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【摘 要】本文主要介绍在基桩静载的主要过程,并且通过举例,对于某些桩基静载不及格的原因进行探讨,和对于桩基础设计、施工和检测提出一些建议。
【关键词】桩基;桩基试验;静载试验
The foundation stake quiet to carry a synopsis analysis
Li Xiao-xiong
(Foshang city changcheng area construction engineering quality safety examination station Foshang Guangdong 528000)
【Abstract】The text main introduction is in the Ji stake quiet carry of main process, and pass give examples, for some stake Ji quiet carry the reason for disqualified to carry on study, with put forward to stake the foundation design, construction and examination some suggestion.
【Key words】Stake foundation;The stake foundation experiment;Quiet carry to experiment
1. 概述
随着管桩的设计、制作和施工技术已很成熟,该技术已在广东珠三角地区很多区域都大规模使用管桩作为基础。虽然技术很成熟,但其还是存在一定问题,因此验收试验是对其质量一个很好把关过程。主要验收方法有:低应变、静载、高应变、声波透射法、钻芯法。这五种方法在桩基验收普遍使用,技术和理论都得到认可。
这五种检测方法,各有各的适用范围。归纳如下(表1):
从表1可以看出对于桩基承载力检测主要有:高应变、静载、钻芯法,这三种检测方法都可以论证桩基承载力,而高应变对于承载力判定是否准确尚存争议,一般通过静载来验证。对于钻芯法,这主要针对端承灌注桩,主要通过桩底岩样的抗压和外形和结合桩身质量来判别其桩承力是否达到设计要求,但其存在一定片面性,因为对于桩抽的部位不同,对于其判定结果存在一定影响。静载是采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法,去判定桩的承载力。因此最直观、最可靠桩基承载力检测方法还是静载。
2. 静载检测方法及一般原理
2.1 检测方法:利用压重平台反力装置,采用快速维持荷载法。反力装置见下图1。荷载由油泵通过千斤顶施加于桩顶,采用千斤顶并联控制荷载的施加,千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。桩顶沉降量由位移传感器测得,全程采用静力荷载测试仪器自动采集数据,最后将原始数据进行室内资料整理。
2.2 检测步骤
(1)荷载分级:根据《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)加载分为10级进行,第一级取分级荷载2倍进行加载。
(2)试验加载方式,在广东地区大多采用快速维持荷载法。快速维持荷载法的试验步骤:
a.每级荷载施加后按第5、15、30min测读沉降量,以后每隔15min测读一次。
b.受检桩沉降相对收敛标准:最后15min时间间隔的桩顶沉降量小于相邻15min时间间隔的桩顶沉降量。
c.当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时,再施加下一级荷载;
d.卸载时,每级卸载量取分级荷载的2倍。每级荷载维持15 min,按第5、15 min测读桩顶沉降量;卸载至零后,应测读桩顶残余沉降量,维持时间2h。
(3)终止加载条件:
a.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载大于或等于前一级荷载作用下沉降量的5倍;
b.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载加上后24h尚未达到稳定标准;
c.当达到最大试验荷载。
图1(单位均为厘米)
图2 受压桩的典型破坏模式
(4)单桩竖向抗压极限承载力Qu可按下列方法综合分析确定;
a.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载大于或等于前一级荷载作用下沉降量的5倍,取此终止荷载前一级的荷载为极限荷载。
b.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载加上后24h尚未达到稳定标准,取此终止荷载前一级的荷载为极限荷载。
c.当达到最大试验荷载,取此的荷载为极限荷载。
d.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所对应的荷载值。
e.根据沉降随时间变化的特征确定:取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。
3. 静载下桩的破坏模式的Q-s曲线特征
3.1 摩擦型桩(典型曲线Ⅰ):其主要特征是沉降较大,Q-s曲线中部弯折而尾部陡降。
3.2 端承型桩(典型曲线Ⅱ):其主要特征是承载力较高而沉降较小,始终保持接近于线性的关系,直到出现桩身破坏或桩底持力层破坏。
3.3 摩擦-端承型桩(典型曲线Ⅲ):其主要特征是曲线中部明显弯折而尾部降势缓慢并恢复近于线性的发展趋势。如图2所示。
4. 静载试验的检测实例
本部分主要列举一个实例均为试验时候出现异常,通过该试验,对其破坏的原因进行讨论。
实例1:佛山某工地412#工程桩,桩径500mm,桩长12.5m,试验极限荷载为4000kN.。该桩附近的地质概况为:2m素填土,1.5m淤泥层,4.5m粉质粘土,1 m全风化泥质粉砂岩,4.2m强风化泥质粉砂岩。该桩端承载力为强风化泥质粉砂岩。该桩为锤击预应力管桩,总锤击数量198,该桩通过小应变结果是 Ⅰ类桩。该桩检测结果如表2:
图3 单桩竖向抗压静载试验曲线图
试验加载到800kN(第二级)时,该桩总沉降量为2.27mm,当试验加载到1600kN(第四级)时,该桩总沉降量为3.77mm,当加载到2000kN(第五级)时,该桩总沉降量15.64mm,该桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。按照规范,该级可以终止试验,且通过Q-S、s-lgt 曲线分析,明显出现陡降。但为试验该桩的最终是否可以再利用,因此继续按原来分级试验,但每级不按收敛标准判断是否继续加载下一级。继续试验得出以上表2部分数据:
从规范去判断,该桩在第五级时已达到规范停止试验的要求,且通过曲线方法去判断,该桩极限承载力为1600kN。但从继续加载的情况下,在最后三级时s-lgt曲线已经平缓,该桩处在那几级的时候,承载力是可以达到相对应的荷载要求,从Q-S曲线总体分析,在最后三级,曲线尾部已停止陡降的趋势。因此本作者认为,该桩承载力是可以达到4000KN。
该桩为什么会出现这种曲线,有以下几个可能:
(1)桩身破坏可能性比较低,通过小应变的波形图,可知道该桩桩身没有出现严重问题,且桩身破坏的典型Q-S曲线与该试验的不类似,且其尾部不会出现平缓的现象。
(2)该工地打完桩到验桩的时间相隔已有五个多月,且其地下水位较高,可能出现上浮的现象,这类型的典型Q-S曲线与本此试验的曲线类似,因此有可能是这个原因,但存在一定区别,主要存在某一级的沉降量较大,很少出现连续几级沉降量较大的情况。
(3)该处桩的桩间距离较密,因此可能施打过程中,桩周体图体在打桩时受到过度挤密而产生的隆起、而导致附近的桩随之被挤起来,这类型的典型Q-S曲线与本此试验的曲线类似,但存在一定区别,主要存在某一级的沉降量较大,很少出现连续几级沉降量较大的情况。
(4)从地质条件看,地质报告里面有一层较薄全风化全风化泥质粉砂岩,这种岩芯特点遇水容易软化,且该层厚度小。因此打桩时候,桩端的持力层有可能为全风化泥质粉砂岩,打桩时该岩层的承载力是能达到设计要求,所以桩端承于该岩层。但随着时间增长,地表水通过桩渗进该岩层,使其岩层软化,在静载过程,在试验荷载达到1600 kN时,该桩慢慢刺穿该岩层,出现沉降量突然增大,当桩完全嵌入强风化泥质粉砂岩层时,沉降量增量慢慢减少,沉降随之减少。
从总体上分析,造成这种曲线出现应该是以上第4的结合的可能性较大。对于该桩是否可以继续使用,规范上没有明确表述,但按规范上判定该桩的极限承载力,该桩应为废桩。从继续试验得出曲线,该桩经过静载后,桩的承载力得到明显得提高,如果经过小应变检测其桩身完整性没发现问题和设计计算复核后,本作者认为该桩可以继续使用,但必须对于周边的桩继续加大扩检量,以复核该地区是否出现类似的情况。
5. 结论
通过对静载试验分析得到以下结论:
(1)对于地质较复杂的地区,因在打桩前要增加地质钻探数量。
(2)对于管桩的施打时候要严格监控。
(3)对于地下水位高的地区,且持力层遇水容易软化时,应该严格要求对桩进行复打。在打桩前,规范应强制做静载试验,看是否能达到要求。本作者建议,如果出现这种类型的地质条件,规范应明确增加静载试验的桩数,以避免质量事故的发生。
(4)对于规范应明确对于经过静载,部分不及格的桩,如果出现最后一级达到稳定标准的桩,可以经过设计复核,重新判定其极限承载力,并且可以继续使用该工程桩,而避免造成工程浪费。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
[2] 广东省标准《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)
[3] 广东省建设工程质量安全监督检测总站《工程桩质量检测技术培训教材》
[文章编号]1006-7619(2010)07-24-682
【关键词】桩基;桩基试验;静载试验
The foundation stake quiet to carry a synopsis analysis
Li Xiao-xiong
(Foshang city changcheng area construction engineering quality safety examination station Foshang Guangdong 528000)
【Abstract】The text main introduction is in the Ji stake quiet carry of main process, and pass give examples, for some stake Ji quiet carry the reason for disqualified to carry on study, with put forward to stake the foundation design, construction and examination some suggestion.
【Key words】Stake foundation;The stake foundation experiment;Quiet carry to experiment
1. 概述
随着管桩的设计、制作和施工技术已很成熟,该技术已在广东珠三角地区很多区域都大规模使用管桩作为基础。虽然技术很成熟,但其还是存在一定问题,因此验收试验是对其质量一个很好把关过程。主要验收方法有:低应变、静载、高应变、声波透射法、钻芯法。这五种方法在桩基验收普遍使用,技术和理论都得到认可。
这五种检测方法,各有各的适用范围。归纳如下(表1):
从表1可以看出对于桩基承载力检测主要有:高应变、静载、钻芯法,这三种检测方法都可以论证桩基承载力,而高应变对于承载力判定是否准确尚存争议,一般通过静载来验证。对于钻芯法,这主要针对端承灌注桩,主要通过桩底岩样的抗压和外形和结合桩身质量来判别其桩承力是否达到设计要求,但其存在一定片面性,因为对于桩抽的部位不同,对于其判定结果存在一定影响。静载是采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法,去判定桩的承载力。因此最直观、最可靠桩基承载力检测方法还是静载。
2. 静载检测方法及一般原理
2.1 检测方法:利用压重平台反力装置,采用快速维持荷载法。反力装置见下图1。荷载由油泵通过千斤顶施加于桩顶,采用千斤顶并联控制荷载的施加,千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。桩顶沉降量由位移传感器测得,全程采用静力荷载测试仪器自动采集数据,最后将原始数据进行室内资料整理。
2.2 检测步骤
(1)荷载分级:根据《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)加载分为10级进行,第一级取分级荷载2倍进行加载。
(2)试验加载方式,在广东地区大多采用快速维持荷载法。快速维持荷载法的试验步骤:
a.每级荷载施加后按第5、15、30min测读沉降量,以后每隔15min测读一次。
b.受检桩沉降相对收敛标准:最后15min时间间隔的桩顶沉降量小于相邻15min时间间隔的桩顶沉降量。
c.当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时,再施加下一级荷载;
d.卸载时,每级卸载量取分级荷载的2倍。每级荷载维持15 min,按第5、15 min测读桩顶沉降量;卸载至零后,应测读桩顶残余沉降量,维持时间2h。
(3)终止加载条件:
a.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载大于或等于前一级荷载作用下沉降量的5倍;
b.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载加上后24h尚未达到稳定标准;
c.当达到最大试验荷载。
图1(单位均为厘米)
图2 受压桩的典型破坏模式
(4)单桩竖向抗压极限承载力Qu可按下列方法综合分析确定;
a.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载大于或等于前一级荷载作用下沉降量的5倍,取此终止荷载前一级的荷载为极限荷载。
b.某级荷载作用下,桩顶沉降量大于或等于40mm,本级荷载加上后24h尚未达到稳定标准,取此终止荷载前一级的荷载为极限荷载。
c.当达到最大试验荷载,取此的荷载为极限荷载。
d.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所对应的荷载值。
e.根据沉降随时间变化的特征确定:取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。
3. 静载下桩的破坏模式的Q-s曲线特征
3.1 摩擦型桩(典型曲线Ⅰ):其主要特征是沉降较大,Q-s曲线中部弯折而尾部陡降。
3.2 端承型桩(典型曲线Ⅱ):其主要特征是承载力较高而沉降较小,始终保持接近于线性的关系,直到出现桩身破坏或桩底持力层破坏。
3.3 摩擦-端承型桩(典型曲线Ⅲ):其主要特征是曲线中部明显弯折而尾部降势缓慢并恢复近于线性的发展趋势。如图2所示。
4. 静载试验的检测实例
本部分主要列举一个实例均为试验时候出现异常,通过该试验,对其破坏的原因进行讨论。
实例1:佛山某工地412#工程桩,桩径500mm,桩长12.5m,试验极限荷载为4000kN.。该桩附近的地质概况为:2m素填土,1.5m淤泥层,4.5m粉质粘土,1 m全风化泥质粉砂岩,4.2m强风化泥质粉砂岩。该桩端承载力为强风化泥质粉砂岩。该桩为锤击预应力管桩,总锤击数量198,该桩通过小应变结果是 Ⅰ类桩。该桩检测结果如表2:
图3 单桩竖向抗压静载试验曲线图
试验加载到800kN(第二级)时,该桩总沉降量为2.27mm,当试验加载到1600kN(第四级)时,该桩总沉降量为3.77mm,当加载到2000kN(第五级)时,该桩总沉降量15.64mm,该桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。按照规范,该级可以终止试验,且通过Q-S、s-lgt 曲线分析,明显出现陡降。但为试验该桩的最终是否可以再利用,因此继续按原来分级试验,但每级不按收敛标准判断是否继续加载下一级。继续试验得出以上表2部分数据:
从规范去判断,该桩在第五级时已达到规范停止试验的要求,且通过曲线方法去判断,该桩极限承载力为1600kN。但从继续加载的情况下,在最后三级时s-lgt曲线已经平缓,该桩处在那几级的时候,承载力是可以达到相对应的荷载要求,从Q-S曲线总体分析,在最后三级,曲线尾部已停止陡降的趋势。因此本作者认为,该桩承载力是可以达到4000KN。
该桩为什么会出现这种曲线,有以下几个可能:
(1)桩身破坏可能性比较低,通过小应变的波形图,可知道该桩桩身没有出现严重问题,且桩身破坏的典型Q-S曲线与该试验的不类似,且其尾部不会出现平缓的现象。
(2)该工地打完桩到验桩的时间相隔已有五个多月,且其地下水位较高,可能出现上浮的现象,这类型的典型Q-S曲线与本此试验的曲线类似,因此有可能是这个原因,但存在一定区别,主要存在某一级的沉降量较大,很少出现连续几级沉降量较大的情况。
(3)该处桩的桩间距离较密,因此可能施打过程中,桩周体图体在打桩时受到过度挤密而产生的隆起、而导致附近的桩随之被挤起来,这类型的典型Q-S曲线与本此试验的曲线类似,但存在一定区别,主要存在某一级的沉降量较大,很少出现连续几级沉降量较大的情况。
(4)从地质条件看,地质报告里面有一层较薄全风化全风化泥质粉砂岩,这种岩芯特点遇水容易软化,且该层厚度小。因此打桩时候,桩端的持力层有可能为全风化泥质粉砂岩,打桩时该岩层的承载力是能达到设计要求,所以桩端承于该岩层。但随着时间增长,地表水通过桩渗进该岩层,使其岩层软化,在静载过程,在试验荷载达到1600 kN时,该桩慢慢刺穿该岩层,出现沉降量突然增大,当桩完全嵌入强风化泥质粉砂岩层时,沉降量增量慢慢减少,沉降随之减少。
从总体上分析,造成这种曲线出现应该是以上第4的结合的可能性较大。对于该桩是否可以继续使用,规范上没有明确表述,但按规范上判定该桩的极限承载力,该桩应为废桩。从继续试验得出曲线,该桩经过静载后,桩的承载力得到明显得提高,如果经过小应变检测其桩身完整性没发现问题和设计计算复核后,本作者认为该桩可以继续使用,但必须对于周边的桩继续加大扩检量,以复核该地区是否出现类似的情况。
5. 结论
通过对静载试验分析得到以下结论:
(1)对于地质较复杂的地区,因在打桩前要增加地质钻探数量。
(2)对于管桩的施打时候要严格监控。
(3)对于地下水位高的地区,且持力层遇水容易软化时,应该严格要求对桩进行复打。在打桩前,规范应强制做静载试验,看是否能达到要求。本作者建议,如果出现这种类型的地质条件,规范应明确增加静载试验的桩数,以避免质量事故的发生。
(4)对于规范应明确对于经过静载,部分不及格的桩,如果出现最后一级达到稳定标准的桩,可以经过设计复核,重新判定其极限承载力,并且可以继续使用该工程桩,而避免造成工程浪费。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
[2] 广东省标准《建筑地基基础检测规范》(DBJ15-60-2008)
[3] 广东省建设工程质量安全监督检测总站《工程桩质量检测技术培训教材》
[文章编号]1006-7619(2010)07-24-682