CN1455055A - 端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法，属于建筑技术领域，包含步骤：a.根据地质勘探资料，估算桩的端承力、摩阻力数值，设计制作荷载箱；b.将荷载箱焊接于通长钢筋笼端部，将钢筋笼吊装放入桩孔内；c.清理桩孔、验收、浇注混凝土；d.混凝土强度生成70％后，慢速维持荷载法或快速维持荷载法检测桩承载力；e.向荷载箱高压注入流态膨胀混凝土；本发明方法以桩自身平衡提供检测所用压力，降低检测成本，受环境因素影响小，节省工期，加快工程进度，检测数据安全可靠。
Description
所属技术领域
本发明属于建筑技术领域。
背景技术
高层、超高层建筑日渐增多，大直径桩子承载力数百吨、数千吨的桩子普遍应用，竖向静载试验比较困难，美国西北大学土木系荣誉教授Jorj.osterberg博士发明了自平衡测桩法，获得美国深基础协会突出贡献奖，并很快在世界各地推广应用，其原理是利用千斤顶式的荷载箱(o.cell)装在桩底，借千斤顶油压***的压力向上推桩身测桩子的摩阻力，向下推压桩子的持力层，推力的二倍即为桩子的承载力，如一方提前破坏则得不到桩子的总承载力。我国南方对于持力层总承载力较小，桩身长总摩阻力大于持力层端承力，是在桩身下部某一高度处按装荷载箱(o.cell)使下部的端阻力和部分摩阻力之和等于平衡桩子上段的总摩阻力，然后将荷载箱处的空穴通过予埋管路高压灌满流膨胀砼连成整体。
此种方法只适用我国南方，砂土比较松散的地质条件。对于北方等地，密实砂土条件，持力好，土层较浅，桩身长度较短，端阻力远大于桩身摩阻力数倍数十倍，因不能使桩侧摩阻力与桩端阻力自平衡，而不能检测桩的承载力。
发明内容
针对现有方法存在的问题，本发明提供一种端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法。
检测步骤：
(1)根据地质勘探资料，估算桩的端承力、摩阻力数值，设计制作荷载箱；
荷载箱由上表面、下承压板、缸体、流态膨胀混凝土注入管和输出管桩端沉降测量管及活塞构成。
荷载箱上平面与桩身截面相同，荷载箱下承压板通过计算确定，截面面积小于上平面面积(如图2)。试验通过油泵将液压油从无缝钢管(导管2)中压入荷载箱缸体，在缸体内产生高压，推动荷载箱下承压板压地基，荷载箱上表面推动桩身，桩自平衡，从而测得桩承载力，地基的下沉量由焊接在荷载箱下表面的钢管内的钢筋位移确定。测试结束后，从钢管(导管1)向荷载箱缸体内、外注入流态膨胀混凝土。
(2)荷载箱焊接于通长钢筋笼端部，将钢筋笼吊装放入桩孔内；
(3)清理桩孔、验收、浇注混凝土；
(4)混凝土强度生成70％后，慢速维持荷载法或快速维持荷载法检测桩承载力；
(5)然后向荷载箱高压注入流态膨胀混凝土。
本发明要求确定加载量、位移稳定条件和卸载条件：
(1)每级加载量的确定：每级加载量为摩阻力理论计算值的1/8～1/10。
(2)位移稳定条件的确定：
规定时间内位移的两次读取数据相差0.1mm视为本级加载完成，进行下一级加载。
(3)卸载条件
频率计频率大幅下降，桩顶位移激增，桩底位移回弹视为终止试验条件。
承压板设计
荷载箱上表面承压板与桩身截面相同。荷载箱下表面承压板通过计算确定，截面面积小于荷载平面面积(如图2)，并焊接于荷载箱活塞，下承压板面积计算如下：
a，根据地质资料确定桩端地基承载力qp，估算桩侧摩阻力Qs；
b.计算下承压板面积：
A下承压板-荷载箱下承压板面积
c.下承压板截面形状与桩相同
荷载箱设计
荷载箱缸体为圆柱形(如图1)，缸体直径、壁厚、活塞、密封设计与千斤顶设计相同。缸体直径小于下承压板直径或边长。导管1、2为无缝钢管(导管2设计中要满足油泵压力要求)，同时应符合注入流态混凝土的技术要求。导管1根部为凸形截面，以利于混凝土向此处注入。
检测压力及位移的确定
检测压力从油泵油表读取，下承压板下沉量测量从导管[1]内焊接于下承压板的钢筋位移量取，桩顶位移出安装于桩顶的百分表量取。
桩承载力的确定
下承压板下沉降量≤0.012～0.015D或油泵压力下降、桩顶位移激增、下承压板位移回弹时对应的油表压力为下承压板对地基的压力(Po)。桩承载力公式为：
其中A桩端——桩端截面面积，A压板——下承压板面积，Q——桩承载力
对自平衡予估不准情况，桩承载力可按第3项中第(3)条方法适当调整。
(1)检测工作说明
油泵将液压油从无缝钢管[导管2]中压入荷载箱缸体，从缸体内产生高压，推动荷载箱下承压板压地基，荷载箱上表面推动桩身，桩自平衡，从而测得桩承载力，地基的下沉量由焊接在荷载箱下表面的钢管[导管1]内的钢筋位移确定。测试结束后，从导管向荷载箱缸体内、外注入流态膨胀混凝土(如图1)。
理论依据
(1)大直径桩的破坏特点
大直径桩子的工作特点与中小直径桩不同，在大量试验的基础上，1988年Meyerhof指出，大直径桩子是“渐进型破坏”。实际是因为直径大，持力层压缩影响深，下沉变形大，桩端周边产生八字形斜向裂缝，持力层脱离桩子周围土柱的约束作用，随着荷载增加裂缝扩大沿伸，达一定程度桩端土楔将裂缝挤压闭合，荷载继续增加，裂缝扩大，再挤压闭合。这样渐进破坏，荷载下沉曲线呈台阶状如图5所示。这是渐进破坏的特点。由于它端点周边出现斜向裂缝，持力层不再受其上土柱的约束作用，所以osterberg测桩法正是适应此种破坏情况，才得到各国专家的认可和推广应用。
(2)地基模型为弹性半空间体，依据弹性力学理论：表面作用直径为D的圆形均布荷载P0时，沉降量公式为： (1)
式中E，μ为土的变形模量和泊桑比。静载试桩确定桩子的承载力常以S＝1.5D％为准，于是 (2)消除式中D得， (3)
同理，对于小直径(d)桩，代入式(1)，得 (4)
消除(4)式中的d，则有： (5)
公式(3)、(5)二者相同，按相似关系，故可用小桩模拟。于是测得各模型桩的承载力公式为：
其中A桩端——桩端截面面积，A压板——承压板面积
(3)当自相平衡予估不准时，可按以下方法调整：
A.下部端阻力小时，摩阻力荷载一位移曲线可适当外延(如图4)
B.上部摩阻力小时，端阻力荷载一位移曲线可适当外延(如图3)
根据外延适当减小，仍可求得桩子承载力值。
适用范围：
随着基本建设的迅猛发展，桩墩基础越来越多的应用于建筑物、构筑物的基础，大型、高承载力桩墩已有较多应用实例，但对上述特殊条件的桩墩基础承载力检测却未能解决。本发明适用于端阻力大于摩阻力的大直径桩墩基础，桩墩承载力越高，本发明方法越能显现优越性。我国2002年4月颁布的新的地基基础设计规范第8.5.5条规定的深层平板试验确定的要求也正符合此原则。
优点：
(1)不需配重和锚桩等形成的反力***，以桩自身平衡提供检测所用压力，降低检测成本；
(2)受环境因素影响小，可实现检测；
(3)节省工期，加快工程进度；
(4)检测数据安全可靠。
附图说明
图1为本发明荷载箱构造示意图；
图2为本发明荷载箱工作示意图；
图3当上部摩阻力小时，端阻力荷载—位移曲线适当外延状态示意图；
图4当下部端阻力小时，摩阻力荷载—位移曲线适当外延状态示意图；
图5大直径桩P-S曲线图。
具体实施方式
以φ300mm桩试验为例，按照如上的方法，其试验数据见下表：
表1.1 φ300mm桩自平衡检测试验数据
注：桩埋进深度：930mm
| 加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
| 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | |||
| 第一次 | 1635 | 0.53 | 0.6 | 0.65 | 0.625 | 0.39 | 0.37 | 0.38 |
| 第二次 | 1730 | 1.05 | 1.16 | 1.2 | 1.18 | 0.64 | 0.68 | 0.62 |
| 第三次 | 1807 | 1.50 | 1.74 | 1.76 | 1.75 | 1 | 1.05 | 1.025 |
| 第四次 | 1875 | 1.97 | 2.28 | 2.26 | 2.27 | 1.32 | 1.29 | 1.305 |
| 第五次 | 1941 | 2.53 | 2.87 | 2.83 | 2.85 | 1.6 | 1.63 | 1.615 |
| 第六次 | 1999 | 3.07 | 3.4 | 3.39 | 3.395 | 1.95 | 2.08 | 2.015 |
| 第七次 | 2039 | 3.54 | 3.91 | 3.91 | 3.91 | 2.3 | 2.32 | 2.31 |
| 第八次 | 1967 | 2.75 | 5.47 | 5.36 | 5.415 | 2.28 | 2.27 | 2.25 |
表1.2 φ300mm桩自平衡检测试验数据
注：桩埋进深度：920mm
| 加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
| 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | |||
| 第一次 | 1630 | 0.53 | 0.68 | 0.65 | 0.665 | 0.35 | 0.34 | 0.345 |
| 第二次 | 1735 | 1.09 | 1.26 | 1.21 | 1.235 | 0.73 | 0.75 | 0.74 |
| 第三次 | 1800 | 1.48 | 1.86 | 1.83 | 1.845 | 0.99 | 1 | 0.995 |
| 第四次 | 1891 | 2.10 | 2.54 | 2.5 | 2.52 | 1.4 | 1.42 | 1.41 |
| 第五次 | 1960 | 2.71 | 3.17 | 3.02 | 3.095 | 1.82 | 1.81 | 1.815 |
| 第六次 | 2030 | 3.45 | 3.81 | 3.67 | 3.74 | 2.23 | 2.22 | 2.225 |
| 第七次 | 1987 | 2.93 | 5.28 | 5.17 | 5.225 | 2.18 | 2.17 | 2.13 |
| 第八次 | 1914 | 2.53 | 6.88 | 6.75 | 6.815 | 2.1 | 2.1 | 2.04 |
表1.3φ 300mm桩自平衡检测试验数据
注：桩埋进深度：900mm
| 加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
| 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | |||
| 第一次 | 1620 | 0.49 | 0.71 | 0.72 | 0.715 | 0.33 | 0.32 | 0.325 |
| 第二次 | 1722 | 0.99 | 1.29 | 1.29 | 1.29 | 0.67 | 0.66 | 0.665 |
| 第三次 | 1798 | 1.48 | 1.85 | 1.85 | 1.85 | 0.99 | 0.98 | 0.985 |
| 第四次 | 1881 | 2.0 | 2.44 | 2.45 | 2.445 | 1.35 | 1.33 | 1.34 |
| 第五次 | 1942 | 2.53 | 3.02 | 3.01 | 3.015 | 1.7 | 1.69 | 1.695 |
| 第六次 | 2006 | 3.12 | 3.59 | 3.58 | 3.585 | 2.04 | 2.03 | 2.035 |
| 第七次 | 2042 | 3.6 | 4.11 | 4.08 | 4.09 | 2.38 | 2.33 | 2.335 |
| 第八次 | 1984 | 3.26 | 5.58 | 5.61 | 5.595 | 2.29 | 2.26 | 2.30 |
表2.1 φ300mm桩对比试验数据表
注：桩埋进深度：900mm
| 加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 配重(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
| 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | ||||
| 第一次 | 1781 | 0.53 | 2.0 | 0.54 | 0.58 | 0.56 | 0.34 | 0.33 | 0.335 |
| 第二次 | 1823 | 1.15 | 1.09 | 1.08 | 1.085 | 0.61 | 0.59 | 0.60 | |
| 第三次 | 1840 | 1.87 | 1.84 | 1.86 | 1.85 | 1.22 | 1.23 | 1.225 | |
| 第四次 | 1859 | 2.38 | 2.40 | 2.38 | 2.39 | 1.69 | 1.70 | 1.695 | |
| 第五次 | 1881 | 3.02 | 3.01 | 3.05 | 3.03 | 1.93 | 1.94 | 1.935 | |
| 第六次 | 1902 | 3.6 | 3.54 | 3.53 | 3.535 | 2.33 | 2.35 | 2.34 | |
| 第七次 | 1922 | 4.25 | 4.05 | 4.07 | 4.06 | 2.79 | 2.81 | 2.80 | |
| 第八次 | 1938 | 4.9 | 4.67 | 4.69 | 4.68 | 3.24 | 3.23 | 3.235 | |
| 第九次 | 1951 | 5.405 | 5.12 | 5.15 | 5.135 | 3.62 | 3.62 | 3.62 | |
| 第十次 | 1943 | 5.10 | 7.21 | 7.23 | 7.22 | 3.56 | 3.54 | 3.55 | |
| 第十一次 | 1941 | 5.05 | 9.01 | 8.99 | 9.0 | 3.48 | 3.45 | 3.465 | |
表2.2 φ300mm桩对比试验数据表
注：桩埋进深度：930mm
| 加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 配重(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
| 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | ||||
| 第一次 | 1798 | 0.63 | 2.0 | 0.64 | 0.66 | 0.65 | 0.30 | 0.31 | 0.305 |
| 第二次 | 1818 | 1.19 | 1.15 | 1.17 | 1.16 | 0.64 | 0.63 | 0.635 | |
| 第三次 | 1841 | 1.93 | 1.94 | 1.93 | 1.935 | 1.04 | 1.05 | 1.045 | |
| 第四次 | 1861 | 2.46 | 2.72 | 2.74 | 2.73 | 1.63 | 1.62 | 1.625 | |
| 第五次 | 1889 | 3.10 | 3.21 | 3.23 | 3.22 | 1.90 | 1.89 | 1.895 | |
| 第六次 | 1911 | 3.81 | 3.74 | 3.78 | 3.76 | 2.35 | 2.34 | 2.345 | |
| 第七次 | 1925 | 4.30 | 4.10 | 4.12 | 4.11 | 2.80 | 2.82 | 2.81 | |
| 第八次 | 1937 | 4.83 | 4.49 | 4.48 | 4.485 | 3.04 | 3.06 | 3.05 | |
| 第九次 | 1952 | 5.42 | 4.92 | 4.93 | 4.925 | 3.35 | 3.37 | 3.36 | |
| 第十次 | 1966 | 6.0 | 5.53 | 5.55 | 5.54 | 3.92 | 3.96 | 3.94 | |
| 第十一次 | 1959 | 5.79 | 7.64 | 7.68 | 7.66 | 3.84 | 3.80 | 3.82 | |
表2.3 φ300mm桩对比试验数据表
注：桩埋进深度：910mm
| 加载次数 | 频率计读数(HZ) | 桩端压力(KN) | 配重(KN) | 桩头位移(mm) | 桩底位移(mm) | ||||
| 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | 1#百分表 | 2#百分表 | 平均值 | ||||
| 第一次 | 1792 | 0.61 | 2.0 | 0.72 | 0.73 | 0.725 | 0.30 | 0.29 | 0.295 |
| 第二次 | 1813 | 1.21 | 1.26 | 1.28 | 1.27 | 0.66 | 0.67 | 0.665 | |
| 第三次 | 1839 | 1.85 | 1.88 | 1.92 | 1.90 | 1.20 | 1.18 | 1.19 | |
| 第四次 | 1860 | 2.41 | 2.36 | 2.38 | 2.37 | 1.64 | 1.66 | 1.65 | |
| 第五次 | 1891 | 3.19 | 3.16 | 3.15 | 3.155 | 2.08 | 2.10 | 2.09 | |
| 第六次 | 1910 | 3.78 | 3.67 | 3.69 | 3.68 | 2.41 | 2.43 | 2.42 | |
| 第七次 | 1922 | 4.25 | 4.0 | 3.96 | 3.98 | 2.89 | 2.87 | 2.88 | |
| 第八次 | 1932 | 4.65 | 4.49 | 4.52 | 4.505 | 3.18 | 3.16 | 3.17 | |
| 第九次 | 1950 | 5.32 | 4.94 | 4.93 | 4.935 | 3.52 | 3.51 | 3.515 | |
| 第十次 | 1961 | 5.80 | 5.40 | 5.41 | 5.405 | 4.02 | 4.05 | 4.035 | |
| 第十一次 | 1955 | 5.61 | 7.73 | 7.74 | 7.735 | 3.94 | 3.92 | 3.93 | |
表3 φ300m桩承载力试验数据对比
单位：KN
| 自平衡检测 | 桩型 | 桩号 | 端阻力 | 摩阻力 | 承载力 | 桩承载力 |
| φ300 | 1# | 5.1674 | 3.54 | 8.7074 | 8.6786 | |
| 2# | 5.0360 | 3.444 | 8.48 | |||
| 3# | 5.2550 | 3.5933 | 8.8483 | |||
| 对比试验 | 桩型 | 桩号 | 千斤顶压力 | 配重重量 | 承载力 | 桩承载力 |
| φ300 | 1# | 5.405 | 2.0 | 8.81 | 9.47 | |
| 2# | 6.0 | 10.0 | ||||
| 3# | 5.8 | 9.6 | ||||
| 误差 | 8.36％ | |||||
Claims (2)
1、一种端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法，包含以下步骤：
a.根据地质勘探资料，估算桩的端承力、摩阻力数值，设计制作荷载箱；
b.将荷载箱焊接于通长钢筋笼端部，将钢筋笼吊装放入桩孔内；
c.清理桩孔、验收、浇注混凝土；
d.混凝土强度生成70％后，慢速维持荷载法或快速维持荷载法检测桩承载力；
e.向荷载箱高压注入流态膨胀混凝土；
要求确定的条件包括；加载量、位移稳定条件和卸载条件；
f.每级加载量为摩阻力理论计算值的1/8～1/10；
g.位移稳定条件的确定，规定时间内位移的读取数据相差0.1mm视为本级加载完成，进行下一级加载；
h.卸载条件，频率计频率大幅下降，桩顶位移微增，桩底位移回弹视为终止试验条件。
2、根据权利要求1所述的端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法，其特征在于荷载箱由上平面、下平面、缸体、流态膨胀混凝土注入导管、输出导管、桩端沉降测量管及活塞组成，荷载箱上平面与桩身截面相同，下承压板面积小于上平面面积，缸体为圆柱形，缸体直径小于下承压板直径，桩端沉降测量管根部为凸形截面，活塞位于缸体内的底部。
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|---|---|---|---|
| CN 03111420 CN1226493C (zh) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | 端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法 |
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|---|---|---|---|
| CN 03111420 CN1226493C (zh) | 2003-04-11 | 2003-04-11 | 端承型大直径桩墩竖向承载力检测方法 |
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