自平衡試樁法在基樁檢測中的應(yīng)用

摘要：近年來隨著建筑業(yè)技術(shù)的不斷更新，越來越多的建筑體量朝著超大規(guī)模發(fā)展，作為基礎(chǔ)的樁基也向著高承載力、超長樁方向不斷邁進(jìn)，試驗噸位的加載難度己使得基樁的靜載試驗根本無法進(jìn)行。作為一種新興的單樁承載力測試技術(shù)-自平衡試樁法，在測試技術(shù)上凸顯出的優(yōu)越性，已使其在一定程度上得到了檢測行業(yè)的認(rèn)可和推廣。

關(guān)鍵詞：自平衡；基樁檢測

樁基礎(chǔ)是人類在軟弱地基上建造建筑物的一種創(chuàng)造，具有抗地震性能好、沉降小、承載力高和可以解決特殊地基土承載力的優(yōu)點。近年來，隨著工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，在橋梁、高層建筑、重型廠房、港口碼頭、海上采油平臺等工程中大量采用樁基礎(chǔ)，例如上海建造的超高層建筑88的層金茂大廈，已經(jīng)采用了80多米長的鋼管樁，從而要求檢測業(yè)不斷加強檢測頻率、檢測方法。

1 樁基檢測發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1 樁基檢測技術(shù)方法

由于樁基廣泛應(yīng)用于市政、交通、水利、房屋建筑等各項工程領(lǐng)域，又是構(gòu)筑物的重要組成部分，對工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量起著相當(dāng)重要的作用。所以樁基檢測已引起社會各界的高度重視。通過樁基檢測對單樁承載力和樁身質(zhì)量等內(nèi)容進(jìn)行全面評價，以便及時對不合格樁采取補強措施。

在我國樁基檢測技術(shù)作為一門新興行業(yè)，起源于20世紀(jì)80年代末，當(dāng)時的檢測方法主要采用聲波透射法來抽檢。目前，通過國內(nèi)外許多學(xué)者、研究人員和工程技術(shù)人員在不同的途徑進(jìn)行探索和實踐，發(fā)展了很多基樁承載力檢測的方法，大致可分為三大類:靜荷載試驗、動力檢測技術(shù)和靜-動聯(lián)合的試驗方法，包括①靜荷載試驗(錨樁法、堆載法、錨樁-堆載法);②低應(yīng)變動力測試(動力參效法、機械阻抗法、共振法、水電效應(yīng)法、瞬態(tài)導(dǎo)納調(diào)整系數(shù)法等);③高應(yīng)變動力測試(動力打樁公式、錘擊貫入法、實測曲線擬合法等);④靜-動試樁法。這些方法已經(jīng)在大量的工程實踐中得到了應(yīng)用，并取得了一定的成果。

1.2 樁基檢測面臨的問題

盡管試樁方法種類較多、發(fā)展也較為完善，但各個方法都存在一定的缺陷和不足。多年來的樁基工程靜、動檢測研究和工程實踐表明，目前國內(nèi)外的動力檢測方法精度還較低并帶有一定經(jīng)驗成份，還是一種處于發(fā)展階段的新興技術(shù)，尚在不斷完善之中，只能是靜載試驗的一種補充，可作為工程樁驗收的手段之一，還不能代替樁的靜載試驗。而面對近年來大跨度、高層建筑工程的不斷發(fā)展，限于特殊的地質(zhì)條件，為提高單樁極限承載能力、減小樁基沉降量，樁基工程出現(xiàn)了兩個大的特點:一是超大噸位，二是超長。很多工程單樁設(shè)計承載力超過幾萬千牛，且還在不斷提高，現(xiàn)有的方法都已不能檢測其承載力，而且超長樁的理論研究表明，動力測樁技術(shù)已經(jīng)不再適用，這為我國基樁承載力檢測技術(shù)提出了更高的要求。為此，迫切需要探索研究一種新的試驗方法來解決目前試樁方法所面臨的困境。

2 自平衡測試法

2.1 自平衡測試法的試驗原理

美國西北大學(xué)教授Jorj.o.osterberg于20世紀(jì)80年代中期開展了樁承載力自平衡試驗方法的研究，稱其為Osterberg試樁法，也稱為樁端加載試樁法。目前此法己在美、日、加拿大、菲律賓、新加坡等10國及我國香港、臺灣等地廣泛應(yīng)用，并成功應(yīng)用于鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、管樁、沉管灌注樁中。

該法的基本出發(fā)點是利用樁自身反力平衡原則，加載設(shè)備采用特別設(shè)計的荷載箱，它與鋼筋籠焊接在一起后安裝在樁身的合理部位，荷載箱位移方向與樁身軸線夾角不小于5°，同時將高壓油管和位移棒引到地面。試驗時，在地面上用高壓油泵通過高壓油管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力，隨著壓力逐漸增加，箱頂與箱底被推開，荷載箱上下分離，產(chǎn)生向上和向下的推力，漸漸促使上段樁的樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮和下段樁的樁周土的側(cè)阻力和樁端土的端阻力的發(fā)揮。隨著荷載箱壓力的不斷增大，直至試樁破壞，達(dá)到樁的極限承載能力狀態(tài)。自平衡測試法最終目的是建立單樁樁頂?shù)腝-S曲線，并依據(jù)傳統(tǒng)靜載試驗Q-S曲線的數(shù)據(jù)分析方法，判定單樁的極限承載力。

2.2 自平衡測試法的測試系統(tǒng)

自平衡測試法的主要裝置是荷載箱，根據(jù)樁型、樁徑、截面尺寸和荷載大小等因素分別設(shè)計制作。荷載箱主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成，其它設(shè)備還包括電動高壓油泵、電子百分表、數(shù)據(jù)采集儀等。

樁基加載系統(tǒng)采用荷載箱，通過高壓油泵輸油加載，試樁的位移量測采用電子百分表。可歸納為加載系統(tǒng)、位移測試系統(tǒng)、內(nèi)力測試三大系統(tǒng)。荷載箱加載時，電子百分表對樁頂位移、荷載箱向上、向下位移進(jìn)行量測記錄。經(jīng)應(yīng)變儀與電腦相聯(lián)，由電腦控制量測并在電腦屏幕上實時顯示(Q-S)曲線和(S-lgT)曲線和(S-lgQ)曲線。

軸向應(yīng)力測試系統(tǒng)采用的儀器設(shè)備為振弦式鋼筋應(yīng)力計和頻率接收儀基樁自平衡試驗開始后，荷載箱產(chǎn)生的荷載沿著樁身軸向往上、往下傳遞。假設(shè)基樁受荷后，樁身結(jié)構(gòu)完好(無破損，混凝土無離析、斷裂現(xiàn)象)，則在各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量，通過量測預(yù)先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋計，可以實測到各鋼筋應(yīng)力計在每級荷載作用下所得的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，可以推出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，相應(yīng)樁截面微分單元內(nèi)的應(yīng)變量亦可求得。由此便可求得在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力值及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。

2.3 自平衡測試法的試驗方法

2.3.1 試驗加載方式

試驗采用慢速維持荷載法。逐級加載，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級加載，直至試樁破壞，然后分級卸載至零。若僅對工程樁做檢驗性試驗，考慮縮短試驗時間，可采用快速維持荷載法，初始加載量為預(yù)估極限承載力的5%，每級加載后分1、2、4、8min各測讀1次，然后進(jìn)行下一級加載，直到加至預(yù)估極限荷載。卸載階段應(yīng)至少有四級荷載一位移數(shù)據(jù)點。以下為慢速維持荷載法試驗規(guī)則。

根據(jù)工程要求，可進(jìn)行多次加卸載循環(huán)，且最后一次循環(huán)之前的加載量應(yīng)控制在設(shè)計極限荷載70%以下。

2.3.2 加卸載及位移觀測

①加載分級 每級加載為預(yù)估極限荷載的1/10-1/15，當(dāng)樁端埋入巨粒土、粗粒土以及堅硬的粘性土中時，第一級可按2倍分級荷載施加。

②位移觀測 每級加載完畢后第一小時每隔15min測讀一次，以后每隔30min測讀一次。

③位移相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 在每級荷載作用下，若樁身位移量在每小時內(nèi)小于0.lmm，或試樁的位移速率隨未達(dá)到小于0.1m/h，但在連續(xù)觀測的30min位移量中，出現(xiàn)相鄰三次平均位移速率(由1.5小時內(nèi)連續(xù)觀測的4次位移量計算)呈現(xiàn)衰減，即可認(rèn)為該級荷載的位移已經(jīng)穩(wěn)定。

2.3.3終止加載條件 當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載:總位移量雖未達(dá)到40mm，但已達(dá)到極限加載能力或試驗規(guī)定荷載;總位移量大于或等于40mm，本級荷載下的位移量大于或等于前一級荷載下位移量的5倍;總位移量大于或等于40mm，本級荷載下位移24h未達(dá)穩(wěn)定;總位移量達(dá)到40mm，繼續(xù)增加二級或二級以上荷載仍無陡變。

2.3.4 卸載與卸載回彈觀測

卸載分級為加載分級的2倍，每級卸載后每隔15min測讀一次殘余沉降，讀兩次后，隔30min再讀一次，即可卸下一級荷載，全部卸載后隔3-4h再讀一次。

2.4 自平衡測試法的優(yōu)勢

該測試方法裝置較簡單，試驗方便，費用低，不占用場地，不需運入數(shù)百噸或數(shù)千噸物料，不需構(gòu)筑笨重的反力架，并可多根樁同時測試，試樁準(zhǔn)備工作省時、省力、安全，尤其適合于超大荷載樁基。當(dāng)設(shè)置傳統(tǒng)的堆載平臺或錨樁反力架特別困難或特別花錢時，該法更顯示其優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

隨著城市高樓大廈、大跨度橋梁、火力發(fā)電廠等一些高大建筑物的建設(shè)發(fā)展，對承載力要求越來越高，傳統(tǒng)靜載試驗費時、費力、試驗費用高且對試驗場地有著極高的要求，已逐漸滿足不了行業(yè)的需要，作為一種新興的單樁極限承載力測試技術(shù)-自平衡試樁法，它所凸現(xiàn)的優(yōu)越性，已使之成為公認(rèn)的進(jìn)行基樁靜荷載試驗的首選方法，相信隨著自平衡測試技術(shù)及理論研究的不斷完善，必將有著廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]《樁基工程手冊》編寫委員會.樁基工程手冊. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.

[2]劉利民，舒翔，熊巨華.樁基工程的理論進(jìn)展與工程實踐[M]. 北京：中國建材工業(yè)出版社，2002.

[3]劉金礪.樁基設(shè)計與計算[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994.

[4]徐風(fēng)云，黃文機.樁承載力自平衡法存在的幾個關(guān)鍵問題[J].公路.2005.