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哪些情况下要对地基基础静载荷试验?分类哪几种?
更新时间:2023-03-28 09:36
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在岩土工程领域,通过直接理论计算能够精确解决的问题十分有限; 承载力尤为突出。如基桩是埋入地下的隐蔽工程,桩的承载力与桩型、桩材、成桩工艺以及桩周地层土特性等众多复杂的因素有关,迄今也还不能像结构工程那样,单纯通过理论计算给予确定。

静载试验是目前确定承载力最直观、最可靠的的传通方法。《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)规定,对地基基础设计等级为甲、乙级建筑物,桩的承载力特征值应由静载试验确定;《公路桥涵施工技术规范》(JTJ/T F50-2011)规定:特大桥和地质复杂的大、中桥,应采用静压试验方法确定单桩容许承载力;《建筑地基工程施工质量验收标准》 GB 50202-2018中也明确规定了大部分地基基础、桩基都应采用静载试验进行承载力确认。


按试验目的分类

静载试验按试验目的可以分为为设计提供依据的试桩试验和工程桩验收性试验两种类型。


一、为设计提供依据的静载试验

为设计提供依据的试桩静载试验是对设计根据场地、地勘资料、建筑物(构筑物类型)等因素设计的桩或者处理的地基进行试验,从而验证设计的桩是否能满足要求,同时也提供试验参数给设计人员进行试桩参数调整或者工艺调整。在工程实践中,通过静载试验可对设计的桩或者处理地基进行验证,在确定设计的桩或者地基处理方式是否能满足建筑物(构筑物)对地基承载力要求,也能对试桩参数、施工工艺进行调整,进而在保障使用、安全的前提下,节约成本。

如在用静载荷试验检验单桩竖向极限承载力时,发现基桩抗拔承载力极限值t统计值比设计承载力特征值2倍存在较多富余,无形浪费大量的可用资源。 有的基桩承载力达不到设计要求,更有工程没有经过静载试桩就开始工程桩施工,存在较大的隐患; 万一承载力检测发现没有达到设计要求,可能不得不采取减层卸荷处理、补桩或改变基础型式、桩间土加固处理等措施,造成巨大的经济损失。

为设计提供依据的静载试验,一般在工程桩尚未施工前进行,试桩静载试验的结果可能会改变工程桩的参数、施工工艺。为设计提供依据的试验桩,应加载至桩侧与桩端的岩土阻力达到极限状态;当桩的承载力由桩身强度控制时,可按设计要求的加载亮进行加载或加载至桩身破坏。试桩的位置,宜靠近地质钻探位置,以便相互核对。

在工程实践中,为了所谓“安全”,打桩过多,造成资金浪费不说,还由于挤土效应,大范围地扰动了地下土层,其后果一是对周边环境产生不利影响;二是土体产生的巨大侧向挤压造成断桩等工程事故;三是引起更大的工后沉降量,反而不安全。大片住宅小区,尤其是多层住宅,如果大量使用桩基,地下“桩头林立”,会妨碍地下空间的利用,对地下空间的规划、施工都会产生巨大影响。同时也存在勘察单位提供的承载力参数严重失真,在没有做试桩的情况下按错误的资料设计,单桩实际承载力只有设计承载力的一半,造成巨大经济损失。从安全和经济角度考虑,建议尽量采进行试桩静载试验后,再进行工程桩施工,一方面克服低估桩的承载力的盲目性,减少在部分桩基工程中存在的保守或者预估错误的现象,另一方面可为提高设计水平提供可靠的数据积累。


二、验收性试验

工程桩验收静载试验检测是对工程桩施工后的承载力进行验收验证; 一般是在施工后抽取一定比例进行静载荷试验,验证工程桩的承载力值是否满足设计要求,若不满足的时候要采取补强或者重新处理的措施。

《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014 规范中规定设计等级位甲级的桩基、未进行试桩静载试验的工程、施工过程中变更了工艺参数或施工质量出现了异常、地基条件复杂、桩施工质量可靠性低、采用新桩型或新工艺、施工过程中产生挤土上浮或偏位的群桩应进行承载力验收试验。

为工程验收而进行抽样检测的静载试验,试验是为了检验基桩或地基是否符合设计要求,为工程验收提供依据。以单桩竖向抗压试验为例,最大加载量不应小于设计要求的单桩竖向抗压承载力特征值的2.0倍,以保证足够的安全储备。

针对工程桩验收,有两点需要注意:

(1) 对于密集沉桩施工,工程桩应采用静载试验进行验收检测。同时,前期为设计提供依据的静载试验,试桩数量一般很少,群桩挤土效应没有充分显现,施工后的单桩承载力与施工前的试桩结果可能相差甚远,故试桩的检测结果不应作为工程桩的检测结果,也不应作为工程桩的验收依据。

(2)桩的竖向载荷试验其加载量是否要考虑桩身强度因素?桩的极限承载力的出现分为两种情况,一种是桩周土的破坏(包括大的变形),另一种是桩身的破坏。能否仅仅根据桩的载荷试验得到的极限承载力直接确定桩的承载力特征值,是值得商榷的,原因是某些桩的实际桩身强度可能远大于设计强度,对于采用实际强度确定承载力的情况可能造成桩的承载力被夸大而丧失代表性。因此,桩的竖向载荷试验其加载量(尤其在试桩阶段)不应超过桩的设计强度决定的极限承载力,如果桩的极限承力已经超过按照桩身设计强度确定的极限承载力,则应重新换算桩身强度,进行相应设计调整,否则提交的试验结果是不合理的,容易为工程埋下隐患,地基土对桩的支承能力尽量接近桩身结构强度。



按试验方法分类

静载试验是检测基桩与地基承载力的一种最直观、最可靠的传统方法,按试验方法主要分为单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验、土(岩)地基载荷试验(浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、岩基载荷试验)、复合地基载荷试验(含竖向增强体载荷试验)、自平衡静载荷试验、锚杆载荷试验等。


一、单桩竖向抗压静载试验

单桩竖向抗压静载试验适用于确定单桩竖向抗压承载力。测试原理是在基桩上逐级施加竖向压力,观测桩基顶部随时间产生的沉降以确定相应的桩基竖向抗压承载力试验方法。当桩身埋设有应变、位移传感器或位移杆时,可测定桩身应变或桩身截面位移,计算桩的分层侧阻力和端阻力。


二、单桩竖向抗拔静载试验

单桩竖向抗拔静载试验适用于检测单桩的竖向抗拔承载力。试验的原理是在桩基上逐级施加竖向上拔力,观测桩基顶部随时间产生的上拔量以确定相应的桩基竖向抗拔承载力试验方法。当桩身埋设有应变、位移传感器或桩端埋设有位移测量杆时,可测定桩身应变或桩端上拔量,计算桩的分层抗拔侧阻力。

单桩竖向抗拔静载试验是采用接近于竖向抗拔桩实际工作条件的试验方法,确定单桩竖向抗拔极限承载能力。与桩顶受竖向压力作用所发挥的桩侧(正)摩阻力相比,当桩顶受拔使桩身受拉时,由于桩周土中的垂直向主应力减小、桩身泊松效应等,将造成桩侧抗拔(负)摩阻力弱化。对于混凝土抗拔桩,当抗拔承载力相对较高且对抗裂有限制要求时,采用桩顶拉拔承载力受力状态(桩身受拉)的抗拔桩恐难设计计算,在这种情况下,现场试验在确定单桩竖向抗拔承载力的作用就更为重要。


三、单桩水平静载试验

单桩水平静载试验适用于在桩顶自由的试验条件下,检测单桩的水平承载力,推定地基土水平抗力系数的比例系数。单桩水平静载试验的原理是在桩基上逐级或者循环施加水平推力,观测桩基顶部随时间产生的水平位移以确定相应的水平承载力试验方法。当桩身埋设有应变测量传感器时,可测定桩身横截面的弯曲应变,计算桩身弯矩以及确定钢筋混凝土桩受拉区混凝土开裂时对应的水平荷载。

为设计提供依据的试验桩,宜加载至桩顶出现较大水平位移或桩身结构破坏;对工程桩抽样检测,可按设计要求的水平位移允许值控制加载。


四、土(岩)地基载荷试验

土(岩)地基载荷试验适用于检测天然地基、岩石地基及采用换填、预压、压实、挤密、强夯、主将处理后的人工地基的承压板下应力影响范围内的承载力和变形参数。土(岩)载荷试验测试原理是通过在一定面积的承压板上向地基土(岩)施加荷载,测定承压板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形特性的原位测试方法。地基载荷试验要验证承载力及获得地基的变形参数。地基载荷试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似,直接对地基土进行的现场模拟试验。一般认为,地基载荷试验确定的地基承载力比用其他测试方法得到的地基承载力更接近实际。

土(岩)地基载荷试验分为浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验和岩基荷载载荷试验。浅层平板载荷试验适用于确定浅层地基土、破碎、极破碎岩石地基的承载力和变形参数;深层平板载荷试验适用于确定深层地基土和大直径桩的桩端土的承载力和变形参数,深层平板载荷试验的试验深度不应小于5m;岩基载荷试验适用于确定完整、较完成、较破碎岩石地基的承载力和变形参数。有部分标准将土(岩)地基载荷试验和复合地基载荷试验统一称为平板载荷试验。


五、复合地基载荷试验

复合地基载荷试验适用于水泥土搅拌桩、砂石桩、旋喷桩、夯实水泥土桩、水泥粉煤灰碎石桩、混凝土桩、树根桩、灰土桩、柱锤冲扩桩及强夯置换墩等竖向增强体和周边地基土组成的复合地基的单桩复合地基和多桩复合地基载荷试验,用于测定成承压板下应力影响范围内的复合地基的承载力特征值。

复合地基中含有竖向增强体载荷试验,竖向增强体载荷试验适用于确定水泥土搅拌桩、旋喷桩、夯实水泥土桩、水泥粉煤灰碎石桩、混凝土桩、树根桩、强夯置换墩等复合地基竖向增强体的竖向承载力,竖向增强体载荷试验一般按照单桩竖向抗压静载试验方法进行试验。


六、自平衡试验

自平衡静载试验适用于传统静载试验条件受限时的基桩竖向承载力检测和评价。自平衡试验是将一种特制的加载装置(自平衡荷载箱),在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置(具体位置根据试验的不同目的而定),将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置(位移、应变等)从桩体引到地面,然后灌注成桩。由加压泵在地面向荷载箱加压加载,荷载箱产生上下两个方向的力,并传递到桩身。利用桩体自成反力测试试桩的承载力。


七、 锚杆载荷试验

锚杆一端与外部承载构件连接,另一端锚固在稳定岩土体内,将拉力传递到岩土层中的一种受拉构件。锚杆同时也是地基处理中的一种重要处理方式,使用也比较常见。如在地下室中常使用基础锚杆,也称之为抗浮锚杆,主要承受地下水浮力的基础锚杆。

国内对于锚杆试验对应规范也比较多,分类也比较多,总结可以将锚杆载荷试验分成如下几种方式。

锚杆基本试验,用于确定锚杆极限抗拔承载力,提供锚杆设计参数和验证锚杆施工工艺。锚杆基本试验的加卸方法也分成多循环加卸法、分级维持荷载法、单循环加卸载法。根具不同的试验对象选择合适的方式进行试验。

锚杆蠕变试验,可用于检测锚杆蠕变特性,为控制蠕变量和预应力损失提供锚杆设计参数。锚杆蠕变试验主要是分级维持荷载法。

锚杆验收试验,可用于确定验收荷载作用下锚杆的工作性状,判定锚杆抗拔性能是否满足设计要求,为工程验收提供依据。

锚杆粘结强度试验,可用于确定锚杆锚固段注浆体与岩土层之间的粘结强度。

持有荷载试验,可用于测定锚杆的杆体持有荷载,也可用于测定预应力锚杆锁定力。


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