CN108532649A - 一种灌注桩的抗压静载试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌注桩的抗压静载试验方法。包括以下步骤：（1）设备准备；（2）并联组合千斤顶组装；（3）钢筋笼制作；（4）并联组合千斤顶与钢筋笼焊接；（5）下放钢筋笼，灌注成桩，并进行补浆施工；（6）在地面进行锚桩反力装置焊接或堆载反力装置安装；（7）按照《建筑基桩检测技术规范》中的慢速维持荷载法进行试验数据采集及数据分析。本发明设计的混合反力装置可利用部分无效桩身提供部分反力，不足部分用锚桩法或采用堆载法提供，从而解决了因受设计桩顶位于地下、地表场地狭窄、需严格模拟工程桩使用工况、难以开挖深基坑等条件限制，以及现有的静载试验方法难以实现试桩目的的工程难题。

Description

一种灌注桩的抗压静载试验方法

技术领域

本发明涉及一种建筑桩的抗压试验方法，特别是一种适用于城市轨道交通灌注桩试桩条件的单桩抗压静载试验方法，属于岩土工程检测技术领域。

背景技术

城市轨道交通试桩项目，设计桩顶标高通常位于地下二十米左右且不具备大范围开挖条件，设计要求严格模拟工程桩工况，单纯用自平衡法进行静载试验最大的问题是无法得到真实的桩顶沉降，桩的最终承载力需进行转换，故自平衡法不能严格模拟工程桩工况。而传统静载试验方法如锚桩法、堆载法或其联合法面临的难题是：其一，不开挖基坑只能将桩顶引至地表，则延长的桩身会虚增单桩承载力和桩的沉降；其二，若对虚增桩身做减摩处理，势必会让上部桩身悬空，引起试桩加载过程中的稳定性问题。故单纯采用传统静载试验方法和自平衡试验方法均无法达到可靠的试验目的。为此，寻找一种适合于城市轨道交通灌注桩试桩条件的单桩抗压静载试验方法，对于解决因受设计桩顶位于地下、地表场地狭窄难以开挖深基坑、需严格模拟工程桩工况的静载试验难题，具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种灌注桩的抗压静载试验方法。

本发明的技术构思是这样的：本发明在桩顶设计标高位置采用并联组合千斤顶加荷方式，将沉降观测的桩顶基准面由设计桩顶标高位置引出至自然地面标高位置，桩体浇筑时一次性浇筑至地面标高，在地面安装锚桩或堆载反力装置，从而完成工程桩的抗压静载试验。

具体的，本发明给出的一种灌注桩的抗压静载试验方法，包括以下步骤：

(1)试验设备的准备

并联组合千斤顶，锚桩反力装置或堆载反力装置及其组合型式，全自动静载试验仪器一套及其他辅助设备；

(2)并联组合千斤顶组装

①用短钢筋将千斤顶焊为整体并联组合千斤顶，千斤顶组合方式设计为均匀分布的圆环形，圆环中心与桩中心重合，中心预留满足混凝土灌注时导管能顺利通过的导管通道；

②组焊时，各千斤顶端面在同一平面上；

(3)制作钢筋笼

①制作钢筋笼时，从桩顶设计标高位置计算，将钢筋笼分割为上、下部分；

②下部钢筋笼制作按照设计试桩钢筋笼制作要求进行加工制作；

③上部钢筋笼制作参照试桩配筋方案进行制作，并绑扎各种声测管，保护管、液压油管等管路，相关管道的连接采用套筒围焊或螺纹连接方式，确保测管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体；

(4)并联组合千斤顶与钢筋笼焊接

①并联组合千斤顶上顶面与上部钢筋笼下端面对齐焊接，保证钢筋笼与并联组合千斤顶轴线同轴，再点焊喇叭筋，喇叭筋一端连接于主筋，另一端与并联组合千斤顶中心灌注孔内缘点焊，并联组合千斤顶上下底板按顺序进行连接；

②上、下部钢筋笼对接；

③将声测管、保护管、液压油管和注浆管分两阶段完成：首先，在每节钢筋笼上分体安装、绑定管路，并在千斤顶位置进行强度处理；然后，下放钢筋笼时，与每节钢筋笼的对接同步，完成管路对接安装；

(5)下放钢筋笼，灌注成桩，并进行补浆施工；

(6)锚桩反力装置焊接或堆载配重堆放；

(7)试验方法

混合反力装置抗压静载试验方法严格模拟工程桩工况，在地下数十米的设计桩顶加载和测试桩的沉降，其试验方法和承载力的确定与传统的静载试验方法一致，按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)中的慢速维持荷载法进行，从而得到试桩在设计有效桩顶标高处无需修正的单桩竖向抗压静载试验数据。

本发明取得的技术进步是：

(1)通过组合自平衡的加载设备和传统的静载试验反力设备，利用了桩身无效段提供部分反力，属于一种新型的反力形式，命名为混合反力装置；

(2)采用该装置严格模拟了工程桩的工作状态，解决了城市地铁试桩因场地狭窄、设计桩顶标高在数十米地下、不能开挖基坑、单纯自平衡法和传统静载试验法，难以严格模拟桩的实际工作状态的工程难题；

(3)混合反力装置的加载和观测位置均在桩顶设计标高，试验设备的安装符合自平衡静载试验要求。由于桩身无效段只提供部分反力而非基桩承载力的组成部分，因此不用对试验荷载、位移进行等效转换，其加载方式和极限承载力确定方法均按照一般抗压静载试验方法确定；

(4)为设计桩顶标高在地下数十米的试桩提供了一种较自平衡法更可靠、更合理，与传统反力装置试验效果完全一致的、环保节能的试桩方法。

本发明将加载千斤顶设置在桩体中，并将沉降观测点由设计标高引至地表，设计标高以上的那部分桩身只提供反力，总反力不足的部分由锚桩或堆载及其组合形式提供，如此得出的试验结果无需转换和修正，与传统载荷试验成果形式完全一致，故适合于城市轨道交通等试桩条件，解决了因受设计桩顶位于地下、地表场地狭窄难以开挖深基坑、需严格模拟工程桩工况的静载试验难题。

附图说明

图1是并联组合千斤顶安装示意图。

图2是锚桩反力装置平面布置图。

图3是堆载反力装置平面布置图。

图中标号代表的含义是：

1、位移计、油管等管线露头 2、声测管 3、地面标高 4、喇叭筋 5、导流体 6、导管通道 7、并联组合千斤顶 8、有效桩顶标高 9、桩底标高 10、基准梁 11、锚桩 12、反力主梁13、试桩 14、反力副梁 15、挂筒 16、堆载配重块 17、堆载平台 18、支墩。

具体实施方式

以下实例用于说明本发明。

某地铁项目位于市区繁荣市中心，设计试桩承载类型预估属于摩擦端承桩，桩端嵌入卵石层一定深度并压浆加强桩底阻力，设计桩顶标高为70.12m，有效桩顶标高为53.18m，即设计有效桩顶标高位于现地表下约16.94m，有效桩长14.5m。为避免开挖基坑，并充分利用上部桩身的无效摩阻力，确定采用混合反力装置形式。

1.试验设备的安装

(1)设备准备

辅助设备：钢筋、绑丝、专用液压油、油管、导管等。

(2)并联组合千斤顶组装

①以短钢筋将千斤顶焊为整体并联组合千斤顶，其千斤顶组合方式设计为均匀分布的圆环形，其中心与桩桩中心重合，中心预留导管通道应满足混凝土灌注导管顺利通过。

②组焊时，应保证各千斤顶端面在同一平面上。

(3)钢筋笼制作

①制作钢筋笼时，从桩顶设计标高位置计算，将钢筋笼分割为上、下部分；

②下部钢筋笼制作按照设计试桩钢筋笼制作要求进行加工制作；

③上部钢筋笼制作可参照试桩配筋方案进行制作，并绑扎各种声测管，保护管、液压油管等管路；相关管道的连接可采用套筒围焊或螺纹连接方式，但应确保测管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体。

(4)并联组合千斤顶与钢筋笼焊接

将并联组合千斤顶用吊车侧吊，将吊起后的并联组合千斤顶与钢筋笼进行焊接；焊接方法为：钢筋笼的主筋与并联组合千斤顶上的方钢或加强筋(现场加工制作)进行焊接；焊接标准：钢筋笼与并联组合千斤顶必须保持垂直，偏心度控制在5度之内。

并联组合千斤顶的底标高同试桩顶设计标高，并联组合千斤顶形心轴线应与钢筋笼纵向轴线一致，其上下端面应配加密钢筋网片2层(网眼Φ8，120mm*120mm，轴向间距200mm)并布置喇叭口钢筋起加强和引导灌注导管的作用。为此可采用分段加工钢筋笼，然后进行组装的加工形式。并联组合千斤顶与钢筋笼的喇叭口连接应在地面加工成一体，作为完整段与钢筋笼其它段进行悬吊入孔连接。并联组合千斤顶的焊接应在检测技术人员的指导下完成。并联组合千斤顶上的初始段位移观测管(4根)和油压管引出通道(两根)应与并联组合千斤顶一起在地面焊接完毕并经检测人员检查合格。

(5)下放钢筋笼，灌注成桩，并进行补浆施工。

将带有组合千斤顶的钢筋笼下放至标高要求处，浇筑混凝土。当混凝土接近并联组合千斤顶时，拔导管速度应放慢，当并联组合千斤顶上部混凝土大于2.5m时导管底端方可拔过并联组合千斤顶，浇混凝土至设计桩顶；并联组合千斤顶下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在并联组合千斤顶处上翻。

加荷油管在桩施工及养护过程中不得碰损，并按检测人员要求进行分段绑扎固定，末端引至地表，施工过程中应采取保护措施，防止碰伤相关装置

(6)锚桩反力装置焊接

本工程在地面架设锚桩反力装置，在地面架设锚桩反力装置，以试桩为中心，自下而上依次吊装，最后将挂筒与锚桩钢筋焊接。

2.试验数据采集

由于混合反力装置抗压静载试验方法严格模拟工程桩工况，在地下数十米左右的设计桩顶加载和测试桩的沉降，因此其加载方式和试验方法与一般传统的静载试验方法一致，采用慢速维持荷载法逐级加荷，每级荷载的沉降量达到相对稳定标准后再加下一级荷载。其具体技术要求为：

⑴荷载分级：分级荷载宜为最大加载值或预估极限承载力的1/10，其中，第一级加载量可取分级荷载的2倍。

⑵稳定标准：在每级荷载作用下，每一小时内的桩顶沉降量不得超过0.1mm，并连续出现两次(从分级荷载施加后的第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，可施加下一级荷载。

⑶观测与记录：每级荷载施加后，应分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次桩顶沉降量。

⑷终止加荷条件：

符合下列条件之一时可终止加荷：

①某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的5倍，且桩顶总沉降量超过40mm；

②某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的2倍，且经过24h尚未达到试验方法中的稳定标准；

③已达到设计要求的最大加载值且桩顶沉降达到相对稳定标准；

④工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已到达允许值。

⑤荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60mm-80mm；当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

⑸卸荷观测：卸载时，每级荷载应维持1h，分别按第15min、30min、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测度桩顶残余沉降量，维持时间不得小于3h，测读时间分别为第15min、30min，以后每隔30min测读一次桩顶残余沉降量。

本工程试桩所包含的3根试桩的试验过程概况如下表：

混合反力装置提供的反力能力保证了本次试桩，最终加载量分别超过预估加载量20～40％，满足了试验要求。

3.数据分析

混合反力装置的加载和观测位置均在桩顶设计标高，桩身无效段只提供部分反力而不参与基桩承载力，因此无需对桩顶有效荷载、位移进行等效转换。

单桩竖向抗压极限承载力应按下列方法分析确定：

⑴根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q-s曲线，应取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值；

⑵根据沉降随时间变化的特征确定：应取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值；

⑶在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定标准时，宜取前一级荷载值；

⑷对于缓变型Q-s曲线，宜根据桩顶总沉降量，取s等于40mm对应的荷载值对D(D为桩端直径)大于等于800mm的桩，可取s等于0.05D对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩；

⑸不满足以上情况时，桩的竖向抗压极限承载力宜取最大加载值。

本工程试桩获得的Q-S曲线均呈缓变状态，故按相对沉降确定单桩极限承载力。设计要求承载力特征值时沉降量≤20mm，根据承载力特征值与极限值的量值关系，则单桩承载力极限值(两倍特征值)时，其沉降量也按2倍设计沉降量控制，故可按40mm沉降量取定单桩竖向抗压承载力极限值。

据此取定3根试桩极限承载力分别为：

试桩A：31410kN

试桩B：29166kN

试桩C：26923kN

3根桩竖向抗压极限承载力平均值为29167kN，极差与均值的比值为15％，满足检测规范JGJ106中4.4.3款第1条规定，故本组试桩单桩竖向抗压极限承载力统计值可取为29167kN，相应的单桩竖向抗压承载力特征值取极限值的一半，则为14583kN。

试桩承载力特征值时对应的沉降见下表：

桩号	承载力特征值(kN)	相应位移(mm)
			试桩A	15705	5.73
试桩B	14583	5.55
			试桩C	13462	4.55
平均值	14583	5.28
			极差/均值	15％	22％
建议取值	14583	5.73

按照设计允许沉降20mm评定，承载力特征值取14583kN时，沉降量为5.73mm，符合设计要求。

4.操作实施情况

该工程检测工期7天，共完成3根试桩检测，试验成果经专家评审真实有效。该方法节省土方开挖成本和工期，为后续工程建设提供了便利。

Claims (1)

1.一种灌注桩的抗压静载试验方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）试验设备的准备

并联组合千斤顶，锚桩反力装置或堆载反力装置及其组合型式，全自动静载试验仪器一套及其他辅助设备；

（2）并联组合千斤顶组装

①用短钢筋将千斤顶焊接成整体并联组合千斤顶，千斤顶组合方式设计为均匀分布的圆环形，圆环中心与桩中心重合，中心预留满足混凝土灌注时导管能顺利通过的导管通道；

②组焊时，各千斤顶端面在同一平面上；

（3）钢筋笼制作

①制作钢筋笼时，从桩顶设计标高位置计算，将钢筋笼分割为上、下部分；

②下部钢筋笼制作按照设计试桩钢筋笼制作要求进行加工制作；

③上部钢筋笼制作可参照试桩配筋方案进行制作，并绑扎各种声测管，保护管、液压油管等管路；相关管道的连接采用套筒围焊或螺纹连接方式，应确保测管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体；

（4）并联组合千斤顶与钢筋笼焊接

①并联组合千斤顶上顶面与上部钢筋笼下端面对齐焊接；保证钢筋笼与并联组合千斤顶轴线同轴，再点焊喇叭筋，喇叭筋一端连接于主筋，另一端与并联组合千斤顶中心灌注孔内缘点焊，并联组合千斤顶上下底板按顺序进行连接；

②上、下部钢筋笼对接；

③将声测管、保护管、液压油管和注浆管分两阶段完成：首先，在每节钢筋笼上分体安装、绑定管路，并在千斤顶位置进行强度处理；然后，下放钢筋笼时，与每节钢筋笼的对接同步，完成管路对接安装；

（5）下放钢筋笼，灌注成桩，并进行补浆施工；

（6）锚桩反力装置焊接或堆载配重堆放；

（7）试验方法

混合反力装置抗压静载试验方法严格模拟工程桩工况，在地下数十米的设计桩顶加载和测试桩的沉降，其试验方法和承载力的确定与一般传统的静载试验方法一致，按照《建筑基桩检测技术规范》中的慢速维持荷载法进行，从而得到试桩在设计有效桩顶标高处的单桩竖向抗压静载试验数据，该数据在分析时无需修正。