大直径深桩基中自平衡检测技术的应用

2018-06-13朱皓

建材与装饰 2018年28期

朱皓

（广西壮族自治区建筑工程质量检测中心广西南宁 530005）

自平衡检测属静力试桩范畴，近年来在很多国家得以广泛应用，具有设备简单、场地限制小、物料投入少、施工效率块等优势，在复杂条件下的桩基试验检测中十分适用。

1 工程概况

某地铁工程B、C标段属地面高架段，总长6km左右。其下部结构为钻孔摩擦桩，不仅数量较大，而且桩身长。尤其是工程标志性建筑，其主塔基础为65m长，直径为1800mm的桩基，受力情况复杂。为切实满足承载力方面的要求，项目建设单位与设计单位通过试桩对桩基的承载力进行验证，以此确定最佳的桩长，最终为设计提供可靠参考依据。

2 自平衡检测

2.1 检测原理

自平衡检测是竖向抗压桩具体工作情况相近的检测技术。其装置为荷载箱，按桩基种类、尺寸、荷载等为依据进行制作。桩身指定位置安装荷载箱，在试验检测过程中在地面实施加压，伴随压力不断增大，箱体将产生分离，通过桩身加载，对桩侧与桩端的摩阻力进行调整，到处于极限状态为止。在荷载箱当中，压力使用压力表进行测定，而位移则用位移计进行测定。得到试验数据后，绘制荷载与位移的关系曲线，进一步推断出桩顶荷载和位移的关系曲线，以此确定极限承载力[1]。

2.2 检测装置

2.2.1 加载装置

采用有效行程为15cm的环形荷载箱，其加压值可以达到60MPa，配置高压油泵，加压单位为0.4MPa。

2.2.2 位移传感器

在桩基布置位移传感器，其量程不能低于50mm，采用磁性表座将其与基准钢梁连接、固定，传感器共布置8只。其中3只对向上位移进行量测，3只对向下位移进行量测，另外2只对桩顶的向上位移进行量测。荷载箱上板和下板之间应设置位移计，对两者的相对变位进行测量。

2.2.3 应力量测

桩身的轴力用应变计进行量测，主要设置在岩土分界处，以对称的形式在桩身上布置4个，取其平均值。此外，桩端还应设置压力计，用于量测桩端的实际反力。

2.3 检测方法

在检测过程中，将荷载箱埋设到桩中，和钢筋笼连接后设在平衡点处，同时将位移棒与油管同时引出至地面。在桩顶采用油泵给荷载箱持续充油，向荷载箱的内腔不断施加压力，使荷载箱的顶、底部分离，分别产生上、下推力，调动桩侧、桩端摩阻力予以维持加载[2]。

2.4 荷载传递

在自平衡检测开始以后，荷载将在桩身轴线上传递。桩受到荷载后，未发生断裂、离析与破损，则混凝土应变将与钢筋应变相等，采用预先设置在庄重的应变计，则能测得不同荷载条件下的应变，确定不同荷载条件下各桩截面的轴力、摩阻力及其与荷载、深度之间的关系，即传递规律。

2.5 检测步骤

2.5.1 加载

以较慢的速度持续加载。①成桩至试验间隙时间：桩身实际强度满足设计规定应达到15d以上；②因试桩吨位相对较大，所以每级加载取极限承载力的1/15，第一级为极限承载力的2/15，卸载的每级荷载按1/3控制；③在每级加载以后，每 5min、15min、30min、45min、60min 分别测量、读取一次，之后即可按照30min的时间间隔进行测读。传感器与计算机直接相连，由计算机对测读进行控制，并显示出相应的关系曲线[3]。

2.5.2 终止加载的条件

（1）当实际位移量不少于40mm，且该级荷载对应的下沉量不少于之前一级荷载实际下沉量5倍时，停止加载。将停止加载时的前一级荷载作为桩基的极限荷载。

（2）当实际位移量不少于40mm，且该级荷载施加后在24h内保持稳定时，停止加载。将停止加载时的前一级荷载作为桩基的极限荷载。

（3）当实际位移量在40mm以内，且荷载值不小于设计值与安全系数的乘积时，停止加载，将该级荷载作为桩基的极限荷载。

2.5.3 卸载

（1）在卸载时，必须分级进行，一般分成五级。在卸完一级荷载后，应对桩顶实际回弹量进行检测，具体的观测方法和沉降观测完全相同。在回弹量趋于稳定后，对下一级荷载进行卸除。

（2）在卸载至无荷载后，应在最开始的0.5h以内，按15min的时间间隔进行观测。

2.6 检测结果

本工程所选3处试桩的参数为：①1#试桩：桩径为1.8m，采用C25混凝土，桩长为65m，预计加载值为33200kN，桩底和荷载箱之间的距离为22.0m，以粉质黏土层为持力层；②2#试桩：桩径为1.0m，采用C25混凝土，桩长为35m，预计加载值为9000kN，桩底和荷载箱之间的距离为14.5m，以粉细砂层为持力层；③3#试桩：桩径为1.2m，采用C25混凝土，桩长为35m，预计加载值为10000kN，桩底和荷载箱之间的距离为14.74m，以粉土层为持力层[4]。

试桩检测基本情况为：①1#试桩：混凝土强度、弹性模量分别为32.7MPa和 3.21×10.4MPa，终止加载级数与加载值分别为16级、18700kN；②2#试桩：混凝土强度、弹性模量分别为35.1MPa和2.97×10.4MPa，终止加载级数与加载值分别为18级、5320kN；③3#试桩：混凝土强度、弹性模量分别为26.1MPa和2.16×10.4MPa，终止加载级数与加载值分别为19级、6530kN[5]。

正式检测前先用声测法检测桩身的完整性，从检测结果可知，桩身质量满足要求，实测结果如表1所示。

表1 桩身声测法检测结果

试桩自平衡检测分析结果为：①1#试桩：上、下部极限承载为17600kN，上部桩长、自重、修正系数分别为38.00m、1450kN、0.8，经计算，其单桩竖向抗压极限承载为37788kN；②2#试桩：上、下部极限承载为5320kN，上部桩长、自重、修正系数分别为 20.5m、241kN、0.8，经计算，其单桩竖向抗压极限承载为11319kN；③3#试桩：上、下部极限承载为6530kN，上部桩长、自重、修正系数分别为 20.26m、344kN、0.8，经计算，其单桩竖向抗压极限承载为14263kN[6]。