在岩土工程領(lǐng)域,通過直接理論計算能夠精確解(jiě)決的問題十分有限; 承載力尤(yóu)為突出。如基樁是埋入地下的隱蔽工程,樁的(de)承載力與(yǔ)樁型、樁材、成樁工藝以及樁周地層土特性等眾多複雜的(de)因素有關,迄今也(yě)還不能像結構工程那樣,單純通過理論計算給予確定。
靜載試驗是目前確定承(chéng)載力最直觀、最可靠的的傳通方法(fǎ)。《建築地基基礎設計規範》(GB 50007-2011)規定,對地(dì)基基礎設計(jì)等級為甲、乙級建築(zhù)物(wù),樁的承載力特征值應由靜載試驗確定;《公路(lù)橋涵(hán)施工技術規範》(JTJ/T F50-2011)規定:特大(dà)橋和地質(zhì)複雜的大、中(zhōng)橋,應采用靜壓試驗(yàn)方法確定單樁容許承載力;《建築地基工程施工質量驗收標準》 GB 50202-2018中(zhōng)也明確規定了大部分地基基(jī)礎、樁基(jī)都應(yīng)采用靜載試驗進行承載力確認。
按試驗目的分類(lèi)
靜載試驗按試驗目的可以分為為設計提供依(yī)據的試樁試驗和工程樁驗(yàn)收性試驗兩種類型(xíng)。
一、為設計提供依據的靜載試驗
為(wéi)設計提供依據的試樁靜載試驗是對設計根據場地、地勘資(zī)料(liào)、建築物(構築物類型)等因素設(shè)計的樁或者處理的地基進行試驗,從而驗證設計的(de)樁(zhuāng)是否能滿足要求,同時也提供試驗參數給設計人員進行試樁參數調(diào)整或者工藝調整。在工(gōng)程實踐中,通過(guò)靜載試驗可對設計的樁或者(zhě)處理地基進行驗證,在確定設(shè)計的樁或(huò)者地基處理方(fāng)式是否能滿足(zú)建築物(構築物)對地基承載力要求,也能對試樁參數、施工工藝(yì)進行調整,進而在保障使用、安全的前提下,節約成本(běn)。
如在用靜載荷試驗檢驗單樁豎向極限承載力時,發現基樁抗拔承載力極限值(zhí)t統計(jì)值比設計承載力(lì)特征值2倍(bèi)存在較多富餘,無形浪費大量的可用資(zī)源。 有(yǒu)的基樁承載力達不到設計要求,更有工程沒(méi)有經過(guò)靜(jìng)載試樁就開始工程樁(zhuāng)施(shī)工,存在較大的隱患; 萬一承載力檢測發現沒有達到設計要求,可能不得不采取減層卸荷處理(lǐ)、補樁或改變基礎型式、樁間(jiān)土加固處理等措施(shī),造成巨大的經濟損失。
為設計提供依據的靜載試驗,一般在工程樁尚未施工前進行,試樁靜載試(shì)驗的結(jié)果可能會改變工程樁的參數、施工工藝。為設計提(tí)供依據的試驗樁,應加載至樁側與樁端的岩土阻力達到極限狀態;當樁的(de)承載力由樁身強度控製時,可按設計要求的加載亮進行加載或加載至樁身破壞。試樁的位置,宜靠近地質鑽探位置(zhì),以便相(xiàng)互核對。
在工程實踐中,為了所謂“安(ān)全”,打樁過多,造成資金浪費不說,還由於擠土效應,大範圍地擾動了(le)地下土層,其後(hòu)果一是對周邊環境產生(shēng)不利影(yǐng)響(xiǎng);二是土體產生的巨大(dà)側向擠壓造(zào)成斷樁等工程事故;三(sān)是引起(qǐ)更大的工後沉降量,反(fǎn)而不安全。大片住宅小區,尤其(qí)是多層住宅,如果大量使用樁基,地下“樁頭林立”,會妨礙地(dì)下空間的利用,對地下空間的規劃(huá)、施工都會產生巨大(dà)影響。同時也存在勘察單(dān)位提供的承載(zǎi)力參數嚴重失真,在沒有做試樁的情況(kuàng)下按錯誤的資(zī)料設計,單樁實際承載力隻有設計承載力的一半(bàn),造成巨大經濟損失。從安全和經濟(jì)角度(dù)考慮,建議盡量采(cǎi)進行試樁靜載試(shì)驗後,再進行工程樁(zhuāng)施工,一方麵克服低估樁的承載力的盲目性,減少在部分樁基工程中(zhōng)存在的保守或者(zhě)預估錯誤的現象,另一方麵可為提高設計水平提供可靠的數據積累。
二、驗收性試驗(yàn)
工程樁驗收靜載試驗檢測(cè)是對工程樁施工後的承(chéng)載力進行驗收驗證; 一般是在施工後抽取一定(dìng)比例進行靜載荷試驗,驗證工程樁的承載力值是否滿足設計要求,若不(bú)滿足的時候要采取補強或者重新(xīn)處理的措施。
《建築(zhù)基樁檢測技(jì)術規範》JGJ 106-2014 規範中規定設計等級位甲級的樁基(jī)、未進行試(shì)樁靜(jìng)載試驗的工程、施工(gōng)過程中變更(gèng)了工藝參數或施工質量出現了異常、地基(jī)條件複雜、樁施工質量可(kě)靠性低、采用新樁型或新工藝、施工過程中產生擠土上浮或偏位的群樁應進行承載力驗收試驗。
為工程驗收而進行抽樣檢測(cè)的靜載試驗,試驗(yàn)是為了檢驗基(jī)樁或地基是否符合設(shè)計(jì)要求(qiú),為工程驗收(shōu)提(tí)供依據。以單樁豎向抗壓試驗為例,最大加載量(liàng)不應小於設計要求的(de)單樁豎(shù)向(xiàng)抗壓承(chéng)載力特征值的2.0倍,以保證足夠的安全儲備。
針對(duì)工程樁驗收(shōu),有兩點需要注(zhù)意:
(1) 對於密集沉樁施工,工程樁應采用靜(jìng)載試驗進行驗收檢測。同時,前期為設計提供依據的靜載試驗,試樁數量一般很少,群樁擠土效應沒有充分(fèn)顯現,施工後的單樁承載力(lì)與施工前的試樁結果可能相(xiàng)差甚遠,故試(shì)樁的檢(jiǎn)測結果不應作(zuò)為(wéi)工程樁的(de)檢測結果(guǒ),也不應作(zuò)為工(gōng)程樁的驗收依據。
(2)樁的豎向載荷(hé)試驗(yàn)其加載量是否要考慮樁身強度因素?樁的極限承載力的出(chū)現(xiàn)分為兩種情況,一種是樁周土的破壞(包括大的變形),另一種是樁身的破壞。能否僅僅根據樁(zhuāng)的載(zǎi)荷試驗得到的極限承載力直(zhí)接確(què)定樁的承載力特征值(zhí),是值得商榷的,原因是某些樁的實(shí)際樁(zhuāng)身(shēn)強度可能(néng)遠大於設(shè)計強度,對於(yú)采用實(shí)際強度確定承載力(lì)的情況可能造成樁的承載力被誇大而喪失代表性。因此,樁的豎向載荷試驗其加載量(尤其在試樁階段)不應超過樁的設計強度決定的(de)極限承載力,如果樁的極限承力(lì)已經超(chāo)過按照(zhào)樁身設計強度確定的極限承(chéng)載力,則應重新換算樁身強度,進行相應設(shè)計調整(zhěng),否則提(tí)交的試驗結果是不合理的,容易(yì)為工程埋下隱患,地基土對樁的(de)支承能力盡量接近樁身結構強度(dù)。
按試驗方法分類
靜載試(shì)驗是檢測基(jī)樁與地基承載力的一種最直觀、最可靠(kào)的傳統方法,按試驗方法主要分為單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗、單樁水平靜載試驗、土(岩)地(dì)基載荷試驗(淺層平板載荷試驗、深層平板載荷試驗、岩基載荷試驗)、複合地基載荷(hé)試(shì)驗(含豎(shù)向增強體載荷試驗)、自平衡靜載荷試驗、錨杆載荷試驗等。
一、單樁豎向抗壓靜載試(shì)驗
單樁豎向(xiàng)抗壓靜(jìng)載試(shì)驗適用於確定(dìng)單樁豎向抗(kàng)壓承載力。測試(shì)原(yuán)理是在基樁(zhuāng)上逐級施加豎向壓力,觀測樁基頂部隨時(shí)間產生的沉降以確定相應的樁基豎向抗壓(yā)承載力試驗方法。當樁身埋設有(yǒu)應變、位移傳感(gǎn)器或位移杆時,可測定樁身應變或(huò)樁(zhuāng)身截麵位(wèi)移,計算樁的分層側阻力和端阻(zǔ)力。
二(èr)、單樁豎向抗拔靜載試驗
單樁豎向抗拔靜載試驗適用於檢測單樁的豎向抗(kàng)拔承載力。試驗的原(yuán)理是在樁基上逐級施加豎向上拔力,觀測樁基頂部(bù)隨時間產(chǎn)生的上拔量以確定相應的樁(zhuāng)基豎(shù)向抗拔承載力試驗方法(fǎ)。當樁身埋設有(yǒu)應變、位移傳感器或樁端(duān)埋(mái)設有位移測量杆時,可(kě)測定樁身應變或樁端上拔量,計算樁的分層抗拔側阻力。
單樁(zhuāng)豎向抗拔靜載試驗是采用接近於豎向抗拔(bá)樁實(shí)際工作條件的試驗方法,確定(dìng)單樁豎向抗(kàng)拔極(jí)限承載能力。與樁頂受豎向壓力作用(yòng)所發揮的(de)樁(zhuāng)側(正)摩阻力相比,當樁頂受拔使樁(zhuāng)身受拉時,由於(yú)樁周土中的垂直向主應力減小、樁身泊鬆(sōng)效應等,將造成樁側抗拔(負)摩阻力弱(ruò)化。對於混凝土抗拔樁(zhuāng),當抗(kàng)拔承載力相對較高且對抗裂有限製要求時,采用樁頂拉拔(bá)承載(zǎi)力受力狀態(樁(zhuāng)身受拉)的抗拔樁恐難設計計算,在這種情況下,現場試驗在確定單樁豎向抗(kàng)拔承載力的作用就更為重要。
三、單樁水平(píng)靜載試驗
單樁水(shuǐ)平靜載試驗適用於在樁頂自由的試驗條件下,檢(jiǎn)測(cè)單樁的水平承載力,推定地基土水平抗力係數的比例係數。單樁水(shuǐ)平靜載試驗(yàn)的原理是在樁基上逐級或者循環(huán)施加水平推(tuī)力,觀測樁基頂部隨時間產生的水平位(wèi)移以確定相應的水平承載力試驗方法。當樁身埋設有應變測量傳感器時,可(kě)測定樁身橫截麵的彎曲應變,計算樁身彎矩以及確定鋼筋混凝土樁(zhuāng)受拉區混凝土開裂時對應的水平荷載。
為設計提供(gòng)依據的試驗樁,宜加載至樁頂出現較大水平位移或樁身結構破壞;對工程(chéng)樁抽樣檢測,可按設計要(yào)求的水平(píng)位移允許值控製加(jiā)載。
四、土(岩)地基(jī)載荷試驗
土(岩)地基載荷試驗適用於檢測天然地基、岩石(shí)地基及采用(yòng)換填、預壓、壓實、擠密、強夯、主將處理後的人工地基的承壓(yā)板(bǎn)下應力影響範圍內的承載力和變形參數。土(岩)載荷試驗測試原理是通過在一定麵積的承壓板上向地基土(岩)施加荷載,測定承(chéng)壓板下應力主要影響範圍內岩土的承(chéng)載力和變形特(tè)性的原(yuán)位測(cè)試方法。地基載荷試驗要驗證承載力及獲得(dé)地基的變形參數。地基載荷試驗實際上是一種與建築物基礎工作條件(jiàn)相似,直接對地基土進行的現場模擬試驗。一般認為,地基載荷試驗(yàn)確定的(de)地基承載力比用(yòng)其他測試方法得到的地基承載力更接近實際。
土(岩)地基載荷試驗分為淺層平板載(zǎi)荷試驗、深層平板載荷試驗和岩基荷載載(zǎi)荷試驗。淺(qiǎn)層平板載荷試驗適用(yòng)於確定淺層地基土、破碎、極破碎岩石地基的(de)承載(zǎi)力和變形參數;深層平板(bǎn)載荷(hé)試驗適(shì)用於確(què)定深層地基土和(hé)大直(zhí)徑樁的樁端土的承載力和變形參(cān)數,深層平板載荷試驗的試(shì)驗深度不應小於5m;岩基載荷試驗適用於確定完整、較完成、較破碎岩石(shí)地基的承(chéng)載力和變形參(cān)數。有部分標準將土(岩)地基載荷試驗(yàn)和複合地基載荷試驗統一稱為平板載荷(hé)試(shì)驗。
五(wǔ)、複合(hé)地基載荷試驗
複合地基載荷試驗適用於水泥土(tǔ)攪拌樁、砂石(shí)樁、旋噴樁(zhuāng)、夯實水泥土樁、水泥粉煤灰碎石樁、混凝(níng)土樁、樹根樁、灰土樁、柱錘衝擴樁及(jí)強夯(bèn)置換墩等豎向增強體(tǐ)和周(zhōu)邊(biān)地基土組成(chéng)的複合地基的單樁(zhuāng)複合地基和多樁複合地基(jī)載荷試驗,用於測定成承壓板下應(yīng)力影(yǐng)響範圍內的複合地基的(de)承載力特征值。
複合地(dì)基載荷(hé)試(shì)驗
複合地基中含有豎向增強體載荷試(shì)驗,豎向增強體載荷試驗適用於確定水泥土攪拌樁、旋噴樁、夯實水泥土樁、水(shuǐ)泥粉煤灰碎石樁(zhuāng)、混凝土(tǔ)樁、樹根樁(zhuāng)、強夯置換墩等複合地基豎向增(zēng)強體的豎向承載力,豎向增強體載荷試驗一般按照單樁豎向抗壓靜載試驗方法(fǎ)進行試驗。
六、自平衡試驗
自平衡靜載試驗適用於(yú)傳統靜載試驗條件受(shòu)限(xiàn)時的基樁豎向承載力檢測(cè)和評價。自平(píng)衡(héng)試驗是將(jiāng)一種特製的加載裝置(自平衡荷載箱),在混凝土澆注之(zhī)前和(hé)鋼筋籠一起埋(mái)入(rù)樁內(nèi)相應的位置(具體位置根據試驗的不同目的而定),將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置(位移、應變(biàn)等)從樁體引到(dào)地麵,然後灌注成(chéng)樁。由加壓泵在地麵向荷載(zǎi)箱(xiāng)加(jiā)壓加載,荷載箱產生上下兩個方向的力,並傳遞到樁身。利用樁(zhuāng)體自成反力測試(shì)試樁的承載力。
七(qī)、 錨(máo)杆載(zǎi)荷試驗
錨杆一端(duān)與外部承載構件連(lián)接,另一端錨固在穩定岩土體內,將(jiāng)拉力傳(chuán)遞到岩土層中的一種受拉構(gòu)件。錨杆同時也是地基處理中的一種重要處理方式,使用也比較常見。如在地下室中常(cháng)使用(yòng)基礎錨(máo)杆,也稱之為抗浮錨杆,主要承受地下水浮(fú)力的基礎錨杆。
國內對於錨杆試驗對應規範也比較多(duō),分類也比較多,總結可以將錨杆載荷試驗分成如下幾種方式。
錨杆基本試驗,用於確定錨杆極限抗拔承載力,提供錨杆設計參數和驗證錨杆施工(gōng)工(gōng)藝。錨(máo)杆基本試驗的加卸方法也分成多循環加(jiā)卸法、分級維持荷載法、單循環加(jiā)卸載(zǎi)法。根具不同的試驗對象(xiàng)選擇合適的方式進行試驗。
錨杆蠕(rú)變試驗,可用於檢測錨(máo)杆蠕變特性,為控製蠕變量和預應力損失提供錨杆設計參數。錨杆蠕變(biàn)試驗主要是分級維持荷載法。
錨杆驗收試驗,可用(yòng)於確定驗收荷載作(zuò)用下錨杆的工作(zuò)性狀(zhuàng),判定錨杆抗拔性能是否滿足設計要求,為工程驗收提供依據。
錨杆粘結強度試驗,可用於(yú)確定錨杆錨固段注漿體與岩土(tǔ)層之(zhī)間的粘結強度。
持有荷載(zǎi)試驗,可用於測定(dìng)錨杆的杆體持有荷載,也可用於測定預應力錨杆(gǎn)鎖定力。