CN1226493C - 端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法 - Google Patents
端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法,属于建筑技术领域,包含步骤:a.根据地质勘探资料,估算桩的端承力、摩阻力数值,设计制作荷载箱;b.将荷载箱焊接于通长钢筋笼端部,将钢筋笼吊装放入桩孔内;c.清理桩孔、验收、浇注混凝土;d.混凝土强度生成70%后,慢速维持荷载法或快速维持荷载法检测桩承载力;e.向荷载箱高压注入流态膨胀混凝土;本发明方法以桩自身平衡提供检测所用压力,降低检测成本,受环境因素影响小,节省工期,加快工程进度,检测数据安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于建筑技术领域,特别涉及一种大直径桩基础检测技术。
背景技术
高层、超高层建筑日渐增多,大直径桩子承载力数百吨、数千吨的桩子普遍应用,竖向静载试验比较困难,美国西北大学土木系荣誉教授Jorj.osterberg博士发明了自平衡测桩法,获得美国深基础协会突出贡献奖,并很快在世界各地推广应用,其原理是利用千斤顶式的荷载箱(o.cell)装在桩底,借千斤顶油压系统的压力向上推桩身测桩子的摩阻力,向下推压桩子的持力层,推力的二倍即为桩子的承载力,如一方提前破坏则得不到桩子的总承载力。我国南方对于持力层总承载力较小,桩身长总摩阻力大于持力层端承力,是在桩身下部某一高度处按装荷载箱(o.cell)使下部的端阻力和部分摩阻力之和等于平衡桩子上段的总摩阻力,然后将荷载箱处的空穴通过预埋管路高压灌满流膨胀砼连成整体。
此种方法只适用我国南方,砂土比较松散的地质条件。对于北方等地,密实砂土条件,持力好,土层较浅,桩身长度较短,端阻力远大于桩身摩阻力数倍数十倍,因不能使桩侧摩阻力与桩端阻力自平衡,而不能检测桩的承载力。
发明内容
针对现有方法存在的问题,本发明提供一种端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法。
检测步骤:
(1)根据地质勘探资料,估算桩的端承力、摩阻力数值,设计制作荷载箱;
荷载箱由上表面、下承压板、缸体、流态膨胀混凝土注入管和输出管桩端沉降测量管及活塞构成。
荷载箱上平面与桩身截面相同,荷载箱下承压板通过计算确定,截面面积小于上平面面积(如图2)。试验通过油泵将液压油从无缝钢管(导管2)中压入荷载箱缸体,在缸体内产生高压,推动荷载箱下承压板压地基,荷载箱上表面推动桩身,桩自平衡,从而测得桩承载力,地基的下沉量由焊接在荷载箱下表面的钢管内的钢筋位移确定。测试结束后,从钢管(导管1)向荷载箱缸体内、外注入流态膨胀混凝土。
(2)荷载箱焊接于通长钢筋笼端部,将钢筋笼吊装放入桩孔内;
(3)清理桩孔、验收、浇注混凝土;
(4)混凝土强度生成70%后,慢速维持荷载法或快速维持荷载法检测桩承载力;
(5)然后向荷载箱高压注入流态膨胀混凝土。
本发明要求确定加载量、位移稳定条件和卸载条件:
(1)每级加载量的确定:每级加载量为摩阻力理论计算值的1/8~1/10。
(2)位移稳定条件的确定:
规定时间内位移的两次读取数据相差0.1mm视为本级加载完成,进行下一级加载。
(3)卸载条件
埋于承压板下的频率计频率大幅下降,桩顶位移激增,桩底位移回弹视为终止试验条件。
承压板设计
荷载箱上表面承压板与桩身截面相同。荷载箱下表面承压板通过计算确定,截面面积小于荷载箱上平面面积(如图2),并焊接于荷载箱活塞,下承压板面积计算如下:
a,根据地质资料确定桩端地基承载力qp,估算桩侧摩阻力Qs;
b,计算下承压板面积:
A下承压板—荷载箱下承压板面积
c.下承压板截面形状与桩相同
荷载箱设计
荷载箱缸体为圆柱形(如图1),缸体直径、壁厚、活塞、密封设计与千斤顶设计相同。缸体直径小于下承压板直径或边长。导管1、2为无缝钢管(导管2设计中要满足油泵压力要求),同时应符合注入流态混凝土的技术要求。导管1根部为凸形截面,以利于混凝土向此处注入。
检测压力及位移的确定
检测压力从油泵油表读取,下承压板下沉量测量从导管1内焊接于下承压板的钢筋位移量取,桩顶位移由安装于桩顶的百分表量取。
桩承载力的确定
下承压板下沉降量≤0.012~0.015D(D:桩墩的扩底端直径)或油泵压力下降、桩顶位移激增、下承压板位移回弹时对应的油表压力为下承压板对地基的压力(Po)。桩承载力公式为:
其中A桩端——桩端截面面积,A压板——下承压板面积,Q——桩承载力
对自平衡予估不准情况,桩承载力可按理论依据第3项中第(3)条方法适当调整。
(1)检测工作说明
油泵将液压油从导管2中压入荷载箱缸体,从缸体内产生高压,推动荷载箱下承压板压地基,荷载箱上表面推动桩身,桩自平衡,从而测得桩承载力,地基的下沉量由焊接在荷载箱下表面的钢管[导管1]内的钢筋位移确定。测试结束后,从导管1、导管2向荷载箱缸体内、外注入流态膨胀混凝土(如图1)。
理论依据
(1)大直径桩的破坏特点
大直径桩子的工作特点与中小直径桩不同,在大量试验的基础上,1988年Meyerhof指出,大直径桩子是“渐进型破坏”。实际是因为直径大,持力层压缩影响深,下沉变形大,桩端周边产生八字形斜向裂缝,持力层脱离桩子周围土柱的约束作用,随着荷载增加裂缝扩大沿伸,达一定程度桩端土楔将裂缝挤压闭合,荷载继续增加,裂缝扩大,再挤压闭合。这样渐进破坏,荷载下沉曲线呈台阶状如图5所示。这是渐进破坏的特点。由于它端点周边出现斜向裂缝,持力层不再受其上土柱的约束作用。
(2)地基模型为弹性半空间体,依据弹性力学理论:表面作用直径为D的圆形均布荷载P0时,沉降量公式为:
式中E,μ为土的变形模量和泊桑比。静载试桩确定桩子的承载力常以S=1.5D%为准,于是
消除式中D得,
同理,对于小直径(d)桩,代入式(1),得
消除(4)式中的d,则有:
公式(3)、(5)二者相同,按相似关系,故可用小桩模拟。于是测得各模型桩的承载力公式为:
其中A桩端——桩端截面面积,A压板——承压板面积
(3)当自相平衡予估不准时,可按以下方法调整:
A.下部端阻力小时,摩阻力荷载一位移曲线可适当外延(如图4)
B.上部摩阻力小时,端阻力荷载一位移曲线可适当外延(如图3)
根据外延适当减小,仍可求得桩子承载力值。
适用范围:
随着基本建设的迅猛发展,桩墩基础越来越多的应用于建筑物、构筑物的基础,大型、高承载力桩墩已有较多应用实例,但对上述特殊条件的桩墩基础承载力检测却未能解决。本发明适用于端阻力大于摩阻力的大直径桩墩基础,桩墩承载力越高,本发明方法越能显现优越性。我国2002年4月颁布的新的地基基础设计规范第8.5.5条规定的深层平板试验确定的要求也正符合此原则。
优点:
(1)不需配重和锚桩等形成的反力系统,以桩自身平衡提供检测所用压力,降低检测成本;
(2)受环境因素影响小,可实现检测;
(3)节省工期,加快工程进度;
(4)检测数据安全可靠。
附图说明
图1为本发明荷载箱构造示意图;
图2为本发明荷载箱工作示意图;
图3当上部摩阻力小时,端阻力荷载一位移曲线适当外延状态示意图;
图4当下部端阻力小时,摩阻力荷载一位移曲线适当外延状态示意图;
图5大直径桩P-S曲线图。
具体实施方式
以φ300mm桩试验为例,按照如上的方法,其试验数据见下表:
表1.1φ300mm桩自平衡检测试验数据
加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | |||
第一次 | 1635 | 0.53 | 0.6 | 0.65 | 0.625 | 0.39 | 0.37 | 0.38 |
第二次 | 1730 | 1.05 | 1.16 | 1.2 | 1.18 | 0.64 | 0.68 | 0.62 |
第三次 | 1807 | 1.50 | 1.74 | 1.76 | 1.75 | 1 | 1.05 | 1.025 |
第四次 | 1875 | 1.97 | 2.28 | 2.26 | 2.27 | 1.32 | 1.29 | 1.305 |
第五次 | 1941 | 2.53 | 2.87 | 2.83 | 2.85 | 1.6 | 1.63 | 1.615 |
第六次 | 1999 | 3.07 | 3.4 | 3.39 | 3.395 | 1.95 | 2.08 | 2.015 |
第七次 | 2039 | 3.54 | 3.91 | 3.91 | 3.91 | 2.3 | 2.32 | 2.31 |
第八次 | 1967 | 2.75 | 5.47 | 5.36 | 5.415 | 2.28 | 2.27 | 2.25 |
注:桩埋进深度:930mm
表1.2φ300mm桩自平衡检测试验数据
加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | |||
第一次 | 1630 | 0.53 | 0.68 | 0.65 | 0.665 | 0.35 | 0.34 | 0.345 |
第二次 | 1735 | 1.09 | 1.26 | 1.21 | 1.235 | 0.73 | 0.75 | 0.74 |
第三次 | 1800 | 1.48 | 1.86 | 1.83 | 1.845 | 0.99 | 1 | 0.995 |
第四次 | 1891 | 2.10 | 2.54 | 2.5 | 2.52 | 1.4 | 1.42 | 1.41 |
第五次 | 1960 | 2.71 | 3.17 | 3.02 | 3.095 | 1.82 | 1.81 | 1.815 |
第六次 | 2030 | 3.45 | 3.81 | 3.67 | 3.74 | 2.23 | 2.22 | 2.225 |
第七次 | 1987 | 2.93 | 5.28 | 5.17 | 5.225 | 2.18 | 2.17 | 2.13 |
第八次 | 1914 | 2.53 | 6.88 | 6.75 | 6.815 | 2.1 | 2.1 | 2.04 |
注:桩埋进深度:920mm
表1.3φ300mm桩自平衡检测试验数据
加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | |||
第一次 | 1620 | 0.49 | 0.71 | 0.72 | 0.715 | 0.33 | 0.32 | 0.325 |
第二次 | 1722 | 0.99 | 1.29 | 1.29 | 1.29 | 0.67 | 0.66 | 0.665 |
第三次 | 1798 | 1.48 | 1.85 | 1.85 | 1.85 | 0.99 | 0.98 | 0.985 |
第四次 | 1881 | 2.0 | 2.44 | 2.45 | 2.445 | 1.35 | 1.33 | 1.34 |
第五次 | 1942 | 2.53 | 3.02 | 3.01 | 3.015 | 1.7 | 1.69 | 1.695 |
第六次 | 2006 | 3.12 | 3.59 | 3.58 | 3.585 | 2.04 | 2.03 | 2.035 |
第七次 | 2042 | 3.6 | 4.11 | 4.08 | 4.09 | 2.38 | 2.33 | 2.335 |
第八次 | 1984 | 3.26 | 5.58 | 5.61 | 5.595 | 2.29 | 2.26 | 2.30 |
注:桩埋进深度:900mm
表2.1φ300mm桩对比试验数据表
加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 配重(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | ||||
第一次 | 1781 | 0.53 | 2.0 | 0.54 | 0.58 | 0.56 | 0.34 | 0.33 | 0.335 |
第二次 | 1823 | 1.15 | 1.09 | 1.08 | 1.085 | 0.61 | 0.59 | 0.60 | |
第三次 | 1840 | 1.87 | 1.84 | 1.86 | 1.85 | 1.22 | 1.23 | 1.225 | |
第四次 | 1859 | 2.38 | 2.40 | 2.38 | 2.39 | 1.69 | 1.70 | 1.695 | |
第五次 | 1881 | 3.02 | 3.01 | 3.05 | 3.03 | 1.93 | 1.94 | 1.935 | |
第六次 | 1902 | 3.6 | 3.54 | 3.53 | 3.535 | 2.33 | 2.35 | 2.34 | |
第七次 | 1922 | 4.25 | 4.05 | 4.07 | 4.06 | 2.79 | 2.81 | 2.80 | |
第八次 | 1938 | 4.9 | 4.67 | 4.69 | 4.68 | 3.24 | 3.23 | 3.235 | |
第九次 | 1951 | 5.405 | 5.12 | 5.15 | 5.135 | 3.62 | 3.62 | 3.62 | |
第十次 | 1943 | 5.10 | 7.21 | 7.23 | 7.22 | 3.56 | 3.54 | 3.55 | |
第十一次 | 1941 | 5.05 | 9.01 | 8.99 | 9.0 | 3.48 | 3.45 | 3.465 |
注:桩埋进深度:900mm
表2.2φ300mm桩对比试验数据表
加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 配重(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | ||||
第一次 | 1798 | 0.63 | 2.0 | 0.64 | 0.66 | 0.65 | 0.30 | 0.31 | 0.305 |
第二次 | 1818 | 1.19 | 1.15 | 1.17 | 1.16 | 0.64 | 0.63 | 0.635 | |
第三次 | 1841 | 1.93 | 1.94 | 1.93 | 1.935 | 1.04 | 1.05 | 1.045 | |
第四次 | 1861 | 2.46 | 2.72 | 2.74 | 2.73 | 1.63 | 1.62 | 1.625 | |
第五次 | 1889 | 3.10 | 3.21 | 3.23 | 3.22 | 1.90 | 1.89 | 1.895 | |
第六次 | 1911 | 3.81 | 3.74 | 3.78 | 3.76 | 2.35 | 2.34 | 2.345 | |
第七次 | 1925 | 4.30 | 4.10 | 4.12 | 4.11 | 2.80 | 2.82 | 2.81 | |
第八次 | 1937 | 4.83 | 4.49 | 4.48 | 4.485 | 3.04 | 3.06 | 3.05 | |
第九次 | 1952 | 5.42 | 4.92 | 4.93 | 4.925 | 3.35 | 3.37 | 3.36 | |
第十次 | 1966 | 6.0 | 5.53 | 5.55 | 5.54 | 3.92 | 3.96 | 3.94 | |
第十一次 | 1959 | 5.79 | 7.64 | 7.68 | 7.66 | 3.84 | 3.80 | 3.82 |
注:桩埋进深度:930mm
表2.3φ300mm桩对比试验数据表
加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 配重(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | ||||
第一次 | 1792 | 0.61 | 2.0 | 0.72 | 0.73 | 0.725 | 0.30 | 0.29 | 0.295 |
第二次 | 1813 | 1.21 | 1.26 | 1.48 | 1.27 | 0.66 | 0.67 | 0.665 | |
第三次 | 1839 | 1.85 | 1.88 | 1.92 | 1.90 | 1.20 | 1.18 | 1.19 | |
第四次 | 1860 | 2.41 | 2.36 | 2.38 | 2.37 | 1.64 | 1.66 | 1.65 | |
第五次 | 1891 | 3.19 | 3.16 | 3.15 | 3.155 | 2.08 | 2.10 | 2.09 | |
第六次 | 1910 | 3.78 | 3.67 | 3.69 | 3.68 | 2.41 | 2.43 | 2.42 | |
第七次 | 1922 | 4.25 | 4.0 | 3.96 | 3.98 | 2.89 | 2.87 | 2.88 | |
第八次 | 1932 | 4.65 | 4.49 | 4.52 | 4.505 | 3.18 | 3.16 | 3.17 | |
第九次 | 1950 | 5.32 | 4.94 | 4.93 | 4.935 | 3.52 | 3.51 | 3.515 | |
第十次 | 1961 | 5.80 | 5.40 | 5.41 | 5.405 | 4.02 | 4.05 | 4.035 | |
第十一次 | 1955 | 5.61 | 7.73 | 7.74 | 7.735 | 3.94 | 3.92 | 3.93 |
注:桩埋进深度:910mm
表3φ300m桩承载力试验数据对比
自平衡检测 | 桩型 | 桩号 | 端阻力 | 摩阻力 | 承载力 | 桩承载力 |
φ300 | 1# | 5.1674 | 3.54 | 8.7074 | 8.6786 | |
2# | 5.0360 | 3.444 | 8.48 | |||
3# | 5.2550 | 3.5933 | 8.8483 | |||
对比试验 | 桩型 | 桩号 | 千斤顶压力 | 配重重量 | 承载力 | 桩承载力 |
φ300 | 1# | 5.405 | 2.0 | 8.81 | 9.47 | |
2# | 6.0 | 10.0 | ||||
3# | 5.8 | 9.6 | ||||
误差 | 8.36% |
单位:KN
Claims (1)
1、一种端承型大直径桩、墩竖向承载力检测方法,包含以下步骤:
a.根据地质勘探资料,估算桩的端承力、摩阻力数值,设计制作荷载箱;
b.将荷载箱焊接于通长钢筋笼端部,将钢筋笼吊装放入桩孔内;
c.清理桩孔、验收、浇注混凝土;
d.混凝土强度生成70%后,慢速维持荷载法或快速维持荷载法检测桩承载力;
e.向荷载箱高压注入流态膨胀混凝土;
要求确定的条件包括:加载量、位移稳定条件和卸载条件;
f.每级加载量为摩阻力理论计算值的1/8~1/10;
g.位移稳定条件的确定,规定时间内位移的读取数据相差0.1mm视为本级加载完成,进行下一级载;
h.卸载条件,频率计频率大幅下降,桩顶位移激增,桩底位移回弹视为终止试验条件,其特征在于其荷载箱由上平面、下平面、缸体、流态膨胀混凝土注入导管、输出导管、桩端沉降测量管及活塞组成,荷载箱上平面与桩身截面相同,下承压板面积小于上平面面积,缸体为圆柱形,缸体直径小于下承压板直径,桩端沉降测量管根部为凸形截面,活塞位于缸体内的底部。
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