自平衡荷载试验

自平衡荷载试验（精选六篇）

自平衡荷载试验 篇1

承载力检测是桩基础验收的重要内容之一。竖向抗压静载方法具有试验原理简单、结果直观可靠的优点, 是目前房屋建筑工程中桩承载力检测最为常用的方法。但是随着超高层建筑的不断增多和施工技术的发展, 传统的竖向抗压承载力检测往往因为试验设备或现场条件受到限制而难以实施。现在高层建筑中越来越多采用大直径混凝土灌注桩, 其承载力取值较高, 一般检测机构的试验设备能力无法满足设计要求。大型地下室逆作法工程和房屋建筑桩基托换工程, 由于现场试验空间条件的限制, 也无法实施竖向抗压静载力试验。近年逐步发展和推广的自平衡法荷载试验具有检测承载力大和不需要外部加载反力的特点, 适用于传统静载试验难以实施的大承载力桩、位于难以吊装设备的高深基坑底部和场地试验空间不足的工程桩承载力检测。

2 自平衡法荷载试验的一些基本原理及计算方法

2.1 自平衡法荷载试验的原理

自平衡法在国外上世纪80年代中期已经研究应用, 我国从90年代中期起开始实用性的应用。通过多年的科研应用, 目前在交通桥梁和码头工程领域的使用较为广泛, 经过不断的实践累积, 逐步从科研转变为工程的检测的常规应用, 部分行业和地区已经制定了相关的检测规程。自平衡试桩法的基本原理是接近于竖向抗压 (拔) 桩的实际工作条件的试验方法。首先把一种特制的加载装置———荷载箱放置在桩身指定位置, 将荷载箱的高压油管和位移杆引到地面 (平台) 。由高压油泵在地面 (平台) 向荷载箱充油加载, 荷载箱将力传递到桩身, 其上部桩极限侧摩阻力及自重与下部桩极限侧摩阻力及极限端阻力相平衡来维持加载, 从而获得桩的承载力。这种试验方法的最大特点是在桩基自身内部寻求反力进行加载, 不同于传统方法那样借助于外部反力加载。

2.2 自平衡法荷载试验抗压极限承载力的确定

⑴根据实测荷载箱上、下位移计算确定承载力:

Qu———单桩竖向抗压极限承载力;

Qu+———荷载箱上部桩的实测极限值;

Qu-———荷载箱下部桩的实测极限值;

W———荷载箱上部桩有效自重

γ———荷载箱上部桩侧向上阻力换算向下修正系数。

⑵Q-S曲线确定承载力和等效转换曲线。

通过自平衡法检测可获得的向上、向下两条Q-S曲线 (S+和S-曲线) 。对于陡降型Q-s曲线, 取陡降起始点对应的荷载。对缓变形Q-S曲线, 按位移值确定极限值, 极限侧阻取对应于向上位移S+=40~60mm对应的荷载;极限端阻取S-=40~60mm对应荷载, 或大直径桩的S-= (0.03~0.06) D (D为桩端直径, 大直径桩取低值, 小直径桩取高值) 的对应荷载。如果根据位移随时间的变化特征确定极限承载力, 下段桩取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值, 上段桩取S-lgt曲线尾部出现明显向上弯曲的前一级荷载值。另外也可以通过转换等效为相应的传统静载方法获得的一条Q-S曲线, 将荷载箱作用力转换为桩顶荷载值, 上下段桩位移转换为桩顶位移, 参考竖向抗压静载的极限承载力取值方法确定极限荷载。

3 自平衡法荷载试验在工程试验桩的应用

3.1 工程试验桩的基本情况

某工程在设计阶段采取试验桩的方式以提供桩承载力作为设计参考依据。由于工程采用大直径的混凝土灌注桩, 承载力较高, 而且工程现场及周边环境比较复杂, 表层土为较厚的淤泥质土, 采用堆载竖向抗压静载检测存在运输吊装难和安全隐患, 因此建设各方确定采用自平衡法对试验桩实施承载力检测。工程试验桩为混凝土摩擦端承灌注桩, 混凝土等级C35, 直径1.6m, 长度44.7m, 设计要求最大加载力为40000k N。超前钻显示桩主要穿越淤泥、砂层和泥质粉砂岩层, 持力层为微风化粉砂岩。

3.2 试验程序

通过对设计文件和地质资料的分析, 将荷载箱布置在荷载箱底板离桩端1.2m处, 这样能较有效测出各土层的极限侧摩阻力。初步换算要达到设计要求的4000k N荷载值, 荷载箱相应的加载值为20084k N。每级加载为单桩极限承载极限值的1/10, 每级加载后在第1h内的5、15、30、45、60 (min) 测读一次, 以后每隔30min测读一次;每1小时内的位移不超过0.1mm, 并连续出现两次 (由1.5h内连续三次观测值计算) , 认为相对稳定, 可加下一级荷载。每级卸载值为加载值的2倍, 每级卸载后隔15min测读一次残余沉降, 2次后隔30min再读一次, 即可卸下一级荷载, 全部卸载后, 隔3~4h再读一次。

3.3 检测成果和分析

当第9级荷载加载完成后, 继续通过油泵加油, 但油泵压力表读数始终无法上升到第10级的对应读数, 而荷载箱上部桩整体不断被顶出, 持续7小时后, 荷载箱体顶位移增大了51mm, 对应的桩顶位移为54mm, 已经达到了停止加载的条件, 随后开始分级卸载。

根据试验数据, 荷载箱上部桩位移已经达到极限破坏的数值, 因此向下极限摩阻力取Qu+=18189k N。而下部桩未发生破坏, Qu-≥18189k N, 从位移记录显示荷载箱下部桩的变形量比较小, 表明桩端无沉渣或沉渣较小, 桩端混凝土与岩层结合较好。

根据公式 (荷载箱上部桩侧向上阻力换算向下修正系数通过对图层分布的加权平均计算取γ=0.9) 。由于试验中桩的下端并未达到极限值, 所以通过试验数据计算出来的极限值是偏于安全的, 如果需要进一步检测下部的极限承载力则需要外加反力继续对下部桩进行加载试验。

4 结语

通过自平衡法荷载试验原理和工程实例可知, 自平衡法具有试验设备简单、操作空间小的特点, 正好弥补了传统堆载竖向抗压试验的不足, 非常适用于传统静载试验有困难的大吨位试验桩、高深基坑桩和场地空间受到限制的试桩等情况。但其检测也有一定条件限制和技术要求, 例如工程桩的摩擦力偏小时则无法达到“自平衡”仍需通过外力才能实施检测;荷载箱位置须选取合理才能较好地检测出桩的极限承载力;而“转换系数γ”为一经验系数, 其取值的是否合理也影响最后检测成果。相信通过不断的经验累积和发展, 自平衡法荷载试验会逐步成为桩基承载力检测方法的一种常规选择, 具有较为广阔的应用前景。

参考文献

[1]龚维明, 蒋永生, 翟晋.桩承载力自平衡测试法[J].岩土工程学报, 2000, (5)

[2]龚维明, 戴国亮等.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报, 2002, (1)

[3]周晨, 蒋永生等.[J].用自平衡法测试桩基承载力的探索, 特种结构, 1999, (2)

[4]冷曦晨, 佴磊, 刘永平.自平衡法桩基承载力测试中一些问题的探讨[J].地震工程与工程振动, 2005, (2)

自平衡荷载试验 篇2

自平衡试桩法是最近几年新兴起来的检测单桩竖向承载力的试验方法, 其具有测试方法简单灵活、占地面积小、节省材料以及测试时间短等多方面优点, 已经在全国多地区及城市得到了推广应用。在该试验中, 影响确定单桩竖向极限承载力的因素很多, 其中荷载箱的放置位置的合适与否将会直接影响最终的试验值, 因此应着重进行考虑。

1 自平衡试桩法的基本原理

自平衡测试方法是在距离桩端一定的距离处与钢筋笼处焊接荷载箱, 荷载箱的位置按检测目的埋设, 一般埋设在自平衡点处。在试验时通过桩基自身反力平衡的原理来达到测试的目的。在加载的过程中, 由于油管是通过荷载箱的连接到达桩顶的, 所以在加压时, 首先桩身受力处是在荷载箱的位置处。在荷载箱处通过液压泵向桩体提供一对大小相等方向相反的作用力, 则在荷载箱以上的桩段产生的摩阻力为桩侧负摩阻力, 下段桩产生的为桩侧正摩阻力。随着压力的逐渐增大, 荷载箱逐渐被推开, 在最后一级荷载下桩基达到极限状态, 从上述可以看出在荷载箱下段的桩体完全和传统静载法一样[1]。根据加载及向上、向下位移的唯一对应关系, 可以绘出向上、向下Q—S曲线, 如图1所示。经过试验所测得的上段桩与下段桩的侧摩阻力与桩端阻力之和即为桩的近似极限承载力, 若要得到精确值还需经过转换公式进行相应转换。在试验前将钢筋传感器埋设在桩的不同的土层处, 通过量测预先埋置在桩体内的钢筋传感器, 通过相应的转化公式便可求得在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律, 由于加载装置简单, 多根桩可同时进行测试。加载装置及自平衡实验示意图如图2所示。

2 工程概况

本工程地点位于哈尔滨市道里区一座高架桥, 桥跨结构采用预应力混凝土简支转连续箱梁, 根据高架桥结构受力特点及桥位处的地质情况, 基础均采用钻孔灌注桩, 基础为直径1.5 m, 桩长58 m, 设计要求的单桩承载力特征值为6 500 k N, 桩身局部穿越且桩端嵌入粉砂质泥岩之中, 属于超长钻孔灌注桩。

3 基于ANSYS的桩基有限元模拟与分析

本文主要通过ANSYS有限元软件对该超长桩进行建立模型, 模拟实际桩—土关系, 并探讨荷载箱分别位于自平衡点处、自平衡点以上及自平衡点以下对单桩极限承载力的影响。

3.1 有限元模型的建立

桩—土的ANSYS有限元模型是一类非线性的问题, 它既非几何非线性也非材料非线性, 而是一类边界条件非线性问题[2,3,4,5], 通过有限元通用软件ANSYS进行桩—土接触分析, 模拟自平衡试桩实际的加载过程, 从而获得上、下段桩的Q—S曲线, 然后通过转化方法进而转换至桩顶从而获得桩顶的Q—S曲线, 确定整个桩基的承载力。根据该工程的实际情况建立有限元模型如图3所示。

在建立完基本几何模型, 选择好“接触对”后对桩土共同体施加荷载, 在施加荷载时注意与传统抗压桩的不同, 通过通用后处理器进行提取桩体的位移及应力云图。

3.2 荷载箱位置的变化对桩基的性状影响分析

荷载箱的位置对于自平衡试桩法的最终试验结果至关重要, 对于荷载箱正好放置在自平衡点处的桩基测试所得的承载力为极限承载力, 那么如果荷载箱没有放置在自平衡点处对于桩基的承载力会有怎样的影响, 本节着重讨论荷载箱放置在平衡点以上及以下时, 对整个桩基承载力的影响。荷载箱位置不同情况下参数对比表见表1。

利用ANSYS对不同的荷载箱位置进行有限元建模得出在不同荷载箱位置处的荷载箱的位移云图如图4~图9所示。转化至桩顶的位移如表2~表4所示。

由表2~表4的数据将N1~N3的数据在同一坐标系下做出Q—S曲线如图10所示。

在图10中可以看出:若假设正好放置于平衡点上的桩基为极限承载力, 那么放置于平衡点以上或者以下的桩基没有达到极限承载力。反映在Q—S曲线上可以看出三条曲线中最下面的是放置于平衡点时的曲线, 而没有放置于平衡点时荷载—沉降曲线应该在上面。

造成这种现象的主要原因分析如下:

1) 放置于平衡点以上计算承载力时, 假设上下段桩基都能达到极限承载力, 然而实际上这种情况下, 下段桩并未达到极限承载力。那么通过前述计算分析可知这种情况下的极限承载力与放置于平衡点时的承载力的比值是一个小于1的常数。这也就说明了放置于平衡点以上时桩基并未发挥其最大的潜能, Q—S曲线要在放置于平衡点的曲线上侧。

2) 放置于平衡点以下计算承载力时, 也是假设上下段桩基都能达到极限承载力, 而此时上段桩没有达到极限承载力。计算出的承载力比值也是小于1的数值。Q—S曲线也要在放置于平衡点的曲线上侧。

3) 对于放置于平衡点上侧与平衡点下侧的比较, 由于下段桩存在桩端阻力的影响, 所以此时相对于放置于平衡点上侧时测出极限承载力将会更小一些。这就是图10所反映的情况即:曲线从上至下依次为:a.平衡点以下;b.平衡点以上;c.平衡点。

4 结语

通过对该长桩的有限元的模拟分析可得出以下结论:

1) 荷载箱的埋设位置对单桩的极限承载力影响很大, 当荷载箱埋设在自平衡点处所测的单桩极限承载能力与工程实际能够相符合, 埋设的位置偏上或偏下均会使得所测的单桩极限承载能力偏小。

2) 对于荷载箱埋设位置位于自平衡点上方和下方两种情况而言, 由于下段桩存在桩端阻力的影响, 所以放置于平衡点下侧相对于放置于平衡点上侧时测出极限承载力将会更小一些。

3) 在利用自平衡法对桩基检测时应根据工程实际的地质状况准确的计算并确定出自平衡点即荷载箱的埋设位置, 这样才能准确的测得单桩的极限承载能力, 进而为设计提供依据, 保证工程的安全。

摘要：以哈尔滨某高架桥为工程实际背景, 根据该工程的实际地质状况, 利用ANSYS有限元软件建立长桩模型, 分析了荷载箱埋设位置的变化对单桩极限承载力的具体影响, 为实际工程检测提出指导意见。

关键词：自平衡,有限元,长桩,承载力

参考文献

[1]张利, 唐增旺.自平衡试验技术在桩基承载力检测中的应用[J].山西建筑, 2010, 36 (17) :108-109.

[2]王先军.ANSYS在模拟桩土接触中的应用[J].森林工程, 2006 (3) :49-51.

[3]刘涛, 杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[4]殷宗泽, 朱泓.土与结构材料接触面的变形及其数学模拟[J].岩土工程学报, 1994 (16) :79-80.

自平衡测桩法现场试验分析 篇3

1 试验原理及装置

自平衡测桩法[3]是在桩尖附近安设荷载箱, 沿垂直方向加载, 试验时, 在地面上通过油泵加压, 上段桩与下段桩互为“堆重”, 实现自平衡, 桩侧阻力及桩端阻力随之发生作用, 即可同时测得桩端承载力和桩侧摩阻力。对于一般尺寸的桩可做原型桩试验, 而对于大直径嵌岩桩 (D≥1.5 m) 可先测得小直径模型桩 (D≥0.8 m) 的端阻及侧阻单位面积承载力, 再按尺寸换算求得大直径桩的桩端及桩侧总阻力。自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。在顶、底盖上布置位移棒, 将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩底后, 即可浇捣混凝土成桩。试验设备荷载箱中的压力可用压力表测得, 荷载箱的向上向下位移可用位移传感器测得, 传至数据采集和分析系统, 由计算机自动处理。

2 现场试验分析

2.1 现场测试情况

本次试验是以某特大桥大直径嵌岩钻孔灌注桩的现场自平衡试验为依托, 主桥采用刚性悬索加劲钢桁梁, 空间三桁承重结构, 上部结构传到基础的荷载大, 基础持力层主要为泥质砂岩, 极限强度较低。基础拟采用桩基础, 桩径1.50 m～2.20 m。荷载箱的放置位置要以使上段桩的侧摩阻约等于下段桩的侧摩阻与端阻之和为原则。根据地质勘察报告提供的侧摩阻力和端阻力建议值, 通过计算来预估。根据自平衡试桩法原理和上述计算依据, 最后确定的荷载箱位置为离桩底3.1 m。本文中挑选了有代表性的冲孔灌注桩N2AT号试桩测试数据进行分析, 试桩N2AT为非工程桩, 桩身混凝土和成桩工艺同工程桩, N2AT试桩先加载到30 000 kN, 然后卸压到0后进行桩底注浆试验, 待浆液凝固3 d后再次试验加载到45 000 kN;N2AT桩桩径1.5 m, 桩长33 m, 混凝土等级为C35, 设计荷载150 000 kN, 最大试验荷载45 000 kN。

2.2 现场测试数据

N2AT号试桩第一阶段试验于2008年10月16日晚8点开始进行, 试验连续进行了28 h, 逐级加载到3 520 t后卸载到0。表1为第一阶段荷载—位移 (P—S) 实测数据。

N2AT号试桩桩底压浆后, 于2008年10月26日上午10点开始进行加载试验测试, 按要求逐级加载到4 800 t后卸载到0。表2为第二阶段荷载—位移 (P—S) 实测数据。

3 实测数值与理论计算值分布的比较

3.1 有限元建模分析

桩周岩土体采用莫尔—库仑材料模型, 桩体采用线弹性模型。桩与桩周岩土体之间、桩底与岩层间设置了接触单元。

3.2 实测值与计算值比较分析

图1为荷载与荷载箱向上位移、向下位移和桩顶位移的实测值与计算值的比较图。从图中可以看出, 在相同的荷载作用下, 桩顶位移实测值与计算值比较吻合。荷载箱向上位移计算值大于实测值, 计算值为3.01 mm, 实测位移为1.9 mm;向下位移曲线在最后几步加载与实测曲线吻合得较好。从计算得到的向下位移曲线可以看出, 曲线可以分成三个阶段:第一个阶段为弹性变形阶段, 在此阶段, 桩侧摩阻力得到了发挥。第二阶段是桩底沉渣压密阶段, 在此阶段, 桩沉降曲线下降得较快, 随着沉渣的逐步压密, 其弹性模量逐渐增大, 桩端岩层开始发挥承载效应。第三阶段为桩底岩层承载阶段, 在这个阶段, 桩底岩层承载力得到充分发挥, 乃至破坏。

4 结语

1) 模拟计算桩顶位移的发展趋势及结果与实测结果基本一致, 上段桩位移的发展趋势与实测值一致, 结果大于实测值。2) 在荷载箱荷载作用下, 下段桩开始阶段位移的发展比较缓慢, 这与实测结果一致。随着侧阻达到极限, 位移快速发展, 但是与实测结果相比发展速率要小。3) 通过对试验结果和有限元模拟结果的对比分析, 验证了自平衡试桩法的可靠性。4) 由于桩基自平衡现场试验较少, 本文得出的结论难免有局限性, 以后应加强这方面的研究, 进一步深化其理论分析。

摘要：以某特大桥大直径嵌岩钻孔灌注桩的现场自平衡试验为依托, 以现场测试数据为依据, 建立有限元模型进行模拟分析。数值分析值与现场实测值的对比表明:模拟计算桩顶位移的发展趋势及结果与现场实测结果基本一致, 上段桩位移的发展趋势与实测值一致, 结果大于实测值。

关键词：自平衡测桩法,现场试验,荷载—位移变化规律,数值分析

参考文献

[1]周明星.基桩承载力测试技术与发展现状[J].桥梁建设, 1998 (3) :37-39.

[2]戴国亮.桩承载力自平衡测试法的理论与实践[D].南京:东南大学, 2003.

[3]龚维明, 戴国亮, 蒋永生.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报, 2002, 23 (1) :48.

自平衡荷载试验 篇4

1 自平衡静载试验的重要原理以及实际应用

在工程施工作业过程中, 由于其自身的试桩加载吨位相对较大, 所以选择使用的静载试验就如同以往的堆载试验一样, 因受其自身的条件限制而最终导致无法完成。因此我们在施工建设过程中, 可以选择使用自平衡试桩的方法来对该种地质的桩基进行相应的静载试验。从某种意义来说, 我们所选择使用的自平衡试桩因其所实际占用的场地相对较小, 因此操作起来比较方便, 而且花费的费用相对较低, 并节约了大量的时间, 还能够在完成大吨位加载的同时, 来有效的克服和解决各种不利地形所带来的一些负面影响。在作业时, 如果选择使用以往的堆载平台或者是传统的锚桩反力架, 不仅会导致其操作流程复杂起来, 而且所产生的成本还会相对较高。所以, 我们不能否认在使用这种方法进行工程建设时, 通过使用自平衡试桩往往还具有以下优点, 能够将水上试桩以及坡地试桩还有基坑底试桩能应用到该试验中来。

简单来说, 自平衡试验桩, 是现阶段工程施工作业过程中, 比较接近于当前竖向抗压桩的一种先进的试验方法。其自身所需要的加载设备往往需要将荷载箱依据一定标准逐渐的埋设到桩身平衡点处的。因此在试验过程中, 从其桩顶处通过使用相应的高压油管来对这几个荷载箱充加压力, 以使得箱顶可以同箱底逐渐的分离开来, 会产生一些向上或者是向下的某种推动力。进而在工程建设中, 将桩基周围土体的端阻力以及侧阻力调动开来, 直至破坏。此外在工程施工建设过程中, 可以将桩基侧面处的土摩阻力以及相应的桩端阻力经过相应的叠加方法而将其自身的桩基抗压力给添加到极限承载力中。

2 对试验结果的分析与讨论

2.1 极限承载力

在我们所熟知的自平衡方法中, 所得出的相关荷载值以及位移曲线其整体表示如图所示, 所得出的数据结果需要按照标准和流程进行相应转换, 并通过传统的静载试验将其在桩顶位移曲线中显示出来。

从图1我们可以看出, 两个桩体之间的等效转换应该是缓变型的, 但当整个桩体正端处的阻力值没有充分的发挥出来时, 其自身最大的位移数, 所相以对应的实际荷载值应该是当前极限承载力7~11#, 而相应的试桩承载力则应该是212805k N, 所以与之对应的位置距离应该为20.77mm。这个所使用的极限承载力值是170410, 所产生的相对位移则需要不断的满足其当前的设计来完成。

2.2 承载特性

在现阶段的施工作业过程中, 其桩基两端处的承载力都是将其桩基两侧的摩阻力来作为其主要力, 从其性质上看是属于一种端承摩擦力。而且其桩基所处的持力层正属于那种弱风化岩。因而其桩基的桩端处所不断伸入的岩层可以算得上是嵌岩桩。由于受到一定作用力的影响, 桩端处原有的承载力并没有将其应有的作用充分有效的发挥出来, 所以自身还有很大的潜力。

但我们也不难看出, 在开始进行试桩加载时, 其桩上部分位置开始同土地逐渐形成相位对移, 进而导致桩侧摩阻力被激活。虽然在这个过程中, 它所产生的位移量相对较小, 也只有区区的2~3mm, 但其之间的摩阻力却已经将其发挥到一个很大的程度, 大约要占其最终摩阻力值的80%左右。当然, 这同作业过程中, 其桩基周围处的土壤是有着密切关联的。结合当前第的施工现状来说, 我们将岩溶性地质大体划分成为3个层次, 其中最表层的一个层次是漂石层, 然后依次往下就是相对比较薄弱的溶沟石芽层, 接着就是最底层的灰岩层。整个分层过程中, 由于桩基周围的岩层, 其自身的图土层的弹性值相对较大, 所以对周围的桩基产生较大的围压值。依据相应的公式还有计算方法, 我们不难得出对桩土位移产生一定抵抗作用的剪切力是非常大的。但从另一层次来看, 它对激活施工作业过程中, 桩基周边的摩阻力所产生的位移值的影响却相对较小, 也就是在2~3mm。这就同桩基除土层是砂土或者是粘土的情况有所区别。但当桩基的两侧是岩土层时, 我们只需要很小的一个相对位移只就能够使得当前桩基侧边处的摩阻力达到一定的极限值。单从这一点来看, 其就具有很重要的指导意义。但从另外一个层次来说, 极端阻力值从最初就开始不断的将其作用有效的发挥出来, 但随着自身的加载值慢慢的发生变化, 其桩端阻力所需要承载的荷载力也正在逐渐的发生变化, 也就是在不断的增大。而当整个桩土位移值超过2mm之后, 那么极端处的阻力值就会同桩土之间的相对位移值停留在一条直线上。但当整个加载过程中完成之后, 这条直线并没有绝对明显的变化, 那么就说明一直等到这个加载全部完成之后, 其桩端处的灰岩层却始终处于一种弹性阶段, 没有真正的将其承载力充分的发挥出来。所以在这种情况之下, 其原本的承载安全系数就已经足够了。

3 总结

应该说, 在现阶段的工程建筑作业过程中, 由于我国的地理环境比较复杂, 因此会碰各种不同类型的地质环境。就拿岩溶地质来说, 由于其多处于溶沟以及溶洞中, 因此选择使用自平衡测试来进行相应的静载试验以及轴向应力测试, 可以对桩基自身的承载力以及承载特性还有桩端阻力进行科学有效的分析, 进而实现为类似地质情况的工程施工建设提供相关的数据参考。因此这就要求我们现阶段在施工作业过程中, 应切实做好相应的自平衡静载试验工作。

参考文献

[1]李国文.基桩自平衡法测试技术的研究与应用[J].山西建筑, 2009, 6 (35) :56-59.

自平衡荷载试验 篇5

1.1 工程概况

滨海新区中央大道第三合同段大沽段工程, 其上部结构采用预应力混凝土悬浇连续箱梁, 基础采用钻孔灌注桩, 为保证施工的顺利进行和结构的安全可靠, 根据国家规范, 有必要通过试桩验证桩基单桩极限承载力。本工程试桩数量为5根, 在工程桩上进行, 本文仅以ZY10-3#1根灌注桩举例。试桩编号为ZY10-3, 桩径为1200m m, 桩长50m, 桩底标高为-49.95m, 桩断持力层为粉砂, 混凝土强度等级为水下C35, 桩端最大加载值为4500×2KN, 检测方法为自平衡法。

1.2 试验目的

1) 确定竖向极限承载力;

2) 确定桩周围各土层的极限摩阻力;

3) 检验钻孔灌注桩施工工艺。

2 自平衡静载试验仪器及原理

2.1 试验仪器及设备

试验仪器采用的有:1) 荷载箱, 采用南京赛宝液压设备有限公司生产的型号为YG180-101×5, 使用数量为1个;2) 电子位移计, 采用扬州仪表厂生产的型号为7920#, 7922#, 使用数量为2个;3) 数据采集仪, 采用南京东南亚土木建筑仪器仪表厂生产的型号为DY-20型1#, 使用数量为1台。

2.2 试验原理

自平衡法是基桩静载试验的一种新方法, 该法是将一种特制的加载装置———荷载箱, 和钢筋笼焊接一起埋入桩内, 将荷载箱的高压油管引到地面, 然后浇注成桩。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载, 荷载箱将力传递到桩身, 从而迫使上段桩身发生向上的位移, 上段桩桩侧摩阻力从而逐渐增长, 同时使下段桩发生向下的位移, 下段桩桩侧阻力及桩端阻力也逐渐增加;当上下桩段的反力大小相等、方向相反时, 达到平衡加载的目的。根据向上向下Q-S曲线、S-lgt、S-lgQQ曲线以及等效转换曲线确定桩基承载力。荷载箱位置及试验元件布置详见图1:

3 试验情况

3.1 试验情况

3.1.1 加卸载分级

试验按照《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000) 附录B“桩试验办法”进行, 采用慢速维持加载法, 每级加载值为极限承载力的1/15。按15级14次加载, 第一次按两倍荷载分级加载, 卸载分5级进行, 每级卸载量为3倍荷载分级, 见表1 (下) 。

3.1.2 测试情况

2008年4月16日开始ZY10-3#灌注桩检测试验, 于2008年4月17日结束。当加载至第15级 (2×4500KN) 时, 荷载箱向上位移3.77m m, 荷载箱向下位移13.88m m。曲线呈缓变型, 因加载值已达到预估加载值, 终止加载, 开始卸载。

3.2 竖向抗压极限承载力确定

根据规程确定:

由《桩承载力自平衡测试技术规程》 (DB32/T291-1999) 公式

式中Qu为单桩竖向抗压极限承载力;Qu上为荷载箱上部桩的极限加载值;Qu下为荷载箱下部桩的极限加载值;W为荷载箱上部桩有效自重;γ为荷载箱上部桩侧阻力修正系数, 本工程γ=0.8。

3.3 主要土层极限摩阻力确定

3.3.1 桩身轴力计算

试桩自平衡试验开始后, 荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、往下传递。在同级荷载作用下, 试桩内混凝土所产生的应变量等于钢筋所产生的应变量, 相应桩截面微单元内的应变量即为钢筋的应变量。计算公式为PZ=σsAs+vσcAc

式中PZ为某级荷载作用下桩身截面的轴向力 (KN) ;σc为某级荷载作用下钢筋产生的应力值 (KN/m2) ;σs为某级荷载作用下钢筋产生的应力值 (KN/m2) ;Ac为桩身截面纵向钢筋总面积 (m2) 。

3.3.2 试桩桩侧摩阻力计算

各土层桩侧摩阻力qs根据公式qs=ΔPZ/ΔF式中qs为桩侧各土层摩阻力 (KN/m2) ;ΔPZ桩身量测截面之间的轴向力PZ的差值 (KN) ;ΔF为桩身量测截面之间桩段的侧表面积 (m2) 。

4 测试结果分析

4.1 单桩竖向抗压极限承载力测试结果

ZY10-3#试桩测试曲线图见示意图2, 单桩竖向抗压极限承载力见表2:

4.2 桩身轴力测试结果

由实测各级荷载作用下钢筋应力计的稳定频率值, 根据其力~定曲线, 结合标定截面得到的荷载~变关系及桩身尺寸推算试桩在各级荷载作用下桩身各截面的轴力, 见图3

4.3 桩身侧摩阻力测试结果

正是由于桩侧存在的摩阻力, 造成了桩身轴力在任意两桩身轴力测试面间的差值, 其差值的大小, 即为该段桩侧摩阻力, 而桩总的侧摩阻力可由桩顶荷载和桩端轴力之差得到。根据静载桩身轴力测试结果, 计算试桩在极限荷载下的总的侧摩阻力qs, 见图4:

4.4 施工工艺

本次试验取得了较好的效果, 试桩所采用的施工工艺对周围土层扰动小, 施工质量较高, 满足设计要求。

参考文献

[1]JGJ106-2003, 建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

[2]马远刚, 杨春和.极限状态及变形量控制下自平衡试桩承载力分析研究[J].岩土力学, 2009.

自平衡荷载试验 篇6

1.1 工程概况

唐山市曹妃甸工业区1#桥位于渤海湾滨海海域, 工程范围北起大桥北岸落地点 (桩号K3+637.917) , 南至大桥南岸落地点 (桩号K5+991.480) , 工程范围长约2.35km, 其中桥梁工程范围长约2.02km。主桥采用跨径为138m+138m的独塔单索面钢箱叠合箱梁斜拉桥, 全长276m, 塔梁分离体系, 扇形索布置, 主塔两侧各16对索。本工程基础均采用钻孔灌注桩。主塔基础采用Φ2.5m钻孔桩基础方案。同时, 由于基础需承受较大的水平力作用, 采用变截面桩, 上节桩 (约40m) 的桩径为Φ3.2m, 以增强其抗弯能力。主桥基础采用桩底后注浆工艺, 提高桩的承载能力。

由于该工程地处渤海湾滨海海域, 施工受潮位、潮流、大风等水文、气象的影响很大, 水中基础不仅要承受上部结构传下来的垂直荷载, 而且还要承受制动力、温度力、船撞力、冰压力、地震力等多种水平荷载及弯矩。因此进行桩基工艺与承载力试验可以为桩基的设计与施工提供重要指标与合理参数, 并将直接关系到桥梁结构的安全和工程造价。

1.2 试桩区地质条件

场地在基底构造上沉积了巨厚的第三系和第四系地层, 新第三系底面标高在-1300m以下, 顶面标高在-300～-600m, 第四系全新统 (Q4) 底标高约在-30m左右, 上更新统 (Q3) 底标高约在-140m, 场地地层主要为第四系海相地层。经本次勘探查明, 在本次最大勘察深度126.3m (孔深自河底面起算) 范围内, 地层自上至下根据土层分布、土性及工程特征可划分为9大层和9个亚层和2个夹层, 其中 (2) 层为全新世Q4沉积层, (3) ～ (9) 层为上更新世Q3沉积层。地层分布相对较均匀, 但埋深及厚度有一定变化。

1.3 试验内容与目的

为了验证设计承载力, 提供各土层及桩端有关参数, 测定基桩沉降和变形, 研究成孔工艺, 评估成桩质量, 特进行基桩静载试验, 主要内容与目的如下。

(1) 通过本次试验提出桩侧的分层极限摩阻力和桩端极限承载力, 验证地质报告提出的相关数据。确定进行试桩的钻孔灌注桩在注浆前、后的单桩极限承载力。为验证、指导大直径钻孔灌注桩的设计提供重要参数。

(2) 通过本次试验对近海处钻孔灌注桩的泥浆级配;水下混凝土级配;成孔、成桩 (清孔、下钢筋笼、二次清孔、灌混凝土) 、后注浆等施工工艺进行专题研究及科学试验与检测分析。为确定合适的施工机具设备, 确定钻孔灌注桩的施工工艺等提供重要的参数。

2 试验依据

(1) 《公路桥涵地基与基础设计规范》

(2) 《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000) 。

(3) 《港口工程桩基规范》 (JTJ254-98) 。

(4) 《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-94) 。

(5) 《桩承载力自平衡测试技术规程》 (DB32/T291-1999) 。

(6) 《曹妃甸工业区1#桥工程地质勘察报告》。

3 桩自平衡法承载力测试

3.1 试桩施工要求

试桩严格按设计图纸施工。施工具体步骤如下。

(1) 地面上绑扎和焊接钢筋笼, 由施工单位负责, 测试单位配合, 位移棒外护管、声测管连接用套筒围焊, 确保护管不渗泥浆。

(2) 严格按试桩图纸确定钢筋应变计在主筋上的位置, 钢筋传感器直接绑扎于主筋上, 绑扎过程中注意保护应变计导线, 穿过荷载箱预留孔时, 预留20cm左右的导线于预留孔内。具体由测试单位指导, 施工单位负责安装。

(3) 荷载箱应立放在平整地上, 吊车将上节钢筋笼 (外钢管) 吊起与荷载箱上顶板焊接 (所有主筋围焊, 并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离) 保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上, 再点焊喇叭筋, 喇叭筋上端与主筋, 下端与内圆边缘点焊, 保证荷载箱水平度小于3‰;然后荷载箱下底板与下节钢筋笼连接, 焊接下喇叭筋 (具体要求同上) 。

(4) 试桩混凝土标高同工程桩, 导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土, 当混凝土接近荷载箱时, 拔导管速度应放慢, 当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端方可拔过荷载箱, 浇混凝土至设计桩顶;荷载箱下部混凝土坍落度宜大于220mm, 便于混凝土在荷载箱处上翻。

(5) 埋完荷载箱, 保护油管及钢管封头 (用钢板焊, 防止水泥浆漏入) 。

(6) 灌注混凝土时, 要求制作一定量的混凝土试块, 待测试时作混凝土强度、弹性模量试验。

(7) 布置平衡梁 (基准梁) 。水下试桩时, 基准桩 (采用Φ600钢管桩) 打入土中不少于9m。基准梁一端与基准桩铰接, 另一端与基准桩焊接, 基准梁长度由试桩影响区域确定。

(8) 为尽量减少试桩时外部因素的影响, 测试时搭设了防风蓬架 (保护罩) , 确保测试时仪表不受外界环境的影响。

3.2 现场试验、测试工作

测试方做好测试记录、核对加载吨位, 桩身位移, 钢筋应变计频率数据。在整个测试过程中做好导线保护、仪器设备的防冲击、防振动和免受气候条件的影响措施, 并及时整理、计算出相关数据。

3.3 试验程序

每根试桩埋设两个荷载箱, 将试桩分成3段, 以试桩1为例, 试桩1每段计算承载力如图1所示。考虑压浆后承载力, 上荷载箱设计2×35000kN、下荷载箱设计加载能力为2×15000kN。

(1) 加、卸载分级:试桩每次加载分15级, 卸载分5级进行。

(2) 测试顺序: (1) 压浆前测试:成桩后28天进行压浆前测试。先进行下荷载箱测试 (试桩1预定加载值2×10000kN) , 预计先测出下段桩承载力;然后打开下荷载箱, 进行上荷载箱测试 (试桩1预定加载值2×22000kN, ) , 预计先测出中段桩承载力。然后关闭下荷载箱, 继续进行上荷载箱测试, 最后测出上段桩承载力。 (2) 压浆后测试:试桩测试结束后进行桩端注浆, 20天以后进行压浆后测试。先进行下荷载箱测试 (试桩1预定加载值2×15000kN) , 预计先测出下段桩压浆后承载力;然后打开下荷载箱, 进行上荷载箱测试 (试桩1预定加载值2×30000kN) 预计先测出中段桩压浆后承载力。然后关闭下荷载箱, 继续进行上荷载箱测试, 最后测出上段桩承载力。

3.4 试验数据的分析、整理

(1) 基桩轴向应力测试:为了测定桩身轴向力PZ与钢筋应力计所受力Pi的关系, 假定距荷载箱位置最近的断面为标准断面 (标定断面) , 通过标定断面实测桩身应力—应变关系, 便可计算其它量测断面的桩身轴向力PZ值。由于标定断面距荷载箱位置较近, 因此标定断面上的桩身轴向力近似等于荷载箱处荷载Q。据此便可计算出标定断面处钢筋应力计所受的压应力σg, 同时通过应变采集仪也能实测到钢筋应力计在荷载作用下的压应力σg。

(2) 单桩极限承载力判断标准:实测荷载箱向上 (Q+～s+) 、向下 (Q-～s-) 两条曲线, 根据位移协调原则, 转换成传统桩顶Q～s曲线, 如图2所示, 根据《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000) , 判断试桩极限承载力。

(3) 数据分析整理内容。 (1) 各试桩的P～S曲线的实测数据及加载、卸载曲线。 (2) 各试桩桩侧分层摩阻力和桩尖阻力的分析推荐意见, 并提供各桩轴向力沿桩身分布曲线。 (3) 各试桩的垂直承载力。

4 自平衡测试、分析结果

(1) 桩顶承载力。压浆前桩顶极限承载力为55975kN, 相应的位移为24.43mm;压浆后桩顶极限承载力为68635kN, 相应的位移为32.25mm。

(2) 桩侧摩阻力。

(3) 桩端承载力:压浆前桩端极限承载力为5787kN, 相应的位移为43.39mm压浆后桩端极限承载力为11296kN, 相应的位移为51.54mm。

5 结语