水利工程钻孔灌注桩基静荷载试验研究

水利工程钻孔灌注桩基静荷载试验研究

王少涛

佛山市科衡水利水电工程质量检测有限公司广东佛山528000

摘要:钻孔灌注桩作为一种软基处理的有效措施，大水利工程中得到了广泛的工程应用。桩基工程属于隐蔽性工程，施工质量难以直观控制，而桩基静载试验是质量控制的重要方法。为此，本文通过对桩基静载试验不同方法的探讨，找出满足规范要求的快速维持荷载法作为试验方法，以节约工期，并指出了注意点，可供类似工程提供参考借鉴。

关键词:桩基；钻孔灌注桩；检测；快速维持荷载法

引言

水闸一般建设在软土地基上，天然土承载力大多达不到设计要求，需采用钻孔灌注桩、水泥土搅拌桩、预制桩等进行基础处理。基桩主要作用是承载上部结构荷载，因此承载力检测是最主要的试验。基桩承载力直接影响水利建筑物工程的使用与安全，而静载试验是当前确定基桩极限承载力最广泛、最可靠的方法。基于此，本文就水闸基桩静载试验检测进行简要的分析，以期能够提供一个有效的借鉴，从而更好的促进水利工程建设的发展。

1桩基检测方法

软土地基修建水闸，水闸地基存在稳定性差和沉降过大等问题。尤其是沿海软弱地基，主要是第四纪后期形成的黏土沉积物或河流冲积物、新近淤积物等，含水率高、压缩性高、强度低、排水和固结条件差以及变形量大，需对其进行处理，是水闸工程施工的难点。水闸淤泥地基处理主要采用桩基处理，桩基可分为钻孔灌注桩、水泥搅拌桩、预制桩等。根据规范，桩基的质量监测有定性、定量的方法，主要目的是检测桩的均匀性、密实性、有无断桩，其核心是水闸桩基是否能够满足承载力要求。以某水闸为例，规模为7m×5m，设计流量336m3/s，基础为淤泥，粉砂层，闸室主体采用钻孔灌注桩。对于定性分析主要是现场观察，并且跟踪整个过程。一旦工程完工后，处于地下的隐蔽工程，则需要采用一定的仪器进行定量检测，常用的方法有:低应变法，检测桩基密实性；静载试验，检测桩基承载能力；钻芯法，判断浇筑质量及桩体强度，还有高应变法、超声波法等。

2桩基静载试验检测方法

钻孔灌注桩具有承载力大等优点，目前已作为软土桩基处理的最主要方式，但由于施工工序及工艺复杂，需采用多种方法控制其质量，以保证桩基能起到应有的作用。

根据设计的基本要求，桩基所起的作用是承载上部结构荷载，因此承载力试验是最主要的试验。检测桩基承载力最有效的方法就是单桩静载试验，目前在水闸工程中运用最广泛的就是慢速维持荷载法。

2.1慢速维持荷载法

2.1.1基本原理

慢速维持荷载法主要采用堆载反压法，即在桩基上模拟实际承载物施加一定荷载，对逐渐加大荷载过程的桩基变化进行观测，推断出桩基承载力。采用自动加载控制无线远程传输记录系统，实现测试控制与记录判稳的自动化，保证测试数据准确、技术可靠。

用预制钢筋混凝土方桩或沙袋作配重，在试验开始前一次性均匀稳固地放置在反力试验梁上，加载方式为慢速维持荷载法。采用油压千斤顶提供反力，分级加载于试桩桩顶，荷载值由千斤顶上的油压表读出，采用百分表测定桩顶沉降(见图1)。

图1静载试验装置示意图

2.1.2加载、卸载观测

荷载加载步骤如下:

(1)荷载分级:分级荷载力为预估极限承载力的1/10。

(2)测读桩沉降的间隔时间:每级加载后，按第5，15，30，45，60min各测读1次，以后每隔30min测读1次。

(3)稳定标准:桩顶沉降量不超过0.1mm/h，并连续出现2次(从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续3次每30min的沉降观测值计量)。

(4)当桩顶沉降速率达到相对稳定时，再施加下一级荷载。

(5)终止加载的条件:单桩竖向抗压静载试验出现下列情况之一时，即可终止加载:①某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h未达到相对稳定标准；②某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉量的5倍(当桩顶沉降相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm)；③已达到设计要求的最大加载量并且稳定。

卸载观测的规定:每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。每级荷载维持1h，按第15，30，60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至0kN后，应测读桩顶残余沉降，维持时间为3h，测读时间为第15，30min后每隔30min测读1次。根据以上的基本步骤，检测1根桩需要1个多月的时间。

2.2快速维持荷载法

2.2.1基本原理

慢速维持荷载法操作方便、成本低，但步骤多，前后各环节累计所需时间较长，通常可达1～2个月。为节省工期需尽快完成荷载试验，根据JGJ106—2003《建筑基桩检测技术规范》规定，当有成熟经验时，也可采用快速维持荷载法。我国港口部门及美国、日本等国家推荐使用该法，主要特点是在试验加载过程中不要求观测桩顶下沉量的相对稳定，而以等时间间隔连续加载。有关加载分级及各级加载值、加载终止条件、卸载等规定各不相同。

快速维持荷载法的基本依据是快速加载下得到的极限荷载乘以某修正系数后，可转换成慢速加载时的极限荷载；静载试验是模拟桩竖向受力的工况。在设计荷载下，慢速维持荷载法和快速维持荷载法的桩顶下沉量相差不大，据众多资料分析，两者差值小于5%；慢速法的试验持续时间长，且不易预估，而快速法持续时间短，且易于预估。

本工程采用锚桩横梁反力装置。用油压千斤顶在试桩顶部同步工作，利用周围其他桩基作为锚桩通过横梁反力装置把锚桩的反作用力作用在试验桩上。用静力载荷测试仪控制，由千斤顶、油泵及压力传感器组成的加压系统对桩顶施加竖向荷载，采用油泵控制器连通电动泵自动加、补荷载，用位移传感器自动测定在荷载作用下随时间变化的试桩桩顶沉降量，同时观测锚桩上拔量。在加荷过程中，用高精度压力表校核荷载值。

但在试验前，需关注锚桩的荷载承受情况，如果锚桩有位移或者无法承受横梁传递过来的反作用的抗拔力时，则无法完成此次试验，因此需要验算锚桩的极限抗拔力。

根据JGJ106—2003《建筑桩基技术规范》单桩的抗拔极限承载力标准值按公式UK=Σλiqsikuili计算:

式中:UK为基桩抗拔极限承载力标准值；ui为破坏表面周长，对于等直径桩取u=πd；qsik为桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值(其中桩基土层分3层，分别为淤泥层24.2m，粉砂层6m，粉土层2m)；λi为抗拔系数，黏性土，粉土取值0.7～0.8。根据本工程基本参数，可求得UK=0.8×13×3.14×0.8×24.2+0.7×30×3.14×0.8×6+0.8×30×3.14×0.8×2=1069kN。原设计承载力特征值为1073kN，则可知，如果锚固到2个桩上，则可提供反作用力1069×2=2138kN，即使按照一定的系数得出设计反作用力，设计承载力可以满足要求，因此可以把锚固端放在2根桩上，加载至1073kN时停止加载。

2.2.2施工流程

具体施工流程为:场地平整—拼装试架—试验准备—试验。

2.2.2.1试架组装

横梁以试验桩为中心对称设置平稳，试桩顶部垫1～2cm中粗砂找平，垫块中心应与试桩中心重合，千斤顶上预留间隙，试验前用钢垫块填实。充分利用周围2根灌注桩，通过钢筋焊接同横梁连接起来，以用固定横梁。

2.2.2.2起表前准备

安装油路系统、调试油路，保证畅通无漏油，油压表、千斤顶配套使用。使用仪表正交放置于桩身，百分表安装须竖直，表座等各连接处紧固。

2.2.2.3抄表观测

试架组装及起表前准备工作完成后，正式加载抄表观测。

2.2.3加载、卸载和沉降观测

快速维持荷载法应按下列规定进行加载、卸载和沉降观测。

(1)每级荷载加载后，按第5，15，30min测读桩顶沉降量，以后每隔15min测读1次。

(2)试桩沉降相对稳定标准:加载时每级荷载维持时间不少于1h，最后15min间隔的桩顶沉降量小于相邻15min间隔桩顶沉降增量。

(3)当桩顶速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。

(4)卸载时，每级荷载维持15min，按第5，15min测读桩顶沉降量；卸载至0kN后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为2h，测读时间为第5，10，15，30min。

现以217#桩为例，荷载承载力为1073kN，得出试验桩基本数据为:从2009年4月30日09:30—23:00，历时13.5h。当加载量到1073kN时，桩顶总沉降量为10.28mm，卸载至0kN时残余沉降量为5.42mm，卸载回弹率为52.7%。根据分析极限承载力大于设计要求值1073kN。

3结语

综上所述，钻孔灌注桩静载试验检测是建筑工程试验中一项重要的技术手段。本文主要对桩基静载试验的快速维持荷载法进行研究，并指出了注意点，以保证满足实际要求。实践表明，水闸混凝土浇筑后，根据观测，水闸整体沉降量小，在规范控制范围内，试验结论无误。可知，采用快速维持荷载法能有效检测桩基静载力，节约了时间。本工程采用锚桩的快速维持荷载法，应注意试验桩对周围利用的2根桩的抗拉拔力是否足够大，若拉拔力不足，容易导致桩基被拔起，本工程桩基较深，采用公式计算，2个抗拉力远大于试验桩压力与重力之和。对于其他工程在观测手段不充分的前提下，可利用周围多根桩作为锚固桩，通过联系梁联系起来，共同对试验桩产生反作用力，以减小对单个锚固桩产生的影响。

参考文献

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