樁基及地基靜載荷試驗(yàn)的原理及方法介紹

靜載荷試驗(yàn)方法及實(shí)施辦法地基基礎(chǔ)檢測的目的與分類地基基礎(chǔ)檢測，按照檢測對象，可分為：（1）對樁基進(jìn)行檢測，常見樁型有：現(xiàn)場灌注樁：人工挖孔樁，鉆孔灌注樁，沉管灌注樁（振動、錘擊），夯擴(kuò)樁，CFG樁，素混凝土樁預(yù)制樁：預(yù)制方樁，預(yù)應(yīng)力管樁（2）天然地基和處理后的地基進(jìn)行檢測天然地基：地表，坑底復(fù)合地基：粉噴樁，碎石樁，石灰樁強(qiáng)夯地基及其它回填換填地基（3）對巖基進(jìn)行檢測（4）對錨桿進(jìn)行檢測樁基檢測的目的和分類傳統(tǒng)的樁基檢測目的，主要是圍繞基樁樁身完整性和承載力兩大軸線所展開，由此衍生出多種檢測方法。最常用有下述五種方法，現(xiàn)將各自特點(diǎn)分別列于表：表1.1灌注樁質(zhì)量檢測方法統(tǒng)計(jì)表序號檢測方法主要檢測目的特點(diǎn)1靜荷載試驗(yàn)確定承載力可憑經(jīng)驗(yàn)判斷完整性成本高，費(fèi)時，可靠性高2高應(yīng)變動力檢測確定承載力判定樁身完整性成本高，局限性大，人為因素多3應(yīng)力波反射法低應(yīng)變動測判定樁身完整性成本低，高效率，對小樁有效4聲波透射法判定樁身完整性成本低，高效率，對大樁有效5鉆芯法檢測檢測樁長、樁身砼強(qiáng)度及樁底沉渣厚度和巖土性質(zhì)，判定樁身完整性成本較高，直觀可靠除鉆芯法外，一般的樁基檢測方法，可分為靜載試驗(yàn)法和動力檢測法兩大類。動力檢測法，根據(jù)作用于樁頂上的能量大小，分為高應(yīng)變動測和低應(yīng)變動測兩種。當(dāng)作用與樁頂?shù)哪芰枯^大，直接測得的打擊力與設(shè)計(jì)極限值相當(dāng)，可計(jì)算相應(yīng)動測極限承載力時，即稱為高應(yīng)變動測。當(dāng)作用與樁頂?shù)哪芰啃?，僅能使樁土間產(chǎn)生微小的擾動，此時即為低應(yīng)變動測法。目前高應(yīng)變動測有波動方程分析法、Case法、曲線擬合法和動靜法等。低應(yīng)變動測有機(jī)械阻抗法、應(yīng)力波反射法、球擊法、動力參數(shù)法和水電效應(yīng)法等。動力參數(shù)法、機(jī)械阻抗法和水電效應(yīng)法等方法由于儀器和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的影響，只在某些地區(qū)開展，本書中暫不作介紹。隨著檢測技術(shù)的日趨成熟，人們對于樁基的質(zhì)量檢測更加重視，更加深入人心，并對施工各時段的檢測進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化，可歸納為：為設(shè)計(jì)人員提供地基或樁基力學(xué)參數(shù)或工藝參數(shù)。在施工過程中為指導(dǎo)施工，監(jiān)控施工質(zhì)量而進(jìn)行實(shí)時或跟蹤檢測，此時稱為施工檢測。施工完成后，對工程質(zhì)量作進(jìn)一步的驗(yàn)證，此時稱為驗(yàn)收檢測。對正在施工或已投入使用的建筑物地基基礎(chǔ)，由于施工、設(shè)計(jì)、災(zāi)害、改造和質(zhì)量爭議等原因?qū)ζ滟|(zhì)量作進(jìn)一步驗(yàn)證，此時稱為鑒定檢測。對于不同施工時段、不同檢測目的分別采用不同的檢測程序、不同的檢測方法或采用多種方法對比檢測，使得樁基檢測工作更趨理性，更加科學(xué)客觀，更為經(jīng)濟(jì)可靠。檢測技術(shù)的發(fā)展簡介靜載荷試驗(yàn)方法分類地基基礎(chǔ)的靜載荷試驗(yàn)，可分為以下幾種方法：（1）單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)（2）單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)（3）單樁（帶承臺）水平靜載荷試驗(yàn)（4）土層錨桿/巖石錨桿抗拔試驗(yàn)（5）復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)（6）淺層平板靜載荷試驗(yàn)（7）深層平板靜載荷試驗(yàn)（8）巖基靜載荷試驗(yàn)單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)對于樁基實(shí)施的靜載荷試驗(yàn)，可分為以下三種：（1）單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，其檢測目的是確定單樁豎向抗壓極限承載力值，判定豎向抗壓承載力能否滿足設(shè)計(jì)要求。與高應(yīng)變進(jìn)行對比試驗(yàn)，驗(yàn)證高應(yīng)變的檢測承載力結(jié)果的可靠性。該方法同時開展樁身內(nèi)力及變形檢測，可進(jìn)一步測定樁側(cè)和樁端阻力。（2）單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，其主要目的是確定單樁抗拔極限承載力。（3）單樁水平靜載試驗(yàn)，該方法用以確定單樁水平臨界和極限承載力，推定土的抗力系數(shù)。在單樁靜載荷試驗(yàn)中，豎向抗壓試驗(yàn)最為常見，對此作詳細(xì)介紹，其它兩種試驗(yàn)方法不常采用，本書中不作累述。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的實(shí)施為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)在大批量的工程樁施工前，常選取本場區(qū)地質(zhì)條件具有代表性的位置，采用與工程樁相同的施工方法，先行施工幾根試樁。通過對試樁進(jìn)行豎向抗壓靜載試驗(yàn)，確定單樁極限承載力值，以判定樁基設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性和施工工藝的可行性。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007—2002)》和其它有關(guān)行業(yè)及地方標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的靜載試驗(yàn)一般要進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，即試驗(yàn)應(yīng)加載至破壞時為止，使試驗(yàn)者足以能夠通過綜合分析，確定單樁極限承載力。當(dāng)設(shè)計(jì)者明確要求時，或滿足下列任一條件時，應(yīng)對試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)：設(shè)計(jì)等級為甲級、乙級的建筑樁基；地質(zhì)條件復(fù)雜、施工質(zhì)量可靠性低的建筑樁基；本地區(qū)采用的新樁型或新工藝。規(guī)范同時要求，檢測數(shù)量在同一條件下不宜少于總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根。為工程驗(yàn)收實(shí)施的檢測對于工程樁驗(yàn)收實(shí)施的靜載試驗(yàn)，可不進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，即一般要求最大加載量為單樁承載力特征值的2倍。針對某一具體工程，根據(jù)設(shè)計(jì)所使用的不同規(guī)范，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不同等級，以及不同的基礎(chǔ)形式(單樁或群樁基礎(chǔ))和不同的施工工藝，設(shè)計(jì)者采用的承載力設(shè)計(jì)值和承載力特征值可能有所不同。由此我們確定的最大試驗(yàn)荷載和試驗(yàn)分級方法亦可能會存在一些差異，不能生搬硬套某一規(guī)范的某些規(guī)定，必須適時作變通處理。針對某些特殊目的所開展的靜載試驗(yàn)，諸如開展低應(yīng)變、鉆芯法或高應(yīng)變檢測后對于樁基承載力有懷疑，需作進(jìn)一步的驗(yàn)證時，或者需要對樁基質(zhì)量作鑒定檢測時，必須根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，編制不同的檢測方案。靜載試驗(yàn)的具體實(shí)施過程由于單樁靜載試驗(yàn)作業(yè)周期長，檢測方參與人員多，并涉及到大量的檢測人員組織與管理，作業(yè)過程中參與配合的單位和部門多。因此必須精心計(jì)劃，周密組織。具體實(shí)施步驟為：針對不同的檢測目的、不同的設(shè)計(jì)要求和依據(jù)不同的技術(shù)規(guī)范，根據(jù)不同工地的具體實(shí)際，廣泛收集技術(shù)資料，精心編寫技術(shù)穩(wěn)妥、切實(shí)可行的檢測方案。有必要時可前往現(xiàn)場踏勘或會同有關(guān)單位人員召開技術(shù)交底和技術(shù)碰頭會。依據(jù)檢測方案，組織技術(shù)人員和工人，清理準(zhǔn)備靜載儀器設(shè)備，檢校各種計(jì)量儀表，如期進(jìn)場開展試驗(yàn)。到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場后，按照技術(shù)規(guī)范和檢測方案要求搭設(shè)壓重試驗(yàn)平臺，正確安裝檢測儀器儀表。靜載試驗(yàn)所需的反力，一般由以下三種形式的裝置提供：錨樁橫梁反力裝置(圖7.3.1)，該裝置采用4根或4根以上的工程樁和幾根主梁和次梁，為試驗(yàn)提供反力。

k配肝橘蘢錨帖主筋墊墳枕頭次梁準(zhǔn)樁圖7.3.1錨樁試驗(yàn)裝置示意圖b）壓重平臺反力裝置（圖7.3.2），在搭設(shè)的壓重平臺上，安全堆放足夠量的配重物如砂袋或預(yù)制砼構(gòu)件，所有配重物要求試驗(yàn)開始時一次加足。k配肝橘蘢錨帖主筋準(zhǔn)樁圖4-8堆載試驗(yàn)裝置示意圖圖7.3.2堆載試驗(yàn)裝置示意圖c）錨樁壓重聯(lián)合反力裝置，當(dāng)試驗(yàn)的最大加載量超過錨樁的抗拔能力時，可在橫梁上堆放一定重物，由錨樁和重物共同提供試驗(yàn)所需的反力。靜載試驗(yàn)一般采用油壓千斤頂加載，千斤頂通過油管與油泵相連接，由油泵對千斤頂加載，其加載量通過與油管連通的壓力表讀出。試驗(yàn)加載采用慢速維持荷載法，即逐級加載法。每級荷載加載后達(dá)到相對穩(wěn)定后方可加下一級荷載。每級荷載作用下，樁身的沉降量由穩(wěn)定安裝在基準(zhǔn)梁上的百分表讀出。加載試驗(yàn)終止后，依據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行卸載和卸載沉降觀測。關(guān)于試驗(yàn)荷載分級現(xiàn)場檢測完成后，對現(xiàn)場檢測記錄資料進(jìn)行分析整理，繪制Q—s曲線和s一lgt曲線，確定單樁極限承載力，并對所有檢測樁進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷能否滿足設(shè)計(jì)要求，編寫檢測報(bào)告。常見的Q-s曲線形態(tài)單樁Q-s曲線與只受基底土性制約的平板載荷試驗(yàn)不同，它是總側(cè)阻Qs、總端阻Qp隨時間（或沉降）聯(lián)動變化的綜合反映，因此在許多試驗(yàn)種，開始加載初期不出現(xiàn)線性段，單樁靜載試驗(yàn)得破壞模式與特征難以由Q-s曲線反映出來。一條典型的緩變型Q-s曲線（如圖7.3.4）應(yīng)具有以下四個特征：（1）比例界限Qp（又稱第一拐點(diǎn)），它是Q-s曲線上起始的擬直線段的終點(diǎn)所對應(yīng)的荷載。（2）屈服荷載Qy，它是曲線上曲率最大點(diǎn)所對應(yīng)的荷載。（3）極限荷載Qu，它是曲線上某一極限位移su所對應(yīng)的荷載。此荷載亦可稱為工程上的極限荷載。（4）破壞荷載Qf，它是曲線的切線平行于s軸（或垂直于Q軸）時所對應(yīng)的荷載。事實(shí)上Qu為工程上的極限荷載，Qf才是真正的極限荷載。但是現(xiàn)今世界各國也包括我國，所開展以驗(yàn)收為目的的載荷試驗(yàn)，往往達(dá)不到極限荷載Qf便終止了試驗(yàn)，而單樁豎向承載力特征值往往最大試驗(yàn)荷載除以規(guī)定的安全系數(shù)（一般為2），這顯然是偏于安全的。圖7.3.4典型的緩變型Q-s曲線下面介紹工程實(shí)踐中常見的幾種Q-s曲線，如圖7.3.5，從中可進(jìn)一步剖析荷載傳遞和承載力性狀。圖中Qsu為樁側(cè)土阻力，Qpu為樁端土阻力，Q^Qw+Q^為極限承載力。（1）軟弱土層中的摩擦樁（超長樁除外）。由于樁端一般為刺入剪切破壞，樁端阻力分擔(dān)的荷載比例小，Q-s曲線呈陡降型，破壞特征點(diǎn)明顯，如圖7.3.5（a）。（2）樁端持力層為砂土、粉土的樁。由于端阻所占比例較大，發(fā)揮端阻所需沉降大，Q-s曲線呈緩變型，破壞特征點(diǎn)不明顯，如圖7.3.5（b）樁端阻力的潛力雖較大，但對于建筑物而言已失去利用價值，因此常以某一極限位移su，一般取su=40-60mm，控制確定其極限承載力。（3）擴(kuò)底樁。支承于礫、砂、硬黏土或粉土上的擴(kuò)底樁，由于端阻破壞所需沉降量過大，端阻力所占比例較大，其Q-s曲線呈緩變型，極限承載力一般可取su=0.05D控制，如圖7.3.5（c）。（4）泥漿護(hù)壁作業(yè)，樁端有一定沉淤的鉆孔樁。由于樁底沉淤強(qiáng)度低、壓縮性高，樁端一般呈刺入剪切破壞，接近于純摩擦樁，Q-s曲線呈陡降型，破壞特征點(diǎn)明顯，如圖7.3.5（d）。（5）樁周為加工軟化型土（硬黏性土、粉土或高結(jié)構(gòu)性黃土等）且無硬持力層的樁。由于側(cè)阻在較小位移下發(fā)揮出來并出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，樁端承載力低，因而形成突變、陡降型Q-s線型，與圖7.3.5（d）所示孔底有沉淤的摩擦樁的Q-s曲線相似。（6）干作業(yè)鉆孔樁孔底有虛土。Q-s曲線前段與一般摩擦樁相同，隨著孔底虛土壓密，Q-s曲線的坡度變緩，形成臺階，如圖7.3.5（e）。（7）嵌入堅(jiān)硬基巖的短粗端承樁。由于采用挖孔成樁，清底好，樁不太長，樁身壓縮量小和樁端沉降小，在側(cè)阻力尚未充分發(fā)揮的情況下，便由于樁身材料強(qiáng)度的破壞而導(dǎo)致樁的承載力破壞，Q-s曲線呈突變、陡降型，如圖7.3.5（f）。當(dāng)樁的施工存在明顯的質(zhì)量缺陷，其Q-s曲線將呈現(xiàn)異常。異常形態(tài)隨缺陷的位置和性質(zhì)、樁周土層性質(zhì)、樁型等而異。復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)與多樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)單樁復(fù)合地基檢測試驗(yàn)承壓板面積的確定已知置換率為m，單樁截面積為Ap則單樁的處理面積A也m荷載分級試驗(yàn)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)淺層平板靜載荷試驗(yàn)土工試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)方法荷載分級注意事項(xiàng)深層平板靜載荷試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法荷載分級注意事項(xiàng)巖基靜載荷試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法荷載分級注意事項(xiàng)幾種靜載荷試驗(yàn)方法的比較歸