长期以来, 静载试验是人们确定桩基工程质量的主要手段。桩的静载试验是获得桩轴向抗压、抗拔以及横向承载力的最基本、最可靠的方法。
试验方法分慢速维持荷载法和快速荷载维持法, 其中:为设计提供依据的竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法;工程桩验收也应采用慢速维持荷载法;当有成熟经验时, 可采用快速维持荷载法。
(1) 加载应分级加载, 采用逐级等量加载方式;分级荷载宜为最大加载量的1/10, 其中第一级可取分级荷载的2倍。
(2) 卸载应分级进行, 每级卸载量取分级加载的2倍, 逐级等量卸载。
(3) 加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击, 每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。
(1) 持续时间。
《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106-2003) :每级加载后, 第1h内按第5、15、30、45、60min各测读一次, 当沉降速率达到相对稳定标准时, 进行下一次加载。卸载时, 每级荷载维持1h, 第5、15、30、60min共测读四次, 卸载至零时, 测读残余沉降量为3h。
(2) 沉降相对稳定标准。
《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106-2003) 规定, 每小时沉降量不超过0.1mm, 且连续出现两次 (由1.5h三次30min测读值计算) 。
(3) 终止加载条件。
某级荷载作用下, 桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的5倍;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得2倍, 且经24h尚未达到相对稳定要求标准;已达到设计要求的最大加载量;当荷载~沉降曲线呈缓变形时, 可加载至桩顶总沉降量60mm~80mm;在特殊情况下, 可根据要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm;当工程桩作锚桩时, 锚桩上拔量已达到允许值。
单桩竖向抗拔静载试验应采用慢速维持荷载法, 可采用多循环加、卸载方法。试验中仔细观察桩身混凝土开裂情况。
终止加载条件有以下几点。
(1) 达到设计要求的最大加载量且上拔量达到相对稳定。
(2) 试桩在某级荷载作用下的上拔量大于前一级荷载上拔量得5倍。
(3) 抗拔试验试桩的钢筋抗拉强度标准值的0.9倍。
(4) 桩顶累计上拔量超过100mm。
对于抗拔桩, 在荷载不大时发生5倍的陡增, 不宜停止加载。当桩身出现多条环向裂隙后, 其桩顶位移可能会出现突变, 非达到桩侧土的极限抗拔力。
桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍可终止加载, 但并非一定要终止加载。
单桩水平静载试验方法:单向多循环加载法、慢速维持荷载法。
单向多循环加载, 目的是为了模拟实际结构的受力形式。单向多循环加载法的分级荷载应小于预估水平极限承载力或最大试验荷载的1/10。每级荷载施加后, 恒载4min后可测读水平位移, 然后卸载至零, 停2min测读残余水平位移, 至此完成一个加卸载循环。如此循环5次, 完成一级荷载的位移观测。试验不得中间停顿。为了消除试验体系的一些误差因素, 以获得确切反应桩性能的数据, 计算位移梯度时应取第5循环。
水平试验达到设计要求的最大加载量或最大水平位移;水平试验当桩身折断或水平位移大于30mm~40mm。
桩的动力测试在我国已发展多年, 近几年来动测法试桩的数量在不断增长。随着测试技术的提高, 试桩结果的可靠性也大大地在提高, 可以将测试结果作为设计或现场检验的依据, 大量的工程实践证明, 动测法有效的填补了静力试桩的不足, 满足了桩基工程发展的需要。
低应变法是以应力波在桩身中的传播特征为理论基础的一种方法。该方法假定桩为连续弹性的一维均质杆件, 测试时在桩顶竖向激振, 弹性波沿着桩身向下传播, 当桩身存在明显的波阻抗差异界面 (即桩身存在缺陷时, 如断裂、缩径、夹泥、离析或遇桩底土层) 或桩身截面积发生变化时, 将产生反射波, 经接收、放大、虑波、数据处理, 可识别来自不同部位的反射信息。通过对反射信号进行分析计算, 判断桩身混凝土的完整性, 判定桩身缺陷的程度及其位置。
由于人们已经掌握了极微弱振动的检测技术, 而检测的目的仅仅在于桩身的完整性, 为了检测的方便和避免桩周围的土阻力作用, 通常只需要直接利用人力在桩顶施加不大的脉冲力就可。
常用的激振方式就是直接利用人力挥动小手锤进行敲击, 或用稍重一些的力棒下落, 锤体质量一般在0.5kg~5kg范围内, 引起的冲击力2kN~20k N, 应力波脉宽0.5 ms~2 ms;激发的桩身应变小于2×10-6, 桩顶加速度一般不超过50 g, 速度不超过40mm/s, 位移不超过0.01 mm。近年来, 为了检测较长的桩, 开始采用较重的力棒, 质量可达到10kg左右, 引发的桩顶响应有时会超过上述范围。
基本的测振方式则是在桩顶选定的位置安放1个传感器来检测该点的轴向振动。由于加速度、速度、动位移三个参量可以通过微积分关系相互转换, 检测者只需要选其中一项就可。
所谓高应变动力检测, 广义地讲, 是指所有能使桩土间产生永久变形 (或较大动位移) 的动力检测基桩承载力的方法。毋庸置疑, 这类方法要求给桩土系统施加较大能量的瞬时荷载, 以保证土间产生一定的相对位移。
常常采用高能量的冲击荷载来考核桩土体系。一般来说, 冲击下的桩身瞬时动应变峰值要和静荷载试验至极限承载力时静应变值大体相等。在这种情况下, 无严重缺陷的桩身应变仍处在其弹性工作范围内, 但桩周的土体则必须进入充分的非弹性工作阶段, 桩和桩周土之间出现剪切破裂面, 从而激发出桩周土对桩所能提供的全部静阻力作用。因此, 高应变检测实际上是利用快速施加的动荷载取代了缓慢的静荷载, 本质上应属于荷载试验的范畴。
另一方面, 实测桩顶附近某个选定截面的动力状态。为了满足理论分析的需要, 方法要求必须至少设法获得一个截面的平均轴向内力F (t) 和平均轴向运动速度V (t) ;实际的测点照例设置在距离桩顶以下不远处的某个选定的截面M上;桩身的受力一般通过实测的截面应变ε (t) 换算, 而运动速度则通过实测的加速度a (t) 换算;为了消除桩身在偏心冲击力作用下的弯曲影响, 至少需要设置应变计和加速度计各一对。
分析计算的原理还是一维波动理论。高应变法所施加的锤击力和低应变法有明显的不同, 不仅幅值要大许多, 脉宽也要增大许多;但只要桩长不是太短, 在桩身中仍可以观察到应力波的传播过程, 仍然可以把桩身受力看作短暂的脉冲应力波作用而应用波动理论。得益于波动理论的帮助, 高应变法的分析将获得土阻力和桩身阻抗沿桩长的分布情况, 并在此基础上获得桩周土体对整桩的全部静阻力总和。由于锤击力的作用在桩顶的分布相对比较均匀, 而整个分析计算又只考虑检测截面以下的桩身, 高应变法可完全不考虑三位应变状态。
采用动力试桩有明显的技术和经济效果, 它与传统的静荷载试验相比较, 无论在试验设备、测试效率、工作条件或试验经费上均占明显的优越性。
桩基础是主要的基础形式之一, 而且随着高层建筑的层高增加, 或结构体系复杂、层数相差悬殊的建筑以及地下空间的开发利用越来越广泛, 桩基础是许多建筑物的首选或必选基础形式。因此, 对桩基础的检测是非常重要的课题。随着各种技术经济指标更好而施工工艺更加复杂的新型桩的出现, 单一的静载试验法无法满足桩基工程质量诊断要求, 将波动技术应用与桩基检测中, 对桩基工程的发展起了较大的推动作用。应该说, 随着新技术的出现桩基工程的质量诊断技术已发展成为一门内容丰富而自成体系的应用学科。全面审视我们目前已经拥有的各种手段并合理的加以利用, 显然是一件具有重大现实意义的工作。
摘要：桩基础是最古老的基础形式之一, 我国早在汉朝已有运用桩基础的先例。随着工程建设事业的蓬勃发展, 桩基础在高层建筑、桥梁、重型厂房、港口、码头、海上采油平台, 以及核电站等大型工程中大量采用。本文对桩基础工程检测的两种方法做了简单介绍, 从传统的静载试验检测方法到动力检测法。
关键词：桩基,静载,动力检测
[1] 李德庆, 李澄宇, 李澄海.桩基工程质量的诊断技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
[2] 罗骐先, 王五平.桩基工程检测手册[M].北京:人民交通出版社, 2010.
[3] 左名麒, 胡人礼, 毛洪渊.桩基础工程[M].北京:中国铁道出版社, 1996.
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