低温环境下桩基静载试验中的问题及处理方法

林海斌

(中国建材国际工程集团有限公司,上海 200063)

低温环境下桩基静载试验中的问题及处理方法

林海斌

(中国建材国际工程集团有限公司,上海 200063)

该文基于桩基检测工作的试验过程,将低温环境中桩基静载检测试验遇到的问题进行了分析和探讨,并提出相应的处理方法。

低温环境下; 桩基静载试验; 处理措施

随着国民经济建设的蓬勃发展,桩基在各类基础中的运用越来越广泛。由于桩基能将上部结构的荷载传到深层稳定的土层中去,从而大大减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降,所以桩基在住宅、高层建筑、重型厂房、桥梁等工程中被大量采用。

桩基工程属于隐蔽工程,桩基质量的好坏直接关系到建筑工程的安全问题,而且桩基一旦发生事故,加固操作处理起来难度也较大。因此,桩基试验检测就成为了桩基工程中的一个重要环节,也是工程领域的重大课题。

桩基工程在整个工程中地位十分重要,直接关系到整个工程的施工质量、施工进度以及施工安全,桩基承载力能否满足工程设计要求至关重要。而目前来讲,最可靠的承载力检测方法是静载试验。

高寒地区由于施工周期短,为保证工程进度,桩基静载实验有时会在低温环境中进行,这就为实验的准确性和可靠性带来了极大挑战。为实现基础工程的安全稳固,我们必须不断地改进桩基检测技术,不断地总结经验,以此来保证低温条件下静载检测的准确性。

1 桩基静载试验概述

桩基工程的质量检测,主要包括单桩极限承载力的检测和桩身完整性的检测。而针对这两方面的检测,到目前为止,发展起来的检测方法也比较多。既有传统的检测方法,也有新兴的检测技术。这些检测方法的理论基础比较成熟,检测手段适于实际操作,检测结果安全、可靠。在这些检测原理与方法中,用来检测单桩极限承载力的方法有静载试验法、高应变法、自平衡测试法,而桩身完整性的检测方法包括钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法。在实际的工程检测中,有的方法对桩基质量的两方面都可以进行检测。比如高应变法,既可用来判定单桩竖向极限承载力是否满足设计要求;又可以用来检测桩身缺陷及其所在位置,判定桩身完整性种类。有的方法可以用来对桩基工程或试验桩基进行扩大检测以验证检测结果的准确性。

1.1 单桩静载试验

单桩的静载试验是获得桩轴向抗压、抗拔以及横向承载力的最基本最可靠的方法。常规的静载试验通常有四种:单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔试验、单桩水平静载试验以及桩身自反力平衡测试法。该工程采用单桩竖向抗压静载试验法。

1.2 单桩竖向抗压静载试验

该试验用于检测单桩的竖向抗压承载力。对设计提供依据后的试验桩基,当桩基的承载力以桩身强度进行控制时,可按要求的加载量进行。对工程桩基抽样检测时,加载量不应小于设计要求的单桩承载力特征值的2倍。

1)试验原理

试验采用慢速维持荷载法分级对桩进行加载,加载反力装置可根据现场条件选择堆载配重平台反力装置,由高压油泵站带动千斤顶加载。荷载量由RS-JYB桩基静载荷测试分析系统进行控制或由高压油泵上的压力表度量,桩顶沉降量由位移传感器通过RS-JYB桩基静载荷测试分析系统测量或由百分表直接测量。

2)现场检测方法

试验桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。桩顶部宜高出试坑底面,试坑底面宜与桩承台底标高一致。混凝土桩头加固参照规范执行。对作为锚桩用的灌注桩和有接头的混凝土预制桩,检测前宜对其桩身完整性进行检测。

试验加卸载方式:

(1)加载应分级进行,采用逐级等量加载;分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10,其中第一级可取分级荷载的2倍。

(2)卸载应分级进行,每级卸载量取加载时分级荷载的2倍,逐级等量卸载。

(3)加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过该级增减量的10%。

为设计提供依据的竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法。

慢速维持荷载法试验步骤应符合下列规定:

(1)每级荷载施加后按第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min测读桩顶沉降量,以后每隔30 min测读一次。

(2)试桩沉降相对稳定标准:每1 h内的桩顶沉降量不超过0.1 mm,并连续出现两次(从每级荷载施加后第30 min开始,由三次或三次以上每30 min的沉降观测值计算)。

(3)当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时,再施加下一级荷载。

(4)卸载时,每级荷载维持1 h,按第5 min、15 min、30 min、60min测读桩顶沉降量。卸载至零后,应测读桩顶残余沉降量,维持时间为3 h,测读时间为5 min、15 min、30 min,以后每隔30 min测读一次。

施工后的工程桩验收检测宜采用慢速维持荷载法。

2 静载试验的重要性

2.1 静载试验是桩基理论、设计以及施工的关键环节阶段

桩基由于受到地质条件、施工因素以及自身性能等诸多因素的影响,所受荷载作用形成的情况千差万别,极其复杂。能否有效施工不仅对前期理论设计提出很大的技术要求,更对静载试验的准确性提出了相应的技术要求,桩基理论设计的修改、规范与完善都离不开试验的验证,同样试验亦离不开理论的指导。就桩基极限侧阻力和端阻力来说,需要考虑各种桩型施工工艺对承载力的影响,这些理论设计与现场试验互相渗透,也推动工程技术的发展。同时,检测试验过程中如果出现新的问题、新的情况,妥善地解决这些新问题、新情况,亦是桩基静载检测技术发展的必然要求。

2.2 桩基静载检测为基础设计提供实际依据

静载检测的目的之一就是检测桩所能承受荷载的能力,科学的验证设计理论,使设计者可以根据实验结果,进而针对当前的施工情况进行调整优化,在保证工程质量的大前提下,充分节约时间与资源,为桩基工程建设保驾护航。

2.3 桩基静载检测为新技术、新桩型的广泛应用提供了科学依据

为适应我国基础建设要求的不断提高,桩基施工技术同样也在不断革新发展,但是其具体效果必须经过静载检测得以验证,方可用于施工建设,同时也可以发现新技术的不足,督促其不断完善。

3 高寒地区桩基静载试验中出现的问题及对策

以中联水泥蒙古国水泥厂项目为例,该项目地处蒙古高原,每年只有4～10月,短短7个月的施工周期。过短的施工周期和寒冷的天气,给静载实验带来极大的挑战。静载试验装置,见图1。

3.1 配重的选择

由于项目所在地对于桩基检测没有规范要求,也就没有第三方检测单位,相应的检测设备和配重都需要自己解决。为保证工程质量,聘用国内有资质的检测单位实施检测,并使用现场的长条钢筋作为配重进行静载试验。由于该工程最小的桩基设计承载力都大于300 t,配重理论上要大于600 t,采用现场钢筋作为配重,避免了由于制造配重块而带来的不必要的浪费,同时节约了试验检测时间。

3.2 堆载平台中心要保持一致

在以堆载平台作为整个负载系统时,由于钢筋是一捆一捆吊装的,每捆约3～5 t,常常会因为钢筋堆载时的吨位持续叠加,难以控制堆载平台的中心,直接导致堆载平台出现偏心的状况。试验过程中,如果没有达到目标吨位,堆载平台就会被顶动向上,从而使平台的次梁局部悬空,压力无法顺利向上传导,该障碍会直接造成试验的中止。但是如果忽略这种情况,将可能出现堆载平台塌方的事故。因此,在堆载平台试验开始之前必须进行科学有效的评估,提出可行施工方案。通过对称吊装逐渐施加荷载,调整好配重的中心和平台中心的位置,尽可能使其保持一致,也消除了由于配重偏心导致的堆载平台失稳的安全隐患。

3.3 保持基准桩的稳定性

在进行桩基静载检测过程中,通常使用传感器测量桩顶的位移量。首先必须保证基准梁稳固,不受其他因素影响。堆载次梁会对地基产生压力,而这些压力对基准桩的稳定性会产生影响,尤其是大荷载堆载试验时通常会发生非常大的偏差,影响基准桩的稳定性。现场条件无法满足我们检测要求时,通常将基准桩打人较深土层,基准桩离被检测桩及支墩要达到一定的距离,减小因地表变动产生的不利影响,保持基准桩的稳定性。

3.4 解决千斤顶被“压死”的问题

堆载法是基桩静载试验中比较常见的检测方法。在施工过程中难免会遇到软土地基等诸多地质因素的影响,特别是加载较大配重时。如果在试验之前直接在软土地基上安装加载平台堆重,由于软土地基不能承受支墩压力,从而引发事故进导致平台倒塌,进一步造成安全事故。所以,在堆载平台安装之前,对于次梁与地基接触部分,各平铺2块9 m×3 m、厚度为25 mm的钢板,有效地分散了次梁传来的集中荷载。在千斤顶和主梁之间要预留足够的间隙,防止因为次梁沉降而导致的千斤顶被“压死”问题,从而出现过载现象。

3.5 极端低温环境下保证检测仪器正常工作

由于开工时间问题,堆载试验桩完成养护28 d后,已经进入12月,夜晚最低气温-30℃,白天最高气温5℃,而检测仪器工作范围是-10～45℃。为保证仪器的正常工作,深挖至桩顶设计标高处(-2.5 m),尺寸大小为2 m×2 m,漏出桩头,剃掉浮浆。布置好千斤顶、油泵、堆载平台,并使平台覆盖2 m×2 m坑面。在进行堆载前,在平台与坑面豁口处铺设双层工程棉毡,使坑外冷风尽可能吹不进去。为保证坑内夜间温度在-10℃以内,采取安放两台功率为1 200 k W的电暖气,并用电热毯裹住油泵导管。在正式加载前预热24 h,经实测坑内温度可以始终保持在-3℃左右,属于检测仪器的正常工作温度,这样可以使仪器、油泵、千斤顶正常工作,而不受气温的影响。

4 结 语

低温环境下桩基静载检测存在的问题是多变且特殊的,需要我们对实际出现的问题采取有效的手段加以解决,以严谨的科学态度,保证试验的准确,确保桩基工程的顺利进行。

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Problems and Treatment Methods of Vertical Ultimate Bearing Capacity Test for Pile in Low Temperature Environment

LIN Hai-bin
(China Triumph International Engineering Group Co,Ltd,Shanghai 200063,China)

Based on the experience of vertical ultimate bearing capacity test for single pile,the article will analyze and discuss some problems on such pile test which was hold In low temperature environment,and find out some relative treatment methods.

low temperature environment; ultimate bearing capacity test for single pile;treatment methods

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.05.015

2015-07-01.

林海斌(1979-),工程师.E-mail:ivonleom@126.com