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 PDF

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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

端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法
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:
Figure C0311142000042
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:
S = 1 - μ 2 E D P 0 - - - ( 1 )
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
1.5 D % = 1 - μ 2 E D P 0 - - - ( 2 )
消除式中D得,
P 0 = 0.015 E 1 - μ 2 - - - ( 3 )
同理,对于小直径(d)桩,代入式(1),得
1.5 d % = 1 - μ 2 E d P 0 - - - ( 4 )
消除(4)式中的d,则有:
P 0 = 0.015 E 1 - μ 2 - - - ( 5 )
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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