平板静载荷试验（精选8篇）
平板静载荷试验 第1篇
CFG桩复合地基处理技术虽已得到了广泛的应用,但由于CFG桩复合地基上部结构的特点不同,因而对CFG桩复合地基的设计要求亦不同。对沉降敏感的上部结构,CFG桩复合地基是以沉降控制为主;对沉降要求不严格的建筑,则主要以承载力控制为主。而不同设计要求的CFG桩复合地基,其CFG桩的桩长、桩径、桩间距等主要设计参数亦有区别。通过对相同地质条件、不同设计参数的CFG桩复合地基进行复合地基平板静载荷试验,对比相同荷载条件下,不同设计桩参数的的CFG桩复合地基的沉降量,可以分析不同设计参数对沉降、复合地基承载力的影响,进而可以提供设计依据,优化设计参数,从而提高CFG桩复合地基的处理效果。
1 CFG桩复合地基的设计类型
试验场地范围不大,地质条件基本相同。全区共分A、B、C、D四种不同设计参数的CFG桩复合地基,桩身强度均为C20。每种桩型,分别进行两处复合地基平板静载荷试验。分区桩型设计参数见表1。
2 CFG桩复合地基平板静载荷试验原理、内容与方法
试验装置示意图见图1所示。试验主要依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的要求进行。
2.1 试验原理
试验原理是,采用慢速维持荷载(堆载)法,反力采用堆载压重平台。由大梁、配重组成反力系统,高压油泵及千斤顶施加荷载至桩顶,通过反力系统共同作用,对承压板施加竖向压力。荷载逐级加在承压板上。试验系统自动补载、自动判稳。流量自动控制器控制油泵,使加载、补载平缓进行。复合地基产生变形沉降时,通过对称放置在承压板上的两个位移传感器进行观测。承压板为正方形刚性板,其面积为一根桩承担的处理面积。承压板底面标高与桩顶设计标高相适应;承压板下铺设150mm左右的中粗砂垫层;承压板中心与桩中心保持一致,并与荷载作用点重合。
2.2 试验内容与方法
1)荷载分级。加载分级进行,试验共分10级,每级加载为设计要求值的1/5。最终荷载为设计要求值的2倍。
2)变形观测。每加一级荷载Q,在加荷前后应各读记压板沉降s一次,以后每半小时读记一次。
3)沉降稳定标准。每小时的沉降量不大于0.1mm/h,认为已达到相对稳定,可加下一级荷载。
4)终止加载条件。终止加载条件有三个:(1)沉降量急速增大、土被挤出或压板周围出现明显裂缝;(2)累积沉降量已大于压板宽度或直径的6%;(3)当达不到极限荷载,而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。
试验数据的分析判定,依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)附录A.0.9进行。采用的仪器设备有:(1)武汉沿海公司研制生产的RS-JYC桩基静载荷测试分析系统;(2)电子数显位移传感器(精度0.01mm);(3)QY500-20C试验专用千斤顶(双油路);(4)静载试验反力装置;(5)高压油泵加压系统。
3 试验结果
3.1 不同设计参数对承载力的影响分析
8根试验桩复合地基承载力特征值见表2。
通过对4个区,不同桩桩间距、桩长、桩径参数的试验结果比较分析,可以看出,在以承载力控制为主的CFG工程桩中,单纯依靠加长CFG桩桩长,并不是提高CFG桩复合地基承载力的最有效的办法,减小桩间距是一个提高CFG桩复合地基承载力的可行办法。同时,要考虑到桩径、桩身强度对复合地基承载力的影响,以及复合地基载荷试验承压板影响深度的有限性。
3.2 不同设计参数对沉降的影响分析
将8根试桩复合地基静载荷试验P-s曲线整理、汇总,得到复合地基静载荷试验P-s曲线对比图(见图2)。
通过图2可以看出:在P-s曲线在弹塑性变形阶段,不同桩参数的试桩,在相同荷载级别作用下,其压力-沉降曲线(P-s)特征是不相同的。总体分布规律是:在弹塑性变形阶段,在相同荷载级别的压力作用下,相同桩径、桩长较长的试桩,沉降较小;相同桩长,桩径较小的桩沉降较大。
为了便于进一步对不同桩参数的沉降特征进行分析,在图2的基础上,将具有相同桩参数的试桩数据,进一步整理,将8根试桩数据,分四种桩参数类型分别进Á行综合,得到复合地基静载荷试验分区综合P-s曲线对比图(见图3)。
图3更加清楚地表现出在相同荷载级别作用下,不同桩参数试桩的沉降差异:桩长30.0m、桩径500mm的C区试桩,沉降最小;之后是桩径500mm、桩长在23.0m的B区和A区;桩长与B区相同,但桩径为400mm的D区,沉降最大。
在200kPa～400kPa荷载段,在相同荷载作用下,C区试桩沉降量约是A、B区试桩沉降量的49%～67%,是D区试桩沉降量的23%～35%。
需要说明的是D区两根试桩复合地基载荷试验均在140kPa荷载时出现一个明显的陡降,其后各级荷载作用下的沉降量变为正常,当时现场试验方法均与其他6根试桩相同,分析可能是该区浅层地基土变化或其他因素的影响,陡降段大大影响了沉降变形整体规律的分析。
以上分析结果表明:桩长是影响复合地基沉降量的最大因素,同时应考虑到桩间距和桩径的影响。在以变形控制为主的CFG桩设计中,增加桩长对有效减少沉降具有明显的作用。
4 结论及建议
上述试验采用的是刚性承压板,并不能完全模拟CFG桩复合地基在实际中的受力特征,故该试验方法及结果存在一定局限性与片面性。但通过对相同地质条件下,不同设计参数的CFG桩复合地基进行平板静载荷试验的分析研究,部分地验证了下面的两个重要的观点及结论:
1)在以承载力控制为主的CFG工程桩中,单纯依靠加长CFG桩桩长,并不是提高CFG桩复合地基承载力的最有效的办法,但减小桩间距则是一个提高CFG桩复合地基承载力的可行办法。同时要考虑到桩径、桩身强度对复合地承载力的影响。
2)桩长是影响复合地基沉降量的最大因素,同时应考虑到桩间距和桩径的影响。在以变形控制为主的CFG桩设计中,增加桩长对有效减少沉降具有明显的作用。
摘要：通过对相同地质条件下、不同桩型参数的CFG桩复合地基进行的平板静载荷试验,简要分析了不同设计参数对沉降、复合地基承载力的影响。即:在以承载力控制为主的CFG工程桩中,单纯依靠加长CFG桩桩长,并不是提高CFG桩复合地基承载力的最有效的办法,但减小桩间距则是一个提高CFG桩复合地基承载力的可行办法;在以变形控制为主的CFG桩设计中,增加桩长对有效减少沉降具有明显的作用。这两个重要的观点及结论,为优化设计参数,从而提高CFG桩复合地基处理效果提供了设计依据。同时指出了该试验的原理、内容与方法。
关键词：CFG桩,复合地基,平板载荷,试验,沉降,承载力
参考文献
平板静载荷试验 第2篇
单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定，在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。单桩的静载荷试验，应按规范附录进行，
桩静载荷试验又称试桩，是在拟建建筑物现场，对桩体分级施加竖向静力荷载，并量测桩顶沉降等项目，直到土对桩体的阻力达到极限状态，从而确定单桩竖向极限承载力。桩静载荷试验装置桩静载荷试验有多种形式，其中最为常用的是锚桩式。
桩基静载荷试验实例分析 第3篇
随着我国建设领域的蓬勃发展, 各类建筑物的空间高度屡创新高, 而伴随着建筑物高度的增加, 对地基承载力的要求也越来越高, 桩基作为一种稳定性高、工程成本相对较低的基础形式越来越多的应用于工程实际。伴随着桩基础的推广应用, 静载荷桩基试验在国内不断被用在工程中, 同时工程施工中新的桩型不断地出现, 桩基检测的手段也不断的改进, 更好地保证了工程质量。
现在最直接、最可靠的方法就是现场进行的静载荷实验以检测其抗压等能力。对一些新型桩型必须要检验其单桩承载能力, 这就要进行现场静载荷试验。检测桩基承载力的方法中最常见的就是静载荷试验。利用体积庞大、比较重的设备或者用堆积重物方法的传统静载荷试验时至今日仍在很多工程中发挥着作用。同时, 一些新技术也不断应用到桩基静载荷试验中, 国外学者发明了一种桩基承载力检测方法:利用桩身本身的侧摩擦阻力作为静载荷试验的反力试桩法, 它将载荷箱放在了桩身或者是桩基的底部。这种方法反力系统简单、操作方便、节省时间、系统加载量小, 对操作布置需要的场地也很小, 大吨位的装机承载能力已经广泛地用在了在工程试验中。本文结合新郑市一住宅小区桩基检测项目进行数据分析, 简单阐述桩基静载荷试验的分析过程及方法。
1 项目背景
1.1 工程概况
该项目为住宅小区工程, 位于河南省新郑市, 该住宅楼长56.3m、宽16.05m, 剪力墙结构、筏板基础。由上海同建强华建筑设计有限公司设计, 河南宏业建设管理有限公司监理, 郑州华豫岩土工程有限公司进行工程地质勘察, 基桩由河南锦源基础工程有限公司负责施工。
1.2 基桩设计参数
该工程总桩数558根, 桩型为PHC-A400 (95) , 选自《预应力混凝土管桩》 (03SG409) , 设计桩长17.5m (施工桩长不等) , 桩顶标高-7.68。设计桩端进入第 (9) 层粉质粘土层。设计要求单桩竖向抗压承载力特征值Ra=640k N。
1.3 工程地质概况
依据钻孔野外描述、静力触探及土工试验成果, 勘探深度范围内, 该场地地层属第四系全新统、上更新统和中更新统, 根据其物理力学性质及工程地质特性将本场地土共分为11个地质单元层。期中1-7层为粉土, 平均埋深19.12m, 多为褐黄色, 稍湿, 无光泽反应, 无摇振反应, 干强度低, 韧性低, 砂感强;8-10层主要为粉质粘土, 由褐色逐渐变为棕红色, 硬塑, 有光泽, 无摇振反应, 干强度中等, 韧性中等;11层为中砂, 灰黄色, 饱和, 密实, 主要矿物为长石、石英等暗色矿物 (该层未勘探揭穿) 。
2 单桩竖向抗压静载试验
2.1 检测目的
通过6根基桩的单桩竖向抗压静载试验, 确定本工程单桩竖向抗压承载力特征值是否满足设计要求。
2.2 检测依据
本文依据《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ 106-2003) 。
2.3 试验过程及方法
(1) 加载方法:采用慢速维持荷载法。
(2) 反力装置:采用压重平台反力装置, 能提供反力不小于1280k N。
(3) 加载及测量仪器设备:详见表1。
(4) 加、卸载与沉降观测。
加载分级:加载分级进行, 采用逐级等量加载;分级荷载为设计极限承载力值的1/10。本次试验最大加载量为1280k N, 分10级, 第一级取分级荷载的2倍。具体分级见表2。
沉降观测:每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量, 以后每隔30min测读一次。每次测读值由仪器自动记录。
沉降相对稳定标准:每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm, 并连续出现两次 (从分级荷载施加后第30min开始, 按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算) , 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时, 再施加下一级荷载。
终止加载条件:当出现下列情况之一时, 可终止加载:
1) 某级荷载作用下, 桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍 (注:当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时, 宜加载至桩顶总沉降量超过40mm) ;
2) 某级荷载作用下, 桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍, 且经24h尚未达到相对稳定标准;
3) 最大加荷量达1280k N且达到沉降相对稳定标准;
4) 当荷载-沉降曲线呈缓变型时, 可加载至桩顶总沉降量60~80mm。
卸载与卸载沉降观测:卸载分级进行, 每级卸载量取加载时分级荷载的2倍, 逐级等量卸载。卸载时, 每级荷载维持1h, 按第15、30、60min测读桩顶沉降量后, 即可卸下一级荷载。卸载至零后, 应测读桩顶残余沉降量, 维持时间为3h, 测读时间为第15、30min, 以后每隔30min测读一次。
2.4 试验数据与资料
2.4.1 本工程6根桩的试验概况见表3。
2.4.2 本工程6根桩的沉降量汇总表及Q-s、s-lgt曲线见图1-图6。
2.4.3 单桩竖向抗压极限承载力确定
根据《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ 106-2003) , 单桩竖向抗压极限承载力Qu可按下列方法综合分析确定:
(1) 根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型Q-s曲线, 取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值;
(2) 根据沉降随时间变化的特征确定:取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值;
(3) 当某级荷载作用下, 桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍, 且经24h尚未达到相对稳定标准时, 取前一级荷载值;
(4) 对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定, 宜取s=40mm对应的荷载值;当桩长大于40m时, 宜考虑桩身弹性压缩量;对直径大于或等于800mm的桩, 可取s=0.05D (D为桩端直径) 对应的荷载值。
(5) 当按上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时, 桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。
2.4.4 单桩竖向抗压极限承载力统计值确定依据
参加统计的试桩结果, 当满足其极差不超过平均值的30%时, 取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力;当极差超过平均值的30%时, 应分析极差过大的原因, 结合工程具体情况综合确定, 必要时可增加试桩数量;对桩数为3根或3根以下的柱下承台, 或工程桩抽检数量少于3根时, 应取低值。
2.4.5 承载力特征值确定依据
单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。
2.5 检测结果分析及应用推广
该工程6根基桩试验结果见表4。
该工程单桩竖向抗压承载力特征值为Ra=640k N, 满足设计要求。
通过本实验分析发现, 在建筑物基础设计过程中, 一些施工工艺相对成熟, 工程成本较低的设计方案往往被企业所青睐, 而桩基础施工工艺成熟、工期短、成本低的特点符合企业基础类型的选择, 同时随着桩基检测技术的不断创新, 桩基础的质量检测检验也保障了工程项目的可靠性, 因此随着桩基检测技术的不断进步, 桩基础的推广应用在未来的基础建设中将进入一个新的发展阶段。
摘要：本文通过实际工程检测项目对桩基检测中的加载过程及数值分析进行研究, 按照分级荷载为设计极限承载力1/10进行加载, 最终通过对Q-s曲线及s-lgt曲线的分析, 确定相对稳定的临界值, 最终判断桩基的承载力是否满足设计要求。
关键词：桩基,静载,静载实例
参考文献
[1]JGJ106—2003, 建筑桩基技术检测规范[S].
[2]JGJ94——2008, 建筑桩基技术规范[S].
[3]姚泽良.竖向荷载作用下单桩极限承载力计算方法的研究[D].西安理工大学, 2003.
处理后地基静载荷试验成果分析 第4篇
当天然地基承载力不满足要求时, 部分地基通过换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后的地基承载力得以提高。部分经地基处理后形成的复合地基基础下卧处理前的软弱土层, 通过符合现行标准设计的处理后地基承载力验算, 同时在地基验收时平板静载荷试验也满足设计要求的情况下, 曾出现建筑主体沉降过大、开裂变形等工程质量事故。《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 中第一次单独列出了处理后地基静载荷试验要点并确定了其适用范围是地基承压板应力主要影响范围内土层的承载力和变形参数, 正确理解本条款成为解释此类工程质量事故的原因。
设计单位根据《建筑地基设计规范》 (GB50007-2011) 进行处理后地基承载力与变形验算, 计算出符合要求的基础底面土层的地基承载力特征值fak设计。检测单位依据《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 通过处理后地基静载荷试验 (承压板) 确定处理后地基承载力特征值fak检测, 受承压板面积大小一般不可能与基础底面积相同的限制, 因此fak设计值与fak检测值两者并不相等。尤其是在软弱土层部分处理和上下两层地基土承载力相差很大的情况下, 如果地基基础验收时将两者混淆不清, 建筑主体完工之后的地基基础质量将得不到保证, 难免会出现上述工程质量事故。
文章通过实例来分析fak设计值与fak检测值的不同之处, 加深对《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 附录A处理后地基静载荷试验要点中第A.0.1条的理解, 即“本试验要点适用于确定换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后地基承压板应力主要影响范围内土层的承载力和变形参数”。处理后地基土的承载力是文章分析的主要内容。
1 处理后地基静载荷试验实例
1.1 工程概况
丰盛·瀚海嘉园22#楼工程地点位于××市新袁镇中心小学对面, 地基处理类型为砂石垫层 (部分换填 (2) 粉土) , 垫层厚度0.5m, 设计处理后地基承载力特征值150k Pa, 地基换填处理结束日期2013年4月21日, 依据JGJ79-2012采用处理后地基静载荷试验检测处理后地基承载力, 要求最大加载极限300k N, 检测数量3组, 现场检测日期为2013年6月7日~9日。
1.2 地质条件描述 (见表1)
1.3 现场检测过程
(1) 试验采用慢速维持荷载法。 (2) 加、卸载分级:复合地基设计承载力特征值150k Pa, 极限加载按300k N考虑, 共分八级加载, 第一级加载37k N, 然后按每级38k N递增直至加载300k N为止。卸载时每级卸载分级量为加载分级量的2倍, 逐级卸载至零。 (3) 配重在试验前一次性置于压重平台上, 均匀稳固放置, 且压重量大于预估最大试验荷载的1.2倍。 (4) 通过置于荷载板顶面中心的千斤顶, 把压重平台荷载分级传递到试桩, 沉降通过置于荷载板顶面2只正交直径方向4只50mm量程位移传感器观测; (5) 复合地基试验步骤按《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2012) 附录A处理后地基静载荷试验要点进行。
1.4 静载试验曲线图表
附试验点号1的静载试验曲线图表, 其余两个试验点曲线图略。 (见表2)
1.5检测结果
综上所述, 所测各试验点实测值的极差不超过其平均值的30%, 承压板应力主要影响范围内土层的处理后地基承载力特征值取其平均值150k Pa。
1-压板;2-沉降观测点;3-千斤顶;4-砂石垫层;7-支架;8-配重;9-压重平台
2 地基承载力特征值分析
2.1 静载荷试验结果的理论验算
2.1.1 已知条件
如图1所示, 试验采用方形承压板, 宽度B为1m;换填砂石垫层厚度Z为0.5m;垫层顶面距自然地面高度D为1m;承压板下地基土的附加压力Pz0取试验结果150k Pa;垫层底面处 (2) 层粉土的地基承载力特征值fa为85k Pa, 重度19k N/m3。
2.1.2 压力扩散角的选择
根据JGJ79-2012规范中表4.2.2采用, 砂石垫层, Z/b=0.50, 取θ=30°。
2.1.3 垫层底面处地基承载力验算
根据GB50007-2011第5.2.4条, 垫层底面处经修正后的地基承载力特征值faz=85+0+1.5× (19+0.5×20) × (1.5-0.5) /1.5=114k Pa。
垫层底面处土的自重压力值pcz=19×1.5=28.5k Pa;
根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款, 方形承压板采用式1进行垫层底面处附加压力计算:
式中:pz-相应于作用的标准组合时, 垫层底面处的附加压力值 (k Pa) ;b-矩形基础或条形基础底面的宽度 (m) ;l-矩形基础底面的长度 (m) ;pk-相应于作用的标准组合时, 基础底面处的平均压力值 (k Pa) ;pc-基础底面处土的自重压力值 (k Pa) ;z-基础底面下垫层的厚度 (m) ;θ-垫层 (材料) 的压力扩散角 (°) 。
计算垫层底面处的附加压力值pz=150/ (1+2×0.5×tan30°) 2=60k Pa;
综上所述, 理论计算值与现场地基静载荷试验结果相符。
2.2 改变基础类型, 其它条件不变
2.2.1 基础类型为条形基础
根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款, 条形基础采用式2进行垫层底面处附加压力计算:
按平板静载试验条件, 垫层底面处的附加压力值pz为60k Pa, 顶面处的附加压力值pz0为150k Pa, 计算此时条形基础的宽度b条1=60×2×0.5×tan30°/ (150-60) =0.38m, 即平板静载试验所提供的地基承载力150k Pa只能满足条形基础宽度不大于0.38m的宽度。
按地质勘探报告提供的条件 (2) 层粉土的地基承载力特征值fa为85k Pa, 计算垫层底面处所能承受的附加压力值为114-28.5=85.5k Pa, 当垫层顶面处的附加压力值为150k Pa时, 计算条形基础的宽度b条2=85.5×2×0.5×tan30°/ (150-85.5) =0.76m, 即地质勘探报告提供的地基承载力能满足条形基础宽度不大于0.76m的宽度。
因此, 当条形基础宽度设计值范围在大于0.38m而小于0.76m时, 可通过设计验证。但垫层顶面处条形基础附加压力150k Pa扩散作用于垫层底面处土层的附加压力值大于60k Pa。然而处理后地基静载试验 (承压板) 中检验得出的垫层承载力特征值150k Pa扩散作用于垫层底面处土层附加压力值为60k Pa。垫层底面处的软弱土层 (2) 层粉土没达到静载试验的检验目的, 可能出现失稳破坏, 引起建筑工程主体沉降过大或沉降不均。
2.2.2 基础类型为矩形独立基础
因平板静载试验承压板采用的是方形1m×1m的承压板, 当矩形独立基础面积小于1m×1m时, 主体结构是偏向于安全;当独立基础面积等于1m×1m时, 此时垫层的fak设计值与fak检测值相同;当独立基础面积大于1m×1m时, 就会出现平板静载试验没起到检验目的的情况。
基础类型换为1m×2m宽的矩形独立基础, 根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款, 矩形承压板采用式1计算垫层底面处的附加压力值pz矩=2×150/ (1+2×0.5×tan30°) (2+2×0.5×tan30°) =74k Pa;
pz矩+pcz=102.5k Pa<faz=114k Pa, 理论计算通过设计验证, 满足设计要求。此时在垫层顶面上相同附加压力150k Pa的前提下, 垫层底面处土层的附加压力值pz矩为74k Pa大于平板静载荷试验时垫层底面处土层的附加压力检验值pz为60k Pa, 平板静载荷试验对垫层下的软弱土层 (2) 层粉土没起到检验目的, 可能出现失稳破坏, 引起建筑工程主体沉降过大或沉降不均。
进一步扩大独立基础的面积为2m×2m的方形基础时, pz方+pcz=118.8k Pa>faz=114k Pa, 此时, 不满足设计要求, 不能通过设计验证。
综上所述, 当软弱地基部分处理, 基础类型与平板静载荷试验中所使用的方形承压板形状、大小不同时, 外理后地基静载试验中预定的最大地基承载力检测值等于设计中使用的地基承载力特征值, 静载试验无法满足预期的检验目的。相当于外理后地基静载试验时仅检验了垫层的承载力特征值, 而忽略了下卧软弱层的承载力。同时如果设计时直接引用处理后地基静载试验提供的垫层承载力特征值而不考虑试验中所使用的承压板大小因素, 就可能出现下卧软弱层的承载力不足而失稳破坏, 导致建筑工程主体沉降过大或沉降不均, 引起工程质量事故的发生。
3设计与处理后地基静载荷试验应注意的事项
换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后的地基, 当软弱土层只是部分处理, 或处理后的基底下存在软弱下卧土层时, 采用处理后地基静载荷试验 (承压板) 的方法检验基底承载力和变形参数的结论在引用时应谨慎, 与试验时所选用的承压板大小息息相关, 应注意前提条件是承压板下土层应力影响范围内的地基土承载力, 特别注意需验算加固土体或垫层下软弱层所承受的附加压力。
3.1设计
设计验收时, 可通过两种方法来保障地基承载力的要求。
(1) 工程质量地基承载力验收时, 尽可能指定出承压板的大小与加载极限值。避免由于承压板面积比基础面积小, 其它条件相同的情形下, 承压板上的压力扩散至下卧软弱层时将会不足, 试验得不到检验的真正目的。
(2) 做两层土体的平板静载荷试验。先检验原位软弱土层的地基承载力特征值, 然后检验加固土体或垫层的地基承载力特征值。
总之试验时应及时沟通, 掌握处理后地基承载力特征值的使用条件, 压板面积和基础面积不同, 应力扩散的快慢不同, 避免工程质量事故的发生。
3.2 处理后地基静载荷试验
试验前, 应充分收集设计资料。主要包括地质勘察报告、基础类型、地基处理的详细资料、上部结构的形式。
确定满足设计要求的加载极限值。根据加固土体或垫层的材料确定压力扩散角, 然后根据基础的类型、加固土体或垫层的厚度, 以及所提供的设计地基承载力特征值, 计算下卧软弱层顶面的附加压力值。然后根据试验时所使用的承压板, 反算出承压板上应该加载的极限值。
3.3 关于承压板的面积大小讨论
JGJ79-2012中对平板静载荷试验中采用承压板的大小规定是:“压板面积应按需检验土层的厚度确定, 且不应小于1.0m2, 对夯实地基, 不宜小于2.0m2”。在地基静载试验过程中, 承压板大小直接影响试验加载荷载值。而建筑工程主体地基基础底面的大小相对承压板来说均很大, 地基静载试验时, 要达到垫层底面相对软弱土层的建筑工程主体所产生的附加压力值, 有时需要很大的压力, 甚至可能试验时垫层顶面破坏时垫层底面的附加压力还达不到要求。
为达到检验下卧软弱层承载力, 是否可以考虑通过不同途径达到目的:一是增加承压板的面积, 会直接增加试验费用;二是可以减小承压板到垫层底面的深度, 需要开挖出地基处理层中的试坑, 对地基处理层有影响;三是当前两者都不可行时, 既增加承压板面积, 又减小承压板到垫层底面的深度。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].2013.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].2013.
[3]工程地质手册 (第四版) [M].中国建筑工业出版社, 2009.
单桩复合地基静载荷试验效果评析 第5篇
自20世纪80年代中期从日本引入粉喷桩技术,到现在已经陆续产生了石灰桩法、灰土挤密桩法、土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法、CFG桩、夯实水泥土桩、高压喷射注浆法等半刚性复合地基处理技术,再有已经成熟的碎石桩、砂桩等柔性地基处理技术。随着复合地基处理方式的增加,对验证处理效果能否满足设计或工程要求的最直接的方式目前仍以现场复合地基静载荷试验为首选。复合地基静载荷试验是否可靠,是否能准确提供承载力并判别施工质量,须有待进一步研究。
1 复合地基的设计
复合地基的初步设计或估算一般采用下式:
其中,fspk为复合地基承载力特征值,kPa;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值,kN;Ap为桩的截面积,m2;β为桩间土的承载力折减系数,宜按桩型和地区经验取值;fsk为处理后桩间土承载力特征值,宜按桩型、成桩方式及地区经验取值。
其中单桩竖向承载力特征值Ra如果有单桩载荷试验时,应将单桩极限承载力除以安全系数2;当无单桩载荷试验资料时,可按下式进行设计或估算:
其中,μp为桩的周长,m;n为桩长范围内所划分的土层数;qsi,qp分别为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值,kPa,可按现行GB 50007建筑地基基础设计规范有关规定确定;li为第i层土的厚度,m。
同时桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求:
其中,fcu为桩体材料试验块标准养护的立方体抗压强度平均值;η为桩身强度折减系数,可根据桩型、成桩方式选取。
2 复合地基载荷试验深度效应
复合地基不论是碎柔性的还是半刚性的都是介于天然地基与桩基础之间的一种地基类型,依靠桩和桩间土共同承担上部荷载及基础传至基底的荷载,其力学性质与天然地基及桩基础有着很大的差别。
天然地基与地基基础直接接触,有限厚度的地层承受上荷载,受荷土层通常水平成层分布。荷载板存在着尺寸效应,即在同一强度的外部荷载作用下,受荷的面积愈大,在同样深度的应力也就愈大,沉降也愈大。试验结果一般仅能反映1倍～2倍荷载板宽度或直径深度范围内土体的平均性质。当2倍载荷板深度下部存在软弱下卧层时,载荷试验的结果就不能明显反映出来,成为载荷试验的盲区,而远比载荷板宽度大的多的建设物其荷载能反映的深度明显大的多。有时该软弱夹层能成为建筑物损坏的主要原因。桩基与基础相连,桩顶受荷载,通过桩周土体及桩端传递荷载,轴向刚度大,做单桩载荷试验。
而复合地基采用的置换法或挤密法等增加竖向增强体,形成天然地基和增强体的复合体,从而由两部分共同承担荷载。然而该复合体由两部分组成,是非均质体,具有各向异性,在荷载作用下,基体和增强体通过褥垫层的协调作用,桩土协同受荷,协调变形,受荷地基分加固区和未加固区,加固区为桩长范围内,未加固区为桩端以下的天然地基。
一般进行复合地基静载荷试验时,不论进行单桩复合还是群桩复合,都存在着尺寸效应,试验结果一般仅能反映3倍～4倍载荷板宽度或直径深度范围内的承载力,且群桩中的单桩复合地基承载力由于受邻桩的影响,其试验结果要比仅有一根桩的承载力的值大。故因复合地基载荷试验尺寸效应的原因,试验结果远未反映到加固区的下部。即便是有限数量的群桩载荷试验也是如此,故不论设计桩长如何,只要保证桩长大于3倍～4倍载荷板的宽度(或直径),试验结果就能满足设计要求,而且通过相对沉降进行取值也能满足要求,然而,对建筑物来说,因其影响深度远大于3倍～4倍载荷板宽度(或直径),所以其沉降量远大于载荷试验结果。这是造成工程质量事故的一个重要原因。
从地基附加应力等值线进行分析,方形载荷试验的σz要比条形荷载试验的小的多,如方形荷载中心下Z=2b处,σz=0.1P0,而在条形荷载下,σz=0.1P0等值线约在中心下Z=6b处通过。从地基附加应力等值线图也能说明,如果成桩时形成悬桩,载荷试验是很难反映其真实面目的
目前,因施工队伍素质参差不齐,如果因偷工减料使施工桩长小于设计桩长而形成悬桩时,但因承载力检测的依据主要为复合地基现场静载荷试验,因试验荷载板的尺寸效应,可能掩盖施工质量问题,而不能真正的起到保证工程质量的作用。
3 实例分析
某村民住宅楼7层,砖混结构,条形基础,东西布置。楼长75 m,宽13.5 m(其中设有伸缩缝),复合地基承载力设计值fspk≥180 kPa。
该住宅楼地基处理方式为夯实水泥土桩。桩长5.3 m,桩径0.35 m,面积置换率m=0.12,桩端要求进入持力层不小于350 mm,首夯时,孔底须夯实后再回填水泥土,水泥∶土=1∶7。结构设计中每间均设构造柱,每层设圈梁,该建筑物整体刚度较好。其地层情况简述如下:
(1)层耕植土,层厚1.2 m;(2)层粉质黏土,松散,层厚3.8 m～4.4 m,地基承载力特征值fsk=70 kPa;(3)层粉土,层厚0.7 m～1.2 m,软塑,地基承载力特征值fsk=100 kPa;(4)层粉土,中密,层厚3.4 m～4.5 m,地基承载力特征值fsk=140 kPa;因场地东部曾有个暗渠,距基底约5 m,局部含水量高,呈软塑～流塑,层厚0 m～0.5 m,设计要求桩端必须穿透该层,进入持力层不少于350 mm并且孔底用碎石和干水泥夯实后再用水泥土回填夯实。本工程因为村民开发并未委托监理,由村民代表进行监督。施工结束后随机抽取4根桩进行单桩复合地基静载荷试验,并在东部暗渠部位抽取了1根。经按规范检测,试验成果全部满足规范要求。当该工程进行到第(5)层时,东部近地坪位置有裂缝出现,经观测,地基产生了不均匀沉降,且不均匀沉降还在加速。之后,业主会同设计、施工、检测等各方进行查找原因。在暗渠的走向方向距基础约3 m位置,用洛阳铲成孔进行验证。经验证,施工桩长5.3 m正好位于暗渠所处软塑层的顶部或中部,因现场施工人员未按设计所要求的穿透该层,只一味的按桩长施工,施工过程中未按设计要求对孔底用碎石和干水泥粉夯实,使所成的桩成了悬桩,从而造成该工程质量事故。事后局部进行了注浆加固,有效的控制了不均匀沉降的继续。
通过以上实例分析,可看出单桩复合地基承载力载荷试验由于受荷载板的深度效应所限,造成试验中应力远未影响到加固区端部,施工不合格的工程也能满足规范所要求的s/b值。故可看出单桩甚至群桩复合地基载荷试验并不能完全反映施工质量。
4 结语
1)复合地基静载荷试验由于存在深度效应,对桩长大于3倍～4倍载荷板深度时,无法正确提供复合地基承载力特征值并作为评价施工质量的依据。2)建议用群桩载荷试验来验证复合地基施工质量。3)建议采用单桩载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定复合地基承载力特征值为主,在确保桩身完整的前提下,可以采用单桩复合地基载荷试验确定复合地基承载力。4)建议对复合地基桩体检测增加检测手段,如对桩体取芯、桩体完整性声波检测等。5)虽然增加监理的监督职能能够避免部分工程质量事故的发生,但是工程质量不是监督出来的而是施工出来的,只有提高施工队伍整体素质,才能从根本上杜绝工程事故的发生。作为检测的第三方积极寻求更好的检测手段,真实客观的反映施工质量为工程把好质量关
摘要：通过对复合地基检测工作原理及案例进行分析,提出单桩复合地基检测的局限性,为了保证工程质量,在分析的基础上提出自己的建议,指出作为检测的第三方应积极寻求更好的检测手段为工程把好质量关。
关键词：载荷试验,复合地基处理检测,效果分析
参考文献
[1]张德恒,高峰.CFG桩复合地基的试桩静荷载试验及必要性[J].山西建筑,2007,33(17):3-4.
[2]东南大学,浙江大学.土力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[3]JGJ 79-2002,建设地基处理技术规范[S].
[4]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].
单桩竖向抗拔静载荷试验疑难释义 第6篇
关键词：验收检测,试桩检测,加载量,抗裂荷载
0 引言
随着我国城市化进程的加快,城市建筑不断由单一的上部空间模式向上下两方向纵深发展。在滨海地区,当地下水位高,结构荷载不能抵抗地下水的浮力时,地下工程的抗浮问题随之而来,解决抗浮问题的主要措施由压重法、抗浮锚杆或抗拔桩法,其中抗浮桩具有单点受力大,承载力可调性强,设计灵活,可兼作工程抗压桩,比较适合于软土地区等特点,因此被广泛用于滨海软土地区。
基于抗浮桩通常被兼作工程抗压桩,除保证其达到抗浮功能外还必须不能破坏或影响基桩的其它功能(如抗压、抗剪或抗裂),这就要求该类桩必须选型得当,设计合理,按章施工且质量有保障。同时给我们第三方的检测人员也提出了更高的要求,检测前须尽量了解设计条件,控制好合理的最终加载量,以免破坏基桩的其它功能,确保给设计人员提供科学合理的技术参数,对施工质量的控制结果提供可靠的验收依据。笔者在多年的检测工作中发现不少检测人员不了解设计意图,盲目控制试验最大加载量,给出的检测(试验)结论不具科学性,笔者通过学习相关规范,并向有关设计、施工和检测资深人士请教,将理解的心得和常见的问题进行整理、汇总,以期理清问题,让检测同仁们在工作中做到有的放矢。
1 试桩检测与验收检测的区别
试桩检测与验收检测的根本区别是试验的目的不同。试桩检测的目的是通过对工程试打桩的抗拔静载荷试验确定桩体与岩土层之间粘结强度特征值,桩体设计参数。这是为桩体的设计取得技术参数,应进行破坏性试验。
验收检测的目的是检测已经施工完成工程桩的施工质量是否达到设计要求,是为基桩施工质量验收提供支持性文件材料,一般不允许进行破坏性试验,且应保障试验过程也不影响到基桩的其余功能作用或耐久性要求。所以我们检测人员在接受一份工程检测委托任务时,必须明确工程建设单位的委托要求,从而进一步与设计单位沟通了解设计条件,制定出科学合理的检测方案,并与设计、建设、施工单位完成技术交底,确保试验结果的可靠、准确。
2 最大试验加载量控制
2.1 试桩检测
给设计提供依据的试桩检测应加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度,对钢筋混凝土桩而言,实则为钢筋的强度设计值,即:U燮fyAs+fpyApy。
式中:U—试桩最大上拔荷载控制量;
fy、fpy—普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值;
As、Apy—普通钢筋、预应力钢筋的截面面积。
为保证试验的成功,考虑到可能出现承载力变异和钢筋受力不均等情况,必要时应建议设计人员适当加大试桩的配筋量。
2.2 验收检测
工程桩验收检测一般要求加载量不应低于单桩竖向抗拔承载力特征值(设计给出)的2倍,但当设计对抗拔桩有裂缝控制要求时,则按抗裂要求验算出基桩抗裂荷载设计值,如果此条件下的抗裂荷载设计值小于单桩竖向抗拔承载力特征值的2倍时,应取该条件下的抗裂荷载设计值作为待检测基桩最大上拔荷载控制量,确保试验过程不致影响到基桩的其余功能及耐久性。
3 基桩抗裂荷载设计值确定
受环境类别和水、土介质腐蚀性等级影响,桩基结构的耐久性要求桩基工程的裂缝控制分三个等级,不同等级条件下的基桩抗裂荷载设计值也不尽相同。
严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级,基桩的抗裂荷载设计值为:Qc=σpc·A。
一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等级,基桩的抗裂荷载设计值为:Qc=燮σpc+ft燮A。
式中:Qc—基桩抗裂荷载设计值;
σpc—扣除全部应力损失后,桩身混凝土有效预压应力;
ft—桩身混凝土轴心抗拉强度设计值;
A—桩身横截面面积。
允许带裂缝工作基桩的裂缝控制等级为三级,此时应根据设计要求的最大裂缝宽度限值,验算出基桩抗裂荷载设计值。鉴于当前实际工程中常见的基桩截面形式为圆形截面,而此类截面的最大裂缝宽度计算还处在研究阶段,虽然存在一些代表性的研究成果,但彼此之间仍存在着一些不定性,作为检测人员一般不易把握,但须明白设计要求条件,建议设计人员给出最大允许加载限值,切不可断章取义,一味采用单桩竖向抗拔承载力特征值的2倍。
在上拔荷载作用下预应力管桩一旦出现裂缝将直接影响工程桩的抗压抗剪功能,所以除受耐久性要求影响外,实际工程中作为抗拔桩的预应力管桩基础也是要求不允许出现带裂缝工况。规范规定设计等级为甲、乙级的预应力管桩基础严格要求不出现裂缝,其抗裂荷载设计值采用:Qc=σpc·A;而丙级设计等级的预应力管桩基础一般要求不出现裂缝,其抗裂荷载设计值采用:Qc=燮σpc+ft燮A。
4 结语
总之,我们在开展一项基桩竖向抗拔静载荷试验检测业务时,首先要明白检测的目的,分清是试桩检测还是工程桩验收检测;其次要弄清该桩基工程的裂缝控制要求,依据控制要求验算出相应的抗裂荷载设计值,必须保证试验的最大控制荷载量不得超过抗裂荷载值,以免破坏工程桩的其它功能;再次制定出科学合理的检测方案,并与设计、建设、施工单位完成技术交底,完善未尽事宜;最后依据检测方案,按规范要求开展现场检测工作,确保试验结果的可靠、准确。
参考文献
[1]JGJ94—2008建筑桩基技术规范[s].
[2]DB33/1016-2004先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[s].
[3]JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范[s].
平板静载荷试验 第7篇
太原地区目前大部分新建住宅小区都有配套商业楼, 高度以2层~4层居多。由于其结构荷载较小, 没有必要使用桩基础, 但其天然地基承载力又不能满足设计要求, 因此绝大部分都采用换填垫层方法来进行地基处理。换填垫层通过挖除基础下一定深度范围内的杂填土、湿陷土或软弱土等各种对工程有不良影响的土层, 换成以砂石、粉质黏土、灰土、粉煤灰、矿渣或其他工业废渣等为材料的垫层, 通过碾压, 提高地基承载力, 从而满足设计要求。
换填垫层施工后, 其质量检验是十分重要的。根据不同的材料可以用环刀取样、静力触探、动力触探或标准贯入试验等方法进行检验, 承载力检测最直观准确的方法是平板载荷试验。由于太原地区使用灰土垫层较多, 并大部分采用圆锥动力触探和平板载荷试验来进行验收, 所以本文主要以灰土垫层的重型圆锥动力触探试验和平板载荷试验来进行分析。
1 工程概况
太原某住宅小区商业楼位于太原市小店区嘉节村, 地处滨河东路东侧, 龙城大街以南, 平阳南路以东。该楼地上2层~4层为框架结构, 条形基础, 楼座平面呈L形。设计要求地基承载力特征值不小于150 k Pa, 原设计基底标高为素填土, 根据地勘报告其承载力为100 k Pa, 不满足设计要求。地基处理具体方法为基槽开挖至设计标高完成钎探后, 对坑底进行了20 t压路机往复碾压5遍的碾压审底, 再采用3∶7灰土垫层进行地基处理, 厚1.5 m, 每边宽出基础外边线1.5 m, 处理面积约2 560 m2。其设计参数、材料选用及施工工艺均按照JGJ 79—2012地基处理技术规范相关规定执行。
2 场地地质情况
该楼所处场地地貌单元属汾河东岸Ⅰ级阶地。原场地地基土岩性构成及分布自上而下分述为第 (1) 2层:素填土:褐黄色, 岩性以粉质黏土为主, 混夹薄层砂土, 含云母、煤屑、氧化铁、氧化铝、植物根茎等, 结构松散, 土质不均。标准贯入试验实测锤击数介于5.0击~7.0击之间, 平均6.0击;静力触探试验锥尖阻力qc厚度加权平均值为3.03 MPa, 侧壁摩阻力fs厚度加权平均值为69.31 k Pa。第 (2) 层:粉质黏土 (Q41al+pl) :黄褐色, 含云母、煤屑、氧化铁、氧化铝等, 夹有薄层粉土、砂土。呈可塑状态, 具中等压缩性。标准贯入试验实测锤击数介于3.0击~8.0击之间, 平均6.3击;静力触探试验锥尖阻力qc厚度加权平均值为0.81 MPa, 侧壁摩阻力fs厚度加权平均值为35.00 k Pa。第 (3) 层:粉土 (Q41al+pl) :黄褐色, 含云母、煤屑、氧化铁、氧化铝等, 夹有薄层粉质黏土、砂土。呈湿、稍密状态, 具中等压缩性。标准贯入试验实测锤击数介于5.0击~10.0击之间, 平均6.3击;静力触探试验锥尖阻力qc厚度加权平均值为2.15 MPa, 侧壁摩阻力fs厚度加权平均值为31.41 k Pa。
3 重型圆锥动力触探试验
1) 试验方法:采用SH-30型钻机, 自动脱钩的自由落锤法进行锤击, 设备及操作均按照GB 50021—2001岩土工程勘察规范 (2009年版) 第10.4节规定进行。2) 试验成果:根据15孔重型圆锥动力触探试验结果, 灰土垫层动力触探试验的实测锤击数、平均值、标准差及变异系数见表1, 表2。
4 平板静载荷试验
1) 试验方法及目的。按JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范附录A (处理后地基静载荷试验要点) 执行, 确定承压板应力主要影响范围内土层的承载力是否满足设计要求。
2) 试验要求。根据重型圆锥动力触探试验结果, 分别选取动力触探击数最小、居中和最大的位置试验点进行试验;承压板底面标高与建筑物基底标高相适应, 承压板底面下铺设小于20 mm厚的中粗砂垫层找平。
3) 试验加载装置。加载采用单个50 t油压千斤顶, 采用压重平台反力装置提供反力。
4) 试验设备。a.提供总数不小于400 k N反力的钢筋混凝土试块若干;b.RS-JYB桩基静载荷测试分析系统及配套设备1套, 包含位移传感器和压力控制器及配套的超高压油泵;c.现场试验平台载体集装箱1个;d.基准梁2根, 基准桩4根;e.正方形刚性钢筋混凝土承压板1块 (边长为1.0 m, 面积1.0 m2) 。
5) 加载与沉降观测。a.加载分级, 最大加载压力330 k Pa。具体分级见表3。b.观测沉降:每级加载后, 按第10 min, 20 min, 30 min, 45 min, 60 min测读承压板的沉降量, 以后每隔0.5 h测读一次。c.沉降相对稳定标准:当在连续2 h内, 每小时的沉降量小于0.1 mm时, 则认为已趋稳定, 可加下一级荷载。d.卸载与卸载沉降观测:卸载分5级进行。每级荷载维持1 h, 按第10 min, 30 min, 60 min测读承压板沉降量;卸载至零后, 应测读承压板残余沉降量, 维持时间为3 h, 测读时间为第10 min, 30 min, 60 min, 120 min, 180 min。
6) 终止试验条件。a.承压板周围的土明显地侧向挤出;b.沉降s急骤增大, 压力—沉降 (p—s) 曲线出现陡降段;c.在某一级荷载下, 24 h内沉降速率不能达到稳定标准;d.承压板的累计沉降量已大于其边长的6% (60.0 mm) ;e.达到最大加载压力330 k N时承压板沉降达到上述相对稳定标准。
7) 试验成果。根据5组灰土垫层平板静载荷试验, 结果见表4。
根据JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范附录A第A.0.8条规定, 该楼5组灰土垫层试验点承载力特征值均为165 k Pa。
5 试验结果对比分析
1) 根据各孔的重型圆锥动力触探结果, 三层碾压的质量略有不同, 下面1.0 m~1.5 m范围技术最大, 中间0.5 m~1.0 m次之, 上面0.0 m~0.5 m最小。虽然勘察规范要求2 m深度范围内不需要进行杆长修正, 但就本试验具体情况来讲, 全部试验均在2 m范围内进行, 其深度的差别还是会对试验结果有所影响, 根据多个工程实例的经验总结, 可认为三层碾压的质量大致一致, 而且这种情况对工程质量本身没有坏的影响。
2) 平板载荷试验S1点选在圆锥动力触探K11的位置上, 为换填垫层相对较软的位置, 其重型圆锥动力触探的平均击数为6击, 其对应平板载荷试验沉降量为10.74 mm;平板载荷试验S2点选在圆锥动力触探K4的位置上, 为换填垫层相对较硬的位置, 其重型圆锥动力触探的平均击数为22击, 其对应平板载荷试验沉降量为2.25 mm;平板载荷试验S3, S4, S5点分别选在圆锥动力触探K1, K9, K15的位置上, 为换填垫层软硬相对适中的位置, 其重型圆锥动力触探的平均击数分别为11击, 13击, 9击, 其对应平板载荷试验沉降量介于4.43 mm~5.37 mm之间。
3) 对比可知, 圆锥动力触探试验虽然不能够直接测得地层承载力, 但其击数所反映的地层软硬程度与地基的沉降量是可以大致对应的。对于将来由于各种原因造成现场平板载荷试验操作困难或数量不能够满足相关要求的工程, 只要通过重型圆锥动力触探即可大致检验出承载力是否满足设计要求。
摘要：结合太原市某住宅小区商业楼项目的地质条件, 进行了灰土垫层的动力触探和平板载荷试验, 通过对比分析试验结果, 总结了动力触探和平板载荷试验与灰土垫层验收的关系。
关键词：灰土垫层,动力触探,平板载荷试验,承载力
参考文献
[1]JGJ 79—2012, 建筑地基处理技术规范[S].
平板静载荷试验 第8篇
关键词：建筑基桩,静载荷,顶力误差,分析,影响因素
1 前言
在静载荷试验中, 千斤顶的顶力是衡量基桩承载力的大小和基桩质量的重要指标, 其准确度必须受控, 否则会失去试验的意义。在实际试验中, 千斤顶的顶力是变化的, 而且每项试验都有一定的容许掉载值和过载值, 所以, 一般试验人员对顶力的误差的重视程度不象对位移的测量那么重视。其实, 顶力的不准确不仅影响桩顶的沉降量, 而且会导致确定其承载力的误差。从目前的试验方法及装置来看, 笔者认为对顶力准确度影响大的因素分为压力误差Up1、公式误差Up2、装置不合理产生的误差Up3及允许波动偏差等。
2 压力测量误差来源及不准确度Up1分析
压力误差是导致顶力误差的重要因素, 而读数误差、测量误差、比对误差等是压力误差的主要来源, 分析如下:
2.1 读数误差Ul1
如常用机械压力表的最小刻度为0.5 MPa, 每个刻度之间可估读一个值, 如2.75MPa, 其中的2.5MPa是准确数, 其估读值为0.25 MPa, 即为读数误差, 按均匀分布B类评定, 则undefinedMPa, 对自动测读系统来说, 其示值精度可达到0.01 MPa, 所以, 一般可不考虑起读数误差。
2.2 测量误差U12
测量误差指测量某一压强时产生的误差, 这一误差一般由计量检定部门确定, 通常称检定精度, 如某压力表检定的结果, 对60 MPa标准压力的测量产生的误差为0.24 MPa, 采用一般均匀分布, 得到示值允差引起的标准不确定度分量undefinedMPa, U12=0.14 MPa。
2.3 比对误差及其合成不确定度Up1
一般情况下, 压力的误差可认为是由读数误差和测量误差组成, 但是, 随着人们对数据质量要求的提高, 尤其是近年来电子测量设备的不断普及, 设备的测试性能的稳定性、可靠性越来越受到关注, 如何确保使用时的精度能达到使用的要求, 这是检测测工作者所关心的问题之一。确定精度的常用方法是比对法, 即测量时, 同时安装一个标准表与使用表测量同一压力, 这样会产生一个比对偏差, 当其偏差小于某个值时, 认为测量表是合格的, 或者说测量数据是可靠的。本方法常用于自动测试系统的比对中, 常用机械表作为标准表, 如我们要求标准表与测量表之间的读数差应在0.5 MPa内, 记为U13=0.50 MPa。所以, 笔者认为, 测量时的不确定度应包含标准表的读数误差U11和测量误差U12和比对允差U13。当U11=0.08MPa, U12=0.14MPa, U13=0.50MPa, 由 (1) 式可计算出压力的刀类不确定度Up1=0.53 MPa。
Up1=undefined (1)
这一比对方法常用于自动测试仪与机械表的比对试验中, 虽然比对后测量仪器的不确定度增大, 但还是经常采用, 只要这一不确定度能满足使用要求就行, 经过对比让有关人士对测试数据更为放心, 所以, 我们在使用自动测试仪时, 基本上都是多安装一个机械压力表, 在发现测试数据出现异常时, 可及时发现。如果经多次试验证明测量表的稳定性好, 未必每次试验都做比对试验。
3 公式误差及合成不确定度Uf2
测量的压力, 要通过一定的公式才能换算出顶力, 所以, 顶力误差除了压力误差外, 还可能存在公式上的误差, 即转换误差。在此分析一下转换公式及其可能带来的误差。目前, 常用的测量荷载量的方法是通过测量千斤顶内的压强, 然后用 (2) 或 (3) 式计算得到。
F=PS (2)
P=kF+b (3)
(3) 式为计量部门检定时确定的插值公式, k和b为常数。
在不考虑压力误差的情况下, 公式 (2) 产生的顶力误差主要来自于活塞面积5的误差 (U21) ;公式 (3) 产生的顶力误差由A (误差为U22) 和6 (误差为U23) 两个系数的误差来决定。对同一压强, 采用这两个不同的公式计算得到的结果必然会有所差别, 但其差别多少, 对结果的分析影响大不大是有关人员所关心的问题之一。下面就用我们近期送检的一台千斤顶的检定结果为例说明这两者带来的误差。
检定结果为:千斤顶活塞的面积S=0.017023505 m2, 则根据 (2) 式可知顶力与压强的关系为:
F=0.017 023 505P (4)
插值公式为:
P=62.104F+1.70 (5)
式中, F的单位为NN, P的单位MPa。
对 (4) 和 (5) 式, 根据公式各系数的有效位, 按最低一位为估计数, 其前一位为可靠数的原则, 可取其最大的可能误差U21=0.000 000 01, U22=0.01, U23=0.1, 按最大压力P=60.00 MPa时, 计算的顶力及其误差。
1) 公式 (4) 计算的顶力F=1 021 410.30N, 误差为Uf=0.06 N。但由于压力的有效位数为四位, 所以, 顶力的有效位可取四位或五位, 修约数F=1021.4 kN, 所以, 面f积误差U22产生的顶力误差在顶力的有效位数之下, 可以忽略不计。由于实际顶力精确到0.1 kN时, 面积的有效位取至5位, 最多6位即可, 即本千斤顶活塞的面积S=0.017 024 m2或S=0.017 023 5 m2。
2) 公式 (5) 计算的顶力F=938 747.9 N, 由U23产生的误差分别为Uf22=151.1 N和Uf22=1 610 N。但由于压力的有效位数为四位, 所以, 顶力的有效位可取四位或五位, 修约数F=938.7kN, 所以, U22产生的顶力误差在顶力的有效位数之下, 可以忽略不计;U23产生的顶力误差Uf23=1.6 kN, 在顶力的有效位数之内, 应根据实际需要来考虑其影响。
3) 虽然从公式的有效位数来分析各系数可能带来的最大误差不大 (满量程时为1.6 kN) , 在实际中一般是可以被接受的, 但是, 不难发现上述分析中, 在60 MPa的压力之下, 由 (4) 和 (5) 式计算出现的顶力分别为1021.4 kN和938.7 kN, 相差82.7 kN。同样也可发现, 当千斤顶的压力读数为1.7MPa时, 由 (4) 计算此时的顶力为2kN;由 (5) 式计算的顶力F=0, 对同一油压, 计算的顶力相差29kN。这就是不同公式之间的偏差。对同一油压值, 由 (5) 式计算的顶力较 (4) 计算顶力的小, 有些人认为用 (5) 式计算的结果更可靠, 也更放心。其实这是一种误解, 作为检测数据讲的是真实性、科学性, 仅凭感觉是不行的, 必须查明其产生差异的原因。
带着这个问题, 我们做了个简单的试验, 将千斤顶的油路安装好, 同时安装两个压力表进行测量, 其中一个是常用的60 MPa的机械压力表 (最低刻度为0.5 MPa) , 另一个是数字压力表 (最小读数单位为0.01 MPa) 。千斤顶加压时, 活塞被慢慢顶出, 发挥顶力, 然而, 此时机械压力表的指针不动, 数字压力表的显示也几乎无变化;当千斤顶上加上100 kg的重物时, 此时机械压力表指针仍没有明显的变化, 数字压力表的读数开始变化, 其读书基本稳定在0.07 MPa。由 (4) 计算表明此时已有1 000 N左右的顶力, 而由 (5) 式计算, 则其顶力仍为负值, 这显然与实际的顶力是不相符的。从这一点来看, 用 (4) 进行计算更接近于实际, 由此看来, (5) 式这插值公式可靠性值得怀疑, 至少可以说对低顶力是不适用的。当然, 大部分检定结果的公式误差会小于本例误差, 但还是有必要对检定结果进行评价。
可见, 就公式本身的系数而言, 用 (4) 式计算时, 可认为计算出来的顶力误差取决于测量的压力误差, 即可认为U21=0;用 (5) 式计算时, 可认为计算出来的顶力误差除测量的压力误差外, 还应考虑U23引起的误差U23f。此外, 就要考虑不同公式之间产生的偏差, 这是要重点控制的误差来源。所以, 分析其合成不确定度时, 如果没有科学的证据说明公式的准确性的情况下, 应综合考虑不同公式之间的偏差, 对本例而言, 对60MPa产生顶力误差可取Uf21=0、Uf22=1.6kN、Uf23=82.7kN, 则其合成不确定度为Uf2=82.7kN。若这一不确定度不能满足使用的要求, 则必须送检, 进一步确定公式的可靠性。
4 装置不合理产生的误差Uf3
目前, 应用较多的一种压力测量安置是压力表并非直接测量千斤顶内的压强, 而是测量千斤顶外某一范围的压强值, 如测量分向阀内的压强值, 这样会导致实际测量的值与千斤顶内的压强不同的情况, 这就是压力测量安置不合理产生的误差。这一误差常出现在试验中还在进行加载的情况。虽然规范规定要在试验前一次性将荷载加至要求最大试验荷载1.2倍以上, 但是, 常常因为场地条件较差等原因, 不得不在未加上足够的重物时提前试验, 这样如果没有足够的措施, 就有可能带来压力测量的不准确。例如:
图1为在试验时进行加载实测Q～s曲线。本桩要求试验的最大荷载为2 400 kN。由于本桩周围的表层土为新填土, 其下为淤泥, 虽然采用垫砂包的方法来提高土层的承载力, 但堆载时, 支承墩仍出现下沉, 当主梁快要压实千斤顶时, 开始试验, 此后再进行约一小时的时间进行加载, 完成堆载工作。
由Q～s曲线可看一个显著的特点:第一级的沉降量很大 (3.23 mm) , 第2级～5级的沉降量几乎不变, 第6级以后的各级的沉降量增量“正常”。出现这种现象的原因是:当进行第一级荷载试验时, 由于堆载架上的重物越来越多, 其重力直接由主梁反压到千斤顶上, 使千斤顶内的压强增加, 顶力加大, 直接作用于桩顶上, 使桩身下沉加快, 但由于单向阀的作用, 压力被锁住, 不能按要求将压力降至要求值, 而且压力表被装在单向阀的另一侧, 压力表未能测到千斤顶内的压力, 所以, 其读数正常。同样, 当进行第二级荷载时, 因千斤顶内的压强仍大于压力表测量的压力, 所以, 实测的压力增加 (千斤顶对桩的顶力不变) , 沉降量则不变, 其余三级的情况均如此。当进行到第6级时, 因油泵加的压力已经大于千斤顶内的压力, 使千斤顶内的压强增加, 顶力增加, 所以, 这一级又开始出现沉降。
对第一级而言, 实际的压力可能接近设定值的5倍, 若此时桩受到破坏, 则无法取得其极限承载力, 其实此时, 桩受到的实际作用力可能已达到第五级的荷载值。所以, 装置不合理会造成测量结果的严重错误。
5 允许顶力波动偏差Up2
虽然试验中, 由于加至某一压力后, 随着桩顶沉降的增加, 千斤顶内的压力不断降低, 当实际的压力值低于设定值时, 通常称之为掉载;加压时, 当实际的压力大于设定值时, 通常称之为过载。现行规范中, 未有掉载量和过载量的大小的规定, 但是, 如果这两个量过大, 必然会对压力的准确性造成影响, 甚至影响沉降量, 如当压力加到设定值后, 逐渐降低, 若不补上, 压力会处于设定值之下, 这一级的沉降会减少, 且较快达到稳定, 但此时的压力并非设定要求值, 所以, 必须对掉 (过) 载量加于限制, 其最大的允许读数范围, 在此称为允许偏差。这一允许偏差过大会影响实际试验数据的质量, 过小又不易控制, 所以, 根据笔者的经验, 允许的压力偏差不大于1MPa, 且相应顶力允许掉 (过) 载量设在预定最大加载量的5%以内, 且不大于相应级荷载设定值的20%为宜。
对一项试验而言, 掉 (过) 载量一般指实际读数与设定值的差值Up2, 所以, 压力的实际波动的可能范围应包含实际读数的偏差和各种误差组成, 其合成不确定度也应各种误差 (包括允许压力读数范围) 的合成不确定度不能超出此范围。据此, 就可分析出仪器设备是否能够满足使用的要求及允许的读数偏差。
6 结语
综上所述, 在建筑桩基础工程质量检测与控制中, 静载荷试验检测桩基承载力与实际承载力常常有一定的偏差, 因此分析顶力误差的目的在于正确处理检测结果, 得出理想的试验值, 使之与实际结果尽可能接近, 从而为建筑桩基静载荷检测分析得到科学正确的结果打下良好的基础。
参考文献
[1]建筑桩基技术规范 (JGJ94-94) ;[S]。北京, 中国建筑工业出版社.
[2]建筑基桩检测技术规范 (JGJ106-2003) ;[S]。北京, 中国建筑工业出版社, 2003。