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地基、基桩静载试验的几种反力装置的应用

作者:admin 发布时间:2018-05-30 11:23

  地基和基桩承载力的准确测试对于各类建筑物基础设计乃至上部结构的设计都起着举足轻重的作用。

  地基承载力的确定主要以下方法:平板载荷试验、螺旋板载荷试验、岩体直剪试验、十字板剪切试验、预钻式旁压试验、标准贯入试验、动力触探试验和静力触探试验。由于平板载荷试验的试验方法接近工程实例,试验过程和结果最能反映地基岩土的实际状况,因此工程上应用最为普遍。平板载荷试验主要有测定地基及复合地基承载力的浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验以及测定岩基承载力的岩基载荷板试验。

  确定单桩承载力的方法很多,总的可分为三大类:第一类是对工程现场试桩进行静载荷试验,通过对试桩进行加压得出压力和对应的位移值以推算单桩承载力值,第二类是高应变动力检测,通过对力和速度波形进行分析,推定单桩承载力;第三类是通过在桩身或底部埋设特制的荷载箱,进行自反力平衡静载试验,分别得出桩端阻力和桩身的侧阻力后计算求得单桩承载力。基桩检测的主要目的之一是确定单桩承载力,而单桩竖向静载荷试验是公认的检测单桩竖向承载力最直观、最可靠的方法。

  地基载荷板试验和单桩竖向静载试验均是以一固定时间段的沉降量作为稳定标准,通过施加不同大小的荷载,测读地基和桩身的沉降量,从而得出荷载与沉降量的关系曲线,通过试验数据的判读来确定地基和桩的承载力值大小。

  静载试验中,作用于桩上的荷载一般由反力装置提供。反力装置的易用程度直接影响着试验的过程和结果,常用的有堆载反力装置和锚桩反力装置。

  堆载反力装置就是在桩项使用钢梁设置一承重平台,上堆重物,依靠放在桩头上的千斤顶将平台逐步项起,从而将力施加到桩身。反力装置的主梁可以选用型钢,也可用自行加工的箱梁,平台形状可以根据需要设置为方型或矩形,堆载用的重物可以选用砂袋、混凝土预制块等。

  锚桩反力装置就是将被测桩周围对称的几根锚桩用锚筋与反力架连接起来,依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起,由被连接的锚桩提供反力,提供反力的大小由锚桩数量,反力架强度和被连接锚桩的抗拔力决定。锚桩反力装置一般不会受现场条件和加载吨位数的限制,当条件允许,采用工程桩作锚桩是最经济的,但在试验过程中需要观测锚桩的上拔量,以免拔断,造成工程损失。

  锚杆反力装置是将几只螺旋钻钻入地下或在岩基中植入锚杆,使用地锚提供反力,俗称锚杆反力装置。小吨位基桩、复合地基以及岩基载荷板试验,小巧易用的地锚就显示出了工程上的便捷性。地锚根据螺旋钻受力方向的不同可分为斜拉式(也即伞式)和竖直式,斜拉式中的螺旋钻受土的竖向阻力和水平阻力的影响,竖直式中的螺旋钻只受土的竖向阻力的影响,而在基岩中植入锚杆主要受基岩自身的强度及植入深度的影响。

  另外还有一些反力装置比如锚桩与堆重平台联合装置,以及利用现有建筑物或特殊地形提供反力的。图1~图4给出几种反力装置的安装示意图。

  堆载反力装置使用比较广泛,其承重平台搭建简单,适合于不同荷载量试验,及于不配筋或少配筋的桩,可对工程桩进行随机抽样检测。在千斤顶配合下,该装置可以将力合理的施加到桩上,荷载量的大小比较容易控制。由于开始试验前,堆重物的重量由支撑墩传递到地面,使桩周土受到了一定的影响,有报道称,当荷载大于20000kN时,影响深度将达到45m深。而且大吨位试验时,若用袋装砂石或场地土等作为堆重物,由于上部荷载较大,造成安装时问较长,而且需要进行技术处理,以防鼓凸倒塌。许多单位使用混凝土预制块堆重,大大减少了安装时间,但需运输车辆及吊车配合,试验成本较高;使用水箱配重,试验结束后,由于要放水,试验后的排水工作比较难以处理。锚桩反力装置通过邻近工程桩或预设锚桩提供反力,安装快捷,特别对于大吨位试桩,节约成本明显。但这种装置安装时荷载对中不易控制,试验的开始阶段容易产生过冲,当使用工程桩做锚桩时,会对工程桩的承载力产生一定的影响,如果为试验桩设置专用的锚桩,则会大大增加相关成本。锚桩在试验过程中受到上拔力的作用,其桩周土的扰动同样会影响到试桩,《建筑桩基技术规范》(JGJ9494)提出的试桩与锚桩之间的中心位置应4d且《2.0米就是为了减小这种影响(d一试桩或锚桩的设计直径)。对于桩身承载力较大的钻孔灌注桩锚桩反力梁装置无法进行随机抽样检测。

  小吨位(1000kN以内)试验,地锚反力装置比较适用。这种装置小巧轻便、安装简单、成本较低,但同样也存在荷载不易对中,油压会产生过冲的问题,且在试验过程中一旦拔出地锚,试验将无法继续下去。

  在基岩中植入螺纹钢筋等轻便锚杆较易于操作,工作量小,且锚杆数量易于控制,因而岩基载荷板试验最适合使用地锚反力装置进行试验。

  不论堆载反力装置还是锚桩反力装置,其安装都存在一个对中问题,如果反力作用点偏离了地基测试点或桩头的中心位置,轻者使试验数据失真,重者会使试桩遭到破坏。

  提供的作用力应作用在地基测试点或桩项的正中心,是静载测试中反力装置安装所要遵循的一条原则就。堆载反力装置应注意二个一致,即平台的中心与地基测试点或桩头的中心一致,重物的中心与平台的中心一致。锚桩反力装置,要特别注意锚桩或地锚的对称性,只有对称地排布锚桩或地锚才能尽可能地使反力作用在桩顶的中心,也才能保证锚桩或地锚出力一致,不至于出现工程事故。

  锚桩反力装置在试验过程中特别是加载的前几级容易出现油压过冲现象,如果处理不好,严重的时候一次可以过冲一到二级荷载,过冲很容易影响到试桩的沉降量,在使用锚桩反力梁装置时必须控制好加载,防止油压过冲现象。

  试验过程中,由于设计、选材或焊接等原因会出现锚筋被拉断或焊接点开裂等现象,此时可先卸下荷载,重新焊接锚筋,或根据需要重新加强锚筋。锚筋处理完毕并待焊筋冷却后应先加载到卸载前的荷载量,稳定一段时间后再继续进行测试。

  不论堆载反力装置的安装还是锚桩反力装置的安装,其所应提供的反力不应小于预估最大试验荷载的1.-1.5倍。试验过程中,当估计到反力装置提供的反力不够时,对于堆载反力梁装置,要提前进行上部压荷重的增补:对于锚桩反力粱装置,可在横梁上对称放置或悬挂一定重物。

  反力装置的选取应该根据工程试验的实际情况,如地基的性状或基桩的桩型、现场条件、试验成本等因素进行综合选择。要想达到事半功倍的效果,必须做好充分的试验调研和前期试验准备。

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