗压承载力静压试验耗时长、成本较高,但其直观性和可靠性是其他检测方法无法比拟的。但需要注意的是,在严格执行国家规范的同时,针对特殊地区,必须认真研究和加以解决,才能使单桩静压试验客观地、科学地反映桩基工程的特性。
参考文献
[1] 毕素琴.钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载试验[J].铁道建筑.2004年第10期
[2] 周华林;王东华;黄涛鄂.钢某工程桩基单桩竖向抗压静载试验分析[J].山西建筑.2012年11期
关键词:桩基;静载试验;抗压承载力;试验荷载;Q~S曲线;S~lgt曲线
随着经济的快速发展,城市可利用土地也日益减少,因此,建筑物的高度向着更高的方向发展,高层建筑也越来越多。桩基础是一种被高层建筑普遍采用的基础形式。但由于桩基深埋于地下,隐蔽性极强,为保证桩基安全可靠,因此,桩基的检测是十分必要的。单桩竖向承载力一直是桩基检测的重要环节。确定单桩竖向承载力的方法有很多,但目前静载试验仍是确定桩身承载力最直接、最可靠的方法,应用也最为广泛。
1工程概况
某工程总建筑面积为27611m2,包括了19层主楼及地下室。该建筑采用钻孔灌注桩基础,桩总数252根,桩身直径最长为Ф1000mm,最短为Ф800mm,混凝土强度等级为C30~C40。
2单桩竖向抗压静载试验
为了检测桩基单桩竖向抗压承载力,对本工程的5#桩、8#桩和13#桩进行单桩竖向抗压静载试验,基本参数如表1所示。
表1 试桩基本参数
本次试验依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),试验方法采用锚桩反力法,用四锚桩配合“工”字形反力梁提供试验反力,采用慢速维持荷载法进行。
2.1试验设备
全自动基桩静载仪1台;8000kN千斤顶1台;压力传感器1只;位移测量容栅式数显百分表2只;主梁采用7000mm×800mm钢梁2根;位移测量基准梁采用4000mm×60mm方钢1根;超高压油泵站一个。该设备总加载能力不小于8000kN。
2.2竖向抗压试验桩制作
试验桩按照设计图纸施工,桩帽进行特别制作,为节省工期,可在桩身混凝土浇筑时一次成型,但应注意清除浮浆。
2.3锚桩制作
配合单桩竖向抗压静载试验的4根锚桩桩身尺寸按照原设计图纸施工,桩顶标高按照设计图纸施工,钢筋笼纵筋应高出自然地面不少于500mm。在试验时要对锚桩上拔量进行监测,试验前对钢梁应进行强度和刚度验算,并对锚桩的拉筋进行强度验算。
2.4试桩、锚桩平面布置示意图(如图1A)
2.5主梁支承墩基制作(如图1B)
图1
图中为试验大梁支承墩基,其底面积为4000×900mm2;“U”形墩基的中间部分比试验桩桩顶高660mm,两端部分比试验桩桩顶高1920mm;支承墩基用机制红砖、水泥砂浆砌成,自然养护10d,支承墩基基础应夯实。
2.6荷载分级
本次静载试验的单桩竖向抗压承载力特征值设计要求为2700kN~3600kN,根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),最大试验荷载为单桩竖向抗压承载力极限值5#桩、13#桩为5400kN,8#桩为7200kN,当保证桩身混凝土不被破坏时,可再施加0.5~1级荷载。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),每级加载量为预估极限荷载的1/10~1/15,第一级可按照2倍分级荷载加载。
表2单桩竖向抗压静载试验荷载分级表(荷载单位kN)
本次试验首级加载量取最大试验荷载的2/10,以后各级取最大试验荷载的1/10。实际荷载分级如下。本工程单桩竖向抗压静载试验,在试验加、卸荷过程,沉降观测时间间隔及相对稳定标准还有终止加载条件都执行《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)的规定。
3试验结果及分析
3.1单桩竖向抗压静载试验结果
本工程单桩竖向抗压静载试验结果汇总表(见表3)。
表3各试验点结果汇总表
本次单桩竖向抗压静载试验Q~S、S~lgt曲线(见图2)。
图2单桩竖向抗压静载试验Q~S、S~lgt 曲线
3.2单桩竖向抗压承载力的确定
本次试验单桩竖向抗压承载力的确定方法遵循下列原则:
①根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型Q~S曲线,取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。
②根据沉降随时间变化的特征确定:取S~lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载。
③某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍,且经24h未达到相对稳定标准时,取前一级荷载。
④对于缓变型Q~S曲线可根据沉降量确定,宜取S=40mm对应的荷载值;当桩长大于40m,时,宜考虑桩身弹性压缩量;对于直径大于或等于800mm的桩,可取S=0.005D(D为桩端直径)对应的荷载值。
⑤当按照上述4款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时,桩的竖向抗压承载力应取最大试验荷载值。
3.3试验结果分析
①从5#桩的单桩竖向抗压静载试验Q~S曲线上可以看出,当荷载最大加至5400kN时,桩顶最大沉降量为34.42mm,曲线未出现陡降,末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.92mm;从卸载回弹情况看,完全卸载后桩顶残余沉降为29.33mm,最大回弹量为5.09mm,回弹率为14.8%;从S~lgt曲线看,各级荷载对应的沉降曲线均较平坦,未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求,为避免桩身混凝土受压破坏,试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果,并依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN,该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。
②从8#桩的单桩竖向抗压静载试验Q~S曲线上可以看出,当荷载最大加至7200kN时,桩顶最大沉降量为35.07mm,曲线未出现陡降,末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.21mm;从卸载回弹情况看,完全卸载后桩顶残余沉降为29.68mm,最大回弹量为5.39mm,回弹率为15.4%;从S~lgt曲线看,各級荷载对应的沉降曲线均较平坦,未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求,为避免桩身混凝土受压破坏,试验加载至7200kN稳定后停止加载。根据试验结果,并依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载7200kN,该桩的竖向抗压承载力特征值不小于3600kN。
③从13#桩的单桩竖向抗压静载试验Q~S曲线上可以看出,当荷载最大加至5400kN时,桩顶最大沉降量为32.64mm,曲线未出现陡降,末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.04mm;从卸载回弹情况看,完全卸载后桩顶残余沉降为28.05mm,最大回弹量为4.59mm,回弹率为14.1%;从S~lgt曲线看,各级荷载对应的沉降曲线均较平坦,未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求,为避免桩身混凝土受压破坏,试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果,并依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003),该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN,该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。本工程检测的3根试验桩的单桩竖向抗压承载力特征值分别为:5#桩为2700kN;8#为桩3600kN;13#为桩2700kN,均满足设计要求。限于本文篇幅,8#桩与13#桩的Q~S、S~lgt曲线不再一一介绍。
4结语
虽然单桩竖向抗压承载力静压试验耗时长、成本较高,但其直观性和可靠性是其他检测方法无法比拟的。但需要注意的是,在严格执行国家规范的同时,针对特殊地区,必须认真研究和加以解决,才能使单桩静压试验客观地、科学地反映桩基工程的特性。
参考文献
[1] 毕素琴.钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载试验[J].铁道建筑.2004年第10期
[2] 周华林;王东华;黄涛鄂.钢某工程桩基单桩竖向抗压静载试验分析[J].山西建筑.2012年11期