論樁基檢測技術

游昌海 文四旭

摘 要:樁基礎是最古老的基礎形式之一,我國早在漢朝已有運用樁基礎的先例。隨著工程建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展,樁基礎在高層建筑、橋梁、重型廠房、港口、碼頭、海上采油平臺,以及核電站等大型工程中大量采用。本文對樁基礎工程檢測的兩種方法做了簡單介紹,從傳統(tǒng)的靜載試驗檢測方法到動力檢測法。

關鍵詞:樁基靜載動力檢測

中圖分類號:TU37 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0048-02

1樁基靜載試驗

長期以來,靜載試驗是人們確定樁基工程質量的主要手段。樁的靜載試驗是獲得樁軸向抗壓、抗拔以及橫向承載力的最基本、最可靠的方法。

1.1 單樁豎向抗壓靜載試驗

試驗方法分慢速維持荷載法和快速荷載維持法,其中:為設計提供依據的豎向抗壓靜載試驗應采用慢速維持荷載法;工程樁驗收也應采用慢速維持荷載法;當有成熟經驗時,可采用快速維持荷載法。

1.1.1 加載方式

(1)加載應分級加載,采用逐級等量加載方式;分級荷載宜為最大加載量的1/10,其中第一級可取分級荷載的2倍。

(2)卸載應分級進行,每級卸載量取分級加載的2倍,逐級等量卸載。

(3)加、卸載時應使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊,每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%。

1.1.2 慢速荷載維持法

(1)持續(xù)時間。

《建筑基樁檢測技術規(guī)范》(JGJ106-2003):每級加載后,第1h內按第5、15、30、45、60min各測讀一次,當沉降速率達到相對穩(wěn)定標準時,進行下一次加載。卸載時,每級荷載維持1h,第5、15、30、60min共測讀四次,卸載至零時,測讀殘余沉降量為3h。

(2)沉降相對穩(wěn)定標準。

《建筑基樁檢測技術規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定,每小時沉降量不超過0.1mm,且連續(xù)出現兩次(由1.5h三次30min測讀值計算)。

(3)終止加載條件。

某級荷載作用下,樁頂沉降量大于前一級荷載作用下的5倍;某級荷載作用下,樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量得2倍,且經24h尚未達到相對穩(wěn)定要求標準;已達到設計要求的最大加載量;當荷載～沉降曲線呈緩變形時,可加載至樁頂總沉降量60mm～80mm;在特殊情況下,可根據要求加載至樁頂累計沉降量超過80mm;當工程樁作錨樁時,錨樁上拔量已達到允許值。

1.2 單樁豎向抗拔靜載試驗

單樁豎向抗拔靜載試驗應采用慢速維持荷載法,可采用多循環(huán)加、卸載方法。試驗中仔細觀察樁身混凝土開裂情況。

終止加載條件有以下幾點。

(1)達到設計要求的最大加載量且上拔量達到相對穩(wěn)定。

(2)試樁在某級荷載作用下的上拔量大于前一級荷載上拔量得5倍。

(3)抗拔試驗試樁的鋼筋抗拉強度標準值的0.9倍。

(4)樁頂累計上拔量超過100mm。

對于抗拔樁,在荷載不大時發(fā)生5倍的陡增,不宜停止加載。當樁身出現多條環(huán)向裂隙后,其樁頂位移可能會出現突變,非達到樁側土的極限抗拔力。

樁頂上拔荷載達到鋼筋強度標準值的0.9倍可終止加載,但并非一定要終止加載。

1.3 單樁水平靜載試驗

1.3.1 加載方法

單樁水平靜載試驗方法:單向多循環(huán)加載法、慢速維持荷載法。

單向多循環(huán)加載,目的是為了模擬實際結構的受力形式。單向多循環(huán)加載法的分級荷載應小于預估水平極限承載力或最大試驗荷載的1/10。每級荷載施加后,恒載4min后可測讀水平位移,然后卸載至零,停2min測讀殘余水平位移,至此完成一個加卸載循環(huán)。如此循環(huán)5次,完成一級荷載的位移觀測。試驗不得中間停頓。為了消除試驗體系的一些誤差因素,以獲得確切反應樁性能的數據,計算位移梯度時應取第5循環(huán)。

1.3.2 終止加載條件

水平試驗達到設計要求的最大加載量或最大水平位移;水平試驗當樁身折斷或水平位移大于30mm～40mm。

2動力檢測

樁的動力測試在我國已發(fā)展多年,近幾年來動測法試樁的數量在不斷增長。隨著測試技術的提高,試樁結果的可靠性也大大地在提高,可以將測試結果作為設計或現場檢驗的依據,大量的工程實踐證明,動測法有效的填補了靜力試樁的不足,滿足了樁基工程發(fā)展的需要。

2.1 低應變動力檢測

低應變法是以應力波在樁身中的傳播特征為理論基礎的一種方法。該方法假定樁為連續(xù)彈性的一維均質桿件,測試時在樁頂豎向激振,彈性波沿著樁身向下傳播,當樁身存在明顯的波阻抗差異界面(即樁身存在缺陷時,如斷裂、縮徑、夾泥、離析或遇樁底土層)或樁身截面積發(fā)生變化時,將產生反射波,經接收、放大、慮波、數據處理,可識別來自不同部位的反射信息。通過對反射信號進行分析計算,判斷樁身混凝土的完整性,判定樁身缺陷的程度及其位置。

由于人們已經掌握了極微弱振動的檢測技術,而檢測的目的僅僅在于樁身的完整性,為了檢測的方便和避免樁周圍的土阻力作用,通常只需要直接利用人力在樁頂施加不大的脈沖力就可。

常用的激振方式就是直接利用人力揮動小手錘進行敲擊,或用稍重一些的力棒下落,錘體質量一般在0.5kg～5kg范圍內,引起的沖擊力2kN～20kN,應力波脈寬0.5～2;激發(fā)的樁身應變小于2×10-6,樁頂加速度一般不超過50,速度不超過,位移不超過0.01mm。近年來,為了檢測較長的樁,開始采用較重的力棒,質量可達到10kg左右,引發(fā)的樁頂響應有時會超過上述范圍。

基本的測振方式則是在樁頂選定的位置安放1個傳感器來檢測該點的軸向振動。由于加速度、速度、動位移三個參量可以通過微積分關系相互轉換,檢測者只需要選其中一項就可。

2.2 高應變動力檢測

所謂高應變動力檢測,廣義地講,是指所有能使樁土間產生永久變形(或較大動位移)的動力檢測基樁承載力的方法。毋庸置疑,這類方法要求給樁土系統(tǒng)施加較大能量的瞬時荷載,以保證土間產生一定的相對位移。

常常采用高能量的沖擊荷載來考核樁土體系。一般來說,沖擊下的樁身瞬時動應變峰值要和靜荷載試驗至極限承載力時靜應變值大體相等。在這種情況下,無嚴重缺陷的樁身應變仍處在其彈性工作范圍內,但樁周的土體則必須進入充分的非彈性工作階段,樁和樁周土之間出現剪切破裂面,從而激發(fā)出樁周土對樁所能提供的全部靜阻力作用。因此,高應變檢測實際上是利用快速施加的動荷載取代了緩慢的靜荷載,本質上應屬于荷載試驗的范疇。

另一方面,實測樁頂附近某個選定截面的動力狀態(tài)。為了滿足理論分析的需要,方法要求必須至少設法獲得一個截面的平均軸向內力和平均軸向運動速度;實際的測點照例設置在距離樁頂以下不遠處的某個選定的截面上;樁身的受力一般通過實測的截面應變換算,而運動速度則通過實測的加速度換算;為了消除樁身在偏心沖擊力作用下的彎曲影響,至少需要設置應變計和加速度計各一對。

分析計算的原理還是一維波動理論。高應變法所施加的錘擊力和低應變法有明顯的不同,不僅幅值要大許多,脈寬也要增大許多;但只要樁長不是太短,在樁身中仍可以觀察到應力波的傳播過程,仍然可以把樁身受力看作短暫的脈沖應力波作用而應用波動理論。得益于波動理論的幫助,高應變法的分析將獲得土阻力和樁身阻抗沿樁長的分布情況,并在此基礎上獲得樁周土體對整樁的全部靜阻力總和。由于錘擊力的作用在樁頂的分布相對比較均勻,而整個分析計算又只考慮檢測截面以下的樁身,高應變法可完全不考慮三位應變狀態(tài)。

采用動力試樁有明顯的技術和經濟效果,它與傳統(tǒng)的靜荷載試驗相比較,無論在試驗設備、測試效率、工作條件或試驗經費上均占明顯的優(yōu)越性。

3結語

樁基礎是主要的基礎形式之一,而且隨著高層建筑的層高增加,或結構體系復雜、層數相差懸殊的建筑以及地下空間的開發(fā)利用越來越廣泛,樁基礎是許多建筑物的首選或必選基礎形式。因此,對樁基礎的檢測是非常重要的課題。隨著各種技術經濟指標更好而施工工藝更加復雜的新型樁的出現,單一的靜載試驗法無法滿足樁基工程質量診斷要求,將波動技術應用與樁基檢測中,對樁基工程的發(fā)展起了較大的推動作用。應該說,隨著新技術的出現,樁基工程的質量診斷技術已發(fā)展成為一門內容豐富而自成體系的應用學科。全面審視我們目前已經擁有的各種手段并合理的加以利用,顯然是一件具有重大現實意義的工作。

參考文獻

[1] 李德慶,李澄宇,李澄海.樁基工程質量的診斷技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 羅騏先,王五平.樁基工程檢測手冊[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3] 左名麒,胡人禮,毛洪淵.樁基礎工程[M].北京:中國鐵道出版社,1996.