中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
建筑樁基是基礎(chǔ)性承重結(jié)構(gòu)，在其發(fā)揮承載作用時(shí)，豎向承載力在維持建筑穩(wěn)定中為主要因素?？茖W(xué)檢測(cè)豎向承載力，可使樁基穩(wěn)定生效，避免超負(fù)荷而損壞。本文分析了利用靜載試驗(yàn)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)施檢測(cè)的方法，經(jīng)過對(duì)比，本文認(rèn)為在此類檢測(cè)中前者應(yīng)用價(jià)值更高。
【關(guān)鍵詞】樁基;承載力檢測(cè);豎向承載力;方法研究
對(duì)單個(gè)樁基進(jìn)行承載力檢測(cè)時(shí)，可應(yīng)用多手段，除靜載試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)公式外，還可進(jìn)行靜力分析以及對(duì)樁基進(jìn)行動(dòng)測(cè)。采用不同手段，影響因素不同，檢測(cè)精度存在差異。本文以實(shí)際案例為研究樣本，以靜載試驗(yàn)作為檢測(cè)方式，測(cè)定樁基體的豎向承載極限值。然后以經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)施計(jì)算，比較結(jié)果差異。
1、靜載試驗(yàn)檢測(cè)
1.1理論依據(jù)
靜載試驗(yàn)屬于動(dòng)測(cè)模擬法，以動(dòng)測(cè)模擬法進(jìn)行基樁檢測(cè)，精準(zhǔn)度約為15%，應(yīng)用此種檢測(cè)方法成本低于高應(yīng)變檢測(cè)以及高落錘檢測(cè)，僅需后者（20～30）%。應(yīng)用此檢測(cè)時(shí)，可采取隨機(jī)抽檢方式，可操作性強(qiáng)，測(cè)試易于完成。進(jìn)行此種檢測(cè)，可促進(jìn)樁基質(zhì)量優(yōu)化，提升經(jīng)濟(jì)效益。其局限在于，要求所檢測(cè)樁基為摩擦樁，同時(shí)試驗(yàn)地點(diǎn)的地質(zhì)條件符合要求[1]。
動(dòng)測(cè)法的理論依據(jù)是動(dòng)力學(xué)，以儀器為檢測(cè)工具，確定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征或者材料動(dòng)力特征，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。材料要求具有彈性，可為個(gè)體，也可為系統(tǒng)材料。參數(shù)中包括模態(tài)、幅值以及固有頻率等，其中幅值可細(xì)化為位移、速度或者加速度，并了解動(dòng)應(yīng)力分布，分析以上參數(shù)，可知?jiǎng)偠群唾|(zhì)量的分布規(guī)律受其影響，計(jì)算時(shí)，分布質(zhì)量元素組建成質(zhì)量矩陣，力和相關(guān)變形關(guān)系等剛度元素組建剛度矩陣，然后進(jìn)行計(jì)算。在理論上，強(qiáng)度問題并不屬于動(dòng)力學(xué)研究范疇，分析樁基問題本質(zhì)，可將其視為對(duì)強(qiáng)度和剛度之間函數(shù)關(guān)系的構(gòu)建，也可描述為強(qiáng)度、剛度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。
靜載檢測(cè)中獲取沉降與荷載之間的關(guān)系曲線，標(biāo)記為Q-S，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，采用準(zhǔn)靜態(tài)模式，以曲線的形成作為樁基承載力的基礎(chǔ)性依據(jù)。在確定承載力時(shí)，受主觀因素影響，取決于曲線中的取點(diǎn)位置，而曲線取點(diǎn)是闡述樁承載力的限制條件。Q-S曲線可反映承載動(dòng)態(tài)變化，顯示沉降過程，最終結(jié)果即為樁基承載力。此過程與檢測(cè)結(jié)果存在相關(guān)性，并有規(guī)律可循，基于此原理，可進(jìn)行動(dòng)測(cè)。在靜載試驗(yàn)中，基礎(chǔ)依據(jù)為Q-S曲線。施工工藝、樁型和土層皆可影響曲線形狀?；诖朔N背景，承載力的確定是檢測(cè)難點(diǎn)。從全局而言，該曲線常見兩種基礎(chǔ)形狀，在兩種形狀間，發(fā)生局部畸變。在檢測(cè)試驗(yàn)中，可根據(jù)區(qū)域分設(shè)標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.2基礎(chǔ)資料
此工程以樁基為工程基礎(chǔ)，經(jīng)過勘測(cè)，確定建設(shè)地點(diǎn)不存在地表水，地下水為深度埋藏狀態(tài)，對(duì)樁基無顯著影響。靜力觸探試驗(yàn)顯示，建設(shè)區(qū)域主要包括兩個(gè)地質(zhì)層，土質(zhì)為黃土和老黃土。黃土分布集中于河谷和溝壑區(qū)域，可見土體質(zhì)地較為均勻，可見少量小石，并見孔隙，屬于硬塑土體。經(jīng)測(cè)量，其層厚為（1.8～6.5）m。老黃土土質(zhì)均勻，可見少量鈣質(zhì)結(jié)核，在試驗(yàn)區(qū)廣泛分布，鉆孔時(shí)無揭穿。
1.3檢測(cè)方法
所用試驗(yàn)樁為旋挖鉆孔灌注類型，靜載試驗(yàn)選擇錨樁法實(shí)施，試樁時(shí)使用S1號(hào)樁，規(guī)格為長25m，直徑1.5m;錨樁使用M（1～4）號(hào)樁，長30m，直徑為1.5m。依據(jù)相關(guān)規(guī)范，并聯(lián)使用8個(gè)同型號(hào)液壓千斤頂，以液壓表執(zhí)行荷載控制，錨樁布置采用“四錨一”的方式進(jìn)行。進(jìn)行試驗(yàn)加載時(shí)執(zhí)行慢速維持荷載，以逐級(jí)等量加載的方式進(jìn)行，單級(jí)荷載持續(xù)120min，達(dá)到最大荷載為止;繼而逐級(jí)卸載，歸零截止，卸載設(shè)置為2倍加載量。維持過程持續(xù)、平穩(wěn)，控制在負(fù)荷內(nèi)。單級(jí)加載或卸載≥1min，分設(shè)10級(jí)加載，單級(jí)設(shè)置1000kN，首次荷載設(shè)為分級(jí)荷載2倍量。當(dāng)試驗(yàn)滿足以下條件時(shí)停止加載：（1）本級(jí)荷載沉降量>上級(jí)荷載5倍。此種情況中，當(dāng)樁基平穩(wěn)沉降，總沉降不足40mm，應(yīng)持續(xù)加載，使總沉降超過40mm為止。（2）本級(jí)荷載沉降>上級(jí)荷載2倍，同時(shí)24h后持續(xù)提升，沉降不穩(wěn)。加載結(jié)束后，開始卸載，卸載時(shí)荷載設(shè)定加載狀態(tài)下2倍分級(jí)荷載，單級(jí)卸載應(yīng)堅(jiān)持1h，同步檢測(cè)樁頂沉降，確定鋼筋計(jì)數(shù)據(jù)。卸載結(jié)束，對(duì)殘余沉降進(jìn)行檢測(cè)，持續(xù)3h。
1.4檢測(cè)結(jié)果
經(jīng)過荷載試驗(yàn)，確定試驗(yàn)樁荷載情況，得出荷載和沉降、時(shí)間的相關(guān)關(guān)系曲線，分析曲線可知，加載或者荷載不足8000kN，沉降曲線與直線相似，此種狀態(tài)下，樁基和土體互相產(chǎn)生影響，樁基同時(shí)發(fā)生彈性變形，導(dǎo)致沉降加劇，樁基在與土體發(fā)生摩擦?xí)r產(chǎn)生的阻力是其承載力的主要來源。加載超過8000kN，沉降量提升，沉降曲線弧度變大，土體和樁基出現(xiàn)相對(duì)位移，在此過程中樁端阻力產(chǎn)生影響，同時(shí)樁側(cè)土在此時(shí)為彈塑性變形期。樁端與樁側(cè)的阻力同時(shí)生效，但無法抵抗荷載，導(dǎo)致樁端土出現(xiàn)塑性變形，樁頂位置的沉降迅猛提升，故而破壞基樁。試裝繼續(xù)加載，達(dá)到12000kN，樁頂沉降量達(dá)到72.87mm，卸載結(jié)束，回彈量峰值是9.15mm，回彈率12.56%，顯示該時(shí)期樁端土和樁周土徹底塑性變形，土體結(jié)構(gòu)破壞，無承載能力?；谙嚓P(guān)規(guī)定，結(jié)合承載力計(jì)算值，以曲線分布為參考，可知其極限承載力是9000kN左右。
2、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算樁基承載力，獲取理論值。其公式如下：
將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入該公式中，進(jìn)行計(jì)算，得出該樁的單樁承載力數(shù)據(jù)，可知其容許值是9910.5kN。結(jié)合之前靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與之相比較，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，靜載試驗(yàn)檢測(cè)出的樁基承載力較低，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的理論承載值較高。經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)和公式計(jì)算，分析結(jié)果顯示，樁側(cè)阻力是為樁基提供承載力的核心支持，在承載作用中，樁端阻力產(chǎn)生承載支持作用偏低。試驗(yàn)數(shù)據(jù)和公式計(jì)算得出的理論值存在差異，和公式計(jì)算相比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)承載值較小。進(jìn)行原因分析，是因?yàn)樵谠囼?yàn)中，為樁側(cè)摩阻力設(shè)置特征值階段，土體取值區(qū)域不科學(xué)，范圍過大，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，應(yīng)基于實(shí)際靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定樁基設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)。在此次研究中，黃土層是支持樁端的主要圖層，以試驗(yàn)信息和公式計(jì)算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知核心承載力是樁側(cè)摩阻力，由此可知，此工程所用基樁具有摩擦樁的顯著特征[2]。
3、結(jié)果比較
將靜載試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式兩種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，可得出可靠性較強(qiáng)的結(jié)論。經(jīng)過二者比較，可知在此次工程中，建筑物所在位置土體性質(zhì)多樣化特點(diǎn)較弱，利用靜載試驗(yàn)，對(duì)固定樁中的長樁進(jìn)行承載力檢測(cè)，然后根據(jù)檢測(cè)所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行反向計(jì)算，對(duì)樁側(cè)阻力進(jìn)行取值時(shí)，可有效設(shè)定特征值，進(jìn)而促進(jìn)樁基設(shè)計(jì)完善。經(jīng)過比較可知，以靜載試驗(yàn)實(shí)施檢測(cè)，所獲取的最終承載力較低，進(jìn)行原因分析，核心因素是對(duì)樁側(cè)摩擦力進(jìn)行取值時(shí)，所設(shè)定的特征值偏高，與土體取值區(qū)域適配度較低。研究提示設(shè)計(jì)樁基時(shí)，應(yīng)將靜載試驗(yàn)的實(shí)際檢測(cè)作為依據(jù)，促進(jìn)科學(xué)設(shè)計(jì)。比較二者結(jié)果，可知在此案例中，相關(guān)樁基屬于摩擦樁類型，樁側(cè)摩阻力是樁基承載力的核心來源。
結(jié)論：
綜上所述，進(jìn)行樁基研究，檢測(cè)其豎向承載力時(shí)，可綜合多種手段，進(jìn)行結(jié)果比較，定位檢測(cè)差異，提升精準(zhǔn)度，促進(jìn)科學(xué)檢測(cè)。根據(jù)樁基承載力可優(yōu)化樁基使用和建筑設(shè)計(jì)，促進(jìn)穩(wěn)定建設(shè)。在檢測(cè)過程中，應(yīng)考慮土質(zhì)、樁側(cè)摩阻力影響，科學(xué)確定極限承載力。
