游昌海 文四旭
摘 要:樁基礎(chǔ)是最古老的基礎(chǔ)形式之一,我國(guó)早在漢朝已有運(yùn)用樁基礎(chǔ)的先例。隨著工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,樁基礎(chǔ)在高層建筑、橋梁、重型廠房、港口、碼頭、海上采油平臺(tái),以及核電站等大型工程中大量采用。本文對(duì)樁基礎(chǔ)工程檢測(cè)的兩種方法做了簡(jiǎn)單介紹,從傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)檢測(cè)方法到動(dòng)力檢測(cè)法。
關(guān)鍵詞:樁基靜載動(dòng)力檢測(cè)
中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(a)-0048-02
1樁基靜載試驗(yàn)
長(zhǎng)期以來,靜載試驗(yàn)是人們確定樁基工程質(zhì)量的主要手段。樁的靜載試驗(yàn)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(yàn)
試驗(yàn)方法分慢速維持荷載法和快速荷載維持法,其中:為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的豎向抗壓靜載試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法;工程樁驗(yàn)收也應(yīng)采用慢速維持荷載法;當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí),可采用快速維持荷載法。
1.1.1 加載方式
(1)加載應(yīng)分級(jí)加載,采用逐級(jí)等量加載方式;分級(jí)荷載宜為最大加載量的1/10,其中第一級(jí)可取分級(jí)荷載的2倍。
(2)卸載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行,每級(jí)卸載量取分級(jí)加載的2倍,逐級(jí)等量卸載。
(3)加、卸載時(shí)應(yīng)使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊,每級(jí)荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級(jí)荷載的±10%。
1.1.2 慢速荷載維持法
(1)持續(xù)時(shí)間。
《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003):每級(jí)加載后,第1h內(nèi)按第5、15、30、45、60min各測(cè)讀一次,當(dāng)沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),進(jìn)行下一次加載。卸載時(shí),每級(jí)荷載維持1h,第5、15、30、60min共測(cè)讀四次,卸載至零時(shí),測(cè)讀殘余沉降量為3h。
(2)沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。
《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)規(guī)定,每小時(shí)沉降量不超過0.1mm,且連續(xù)出現(xiàn)兩次(由1.5h三次30min測(cè)讀值計(jì)算)。
(3)終止加載條件。
某級(jí)荷載作用下,樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下的5倍;某級(jí)荷載作用下,樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量得2倍,且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定要求標(biāo)準(zhǔn);已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量;當(dāng)荷載~沉降曲線呈緩變形時(shí),可加載至樁頂總沉降量60mm~80mm;在特殊情況下,可根據(jù)要求加載至樁頂累計(jì)沉降量超過80mm;當(dāng)工程樁作錨樁時(shí),錨樁上拔量已達(dá)到允許值。
1.2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)
單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法,可采用多循環(huán)加、卸載方法。試驗(yàn)中仔細(xì)觀察樁身混凝土開裂情況。
終止加載條件有以下幾點(diǎn)。
(1)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量且上拔量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。
(2)試樁在某級(jí)荷載作用下的上拔量大于前一級(jí)荷載上拔量得5倍。
(3)抗拔試驗(yàn)試樁的鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍。
(4)樁頂累計(jì)上拔量超過100mm。
對(duì)于抗拔樁,在荷載不大時(shí)發(fā)生5倍的陡增,不宜停止加載。當(dāng)樁身出現(xiàn)多條環(huán)向裂隙后,其樁頂位移可能會(huì)出現(xiàn)突變,非達(dá)到樁側(cè)土的極限抗拔力。
樁頂上拔荷載達(dá)到鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)
1.3.1 加載方法
單樁水平靜載試驗(yàn)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(shí)際結(jié)構(gòu)的受力形式。單向多循環(huán)加載法的分級(jí)荷載應(yīng)小于預(yù)估水平極限承載力或最大試驗(yàn)荷載的1/10。每級(jí)荷載施加后,恒載4min后可測(cè)讀水平位移,然后卸載至零,停2min測(cè)讀殘余水平位移,至此完成一個(gè)加卸載循環(huán)。如此循環(huán)5次,完成一級(jí)荷載的位移觀測(cè)。試驗(yàn)不得中間停頓。為了消除試驗(yàn)體系的一些誤差因素,以獲得確切反應(yīng)樁性能的數(shù)據(jù),計(jì)算位移梯度時(shí)應(yīng)取第5循環(huán)。
1.3.2 終止加載條件
水平試驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量或最大水平位移;水平試驗(yàn)當(dāng)樁身折斷或水平位移大于30mm~40mm。
2動(dòng)力檢測(cè)
樁的動(dòng)力測(cè)試在我國(guó)已發(fā)展多年,近幾年來動(dòng)測(cè)法試樁的數(shù)量在不斷增長(zhǎng)。隨著測(cè)試技術(shù)的提高,試樁結(jié)果的可靠性也大大地在提高,可以將測(cè)試結(jié)果作為設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的依據(jù),大量的工程實(shí)踐證明,動(dòng)測(cè)法有效的填補(bǔ)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(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)
低應(yīng)變法是以應(yīng)力波在樁身中的傳播特征為理論基礎(chǔ)的一種方法。該方法假定樁為連續(xù)彈性的一維均質(zhì)桿件,測(cè)試時(shí)在樁頂豎向激振,彈性波沿著樁身向下傳播,當(dāng)樁身存在明顯的波阻抗差異界面(即樁身存在缺陷時(shí),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(shí),將產(chǎn)生反射波,經(jīng)接收、放大、慮波、數(shù)據(jù)處理,可識(shí)別來自不同部位的反射信息。通過對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)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(jīng)掌握了極微弱振動(dòng)的檢測(cè)技術(shù),而檢測(cè)的目的僅僅在于樁身的完整性,為了檢測(cè)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(dòng)小手錘進(jìn)行敲擊,或用稍重一些的力棒下落,錘體質(zhì)量一般在0.5kg~5kg范圍內(nèi),引起的沖擊力2kN~20kN,應(yīng)力波脈寬0.5~2;激發(fā)的樁身應(yīng)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(cè)較長(zhǎng)的樁,開始采用較重的力棒,質(zhì)量可達(dá)到10kg左右,引發(fā)的樁頂響應(yīng)有時(shí)會(huì)超過上述范圍。
基本的測(cè)振方式則是在樁頂選定的位置安放1個(gè)傳感器來檢測(cè)該點(diǎn)的軸向振動(dòng)。由于加速度、速度、動(dòng)位移三個(gè)參量可以通過微積分關(guān)系相互轉(zhuǎn)換,檢測(cè)者只需要選其中一項(xiàng)就可。
2.2 高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)
所謂高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè),廣義地講,是指所有能使樁土間產(chǎn)生永久變形(或較大動(dòng)位移)的動(dòng)力檢測(cè)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(shí)荷載,以保證土間產(chǎn)生一定的相對(duì)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(shí)動(dòng)應(yīng)變峰值要和靜荷載試驗(yàn)至極限承載力時(shí)靜應(yīng)變值大體相等。在這種情況下,無嚴(yán)重缺陷的樁身應(yīng)變?nèi)蕴幵谄鋸椥怨ぷ鞣秶鷥?nèi),但樁周的土體則必須進(jìn)入充分的非彈性工作階段,樁和樁周土之間出現(xiàn)剪切破裂面,從而激發(fā)出樁周土對(duì)樁所能提供的全部靜阻力作用。因此,高應(yīng)變檢測(cè)實(shí)際上是利用快速施加的動(dòng)荷載取代了緩慢的靜荷載,本質(zhì)上應(yīng)屬于荷載試驗(yàn)的范疇。
另一方面,實(shí)測(cè)樁頂附近某個(gè)選定截面的動(dòng)力狀態(tài)。為了滿足理論分析的需要,方法要求必須至少設(shè)法獲得一個(gè)截面的平均軸向內(nèi)力和平均軸向運(yùn)動(dòng)速度;實(shí)際的測(cè)點(diǎn)照例設(shè)置在距離樁頂以下不遠(yuǎn)處的某個(gè)選定的截面上;樁身的受力一般通過實(shí)測(cè)的截面應(yīng)變換算,而運(yùn)動(dòng)速度則通過實(shí)測(cè)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(shè)置應(yīng)變計(jì)和加速度計(jì)各一對(duì)。
分析計(jì)算的原理還是一維波動(dòng)理論。高應(yīng)變法所施加的錘擊力和低應(yīng)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(zhǎng)不是太短,在樁身中仍可以觀察到應(yīng)力波的傳播過程,仍然可以把樁身受力看作短暫的脈沖應(yīng)力波作用而應(yīng)用波動(dòng)理論。得益于波動(dòng)理論的幫助,高應(yīng)變法的分析將獲得土阻力和樁身阻抗沿樁長(zhǎng)的分布情況,并在此基礎(chǔ)上獲得樁周土體對(duì)整樁的全部靜阻力總和。由于錘擊力的作用在樁頂?shù)姆植枷鄬?duì)比較均勻,而整個(gè)分析計(jì)算又只考慮檢測(cè)截面以下的樁身,高應(yīng)變法可完全不考慮三位應(yīng)變狀態(tài)。
采用動(dòng)力試樁有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果,它與傳統(tǒng)的靜荷載試驗(yàn)相比較,無論在試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試效率、工作條件或試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)上均占明顯的優(yōu)越性。
3結(jié)語(yǔ)
樁基礎(chǔ)是主要的基礎(chǔ)形式之一,而且隨著高層建筑的層高增加,或結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、層數(shù)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(chǔ)是許多建筑物的首選或必選基礎(chǔ)形式。因此,對(duì)樁基礎(chǔ)的檢測(cè)是非常重要的課題。隨著各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更好而施工工藝更加復(fù)雜的新型樁的出現(xiàn),單一的靜載試驗(yàn)法無法滿足樁基工程質(zhì)量診斷要求,將波動(dòng)技術(shù)應(yīng)用與樁基檢測(cè)中,對(duì)樁基工程的發(fā)展起了較大的推動(dòng)作用。應(yīng)該說,隨著新技術(shù)的出現(xiàn),樁基工程的質(zhì)量診斷技術(shù)已發(fā)展成為一門內(nèi)容豐富而自成體系的應(yīng)用學(xué)科。全面審視我們目前已經(jīng)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(xiàn)實(shí)意義的工作。
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