❶ 感測器放在樁基什麼位置
感測器放在樁基的中心位置。
根據《建築樁基檢測技術規范》(JGJ106-2014),樁基檢測的主要方法有靜載試驗、鑽芯法、低應變法、高應變法、聲波透射法等幾種。
在國內,絕大多數的檢測機構採用反射波法(瞬態時域分析法)檢測樁身完整性,主要原因是其儀器輕便、現場檢測快捷,同時將激勵方式、頻域分析方法等作為測試、輔助分析手段融合進去。當然,低應變法檢測時,不論缺陷的類型如何,其綜合表現均為樁的阻抗變小,而對缺陷的性質難以區分,這是其最大的局限性。
❷ 樁基奧氏法靜載荷試驗
(Osterberg Cell Load Test,簡稱為「O-Cell試驗」)
一、奧氏法靜載荷試驗簡介
隨著大直徑、超長樁不斷被許多大型工程所採用,這類樁的荷載試驗所需的費用和周期都急劇增加。對高承載力(>10000kN)樁,載荷試驗方法,是將千斤頂放置在樁的底部,千斤頂的作用是,在向上頂起樁身的同時,也向下擠壓樁端土,使形成的樁的摩阻力和端阻力互為反力,可測得一條與樁頂施加荷載反方向的荷載—位移曲線,通過適當換算後得到相當於樁頂加荷的承載力和位移關系的Q—S曲線,這樣就解決了大噸位樁豎向承載力現場試驗問題,它既有利於指導設計,還可以解決受場地和設備條件限制無法進行大型、超大型單樁豎向承載力原位試驗問題。
這種方法在國外被冠名為Osterberg試樁法,在國內有叫做自平衡試樁。
Osterberg法已成功地應用到鑽孔樁、壁板樁、打入式鋼管樁及預制混凝土樁等樁型中,最大可提供多達220 MN的試驗載荷,測試深度達100m以上,樁徑可達3m。
二、Osterberg試樁法的試驗裝置
試驗裝置的主要設備是經特別設計的液壓千斤頂式的荷載箱(也稱為壓力單元)。根據測試目的不同,荷載箱既可以安置到樁底,也可安置到樁的中間部位。荷載箱可回收,也可是一次性的。可回收的荷載箱一般放置在空心預制樁離樁底不遠的內部,用一對精細加工的卡口,事先澆築、固定在試驗樁內部樁端。試驗時,將荷載箱放到卡口的位置,順時針旋轉90°將荷載箱鎖住;試驗後,再逆時針旋轉90°將其卸下供重復使用。
現以鋼管打入樁為例,說明Osterberg試樁法的試驗裝置。
圖2-29為荷載箱被焊於鋼管樁的底端,荷載箱由活塞、頂蓋、箱壁三部分組成。箱壁由較厚的鋼板製成,其外徑與樁的外徑相同,活塞底的承壓板外徑略大於樁外徑。頂蓋與活塞均用鋼材製成,頂蓋呈漏斗狀,漏鬥口內有螺紋以安裝輸壓豎管;活塞頂面有錐形孔,孔內有螺紋與測位移的芯棒連接。當荷載箱隨樁打入設計標高後,將輸壓豎管與荷載箱頂蓋擰緊連接,再在輸壓豎管中插入芯棒與千斤頂活塞擰緊連接。芯棒的外徑小於輸壓豎管的內徑,以便從輸壓豎管和芯棒的間隙中為千斤頂輸油。輸壓豎管的頂部裝有密封圈來定位芯棒和密封油路,密封圈應不影響芯棒上下自由位移。試驗時,油壓通過液壓輸入口後經輸壓豎管與芯棒之間的環狀空隙傳至荷載箱內,隨著壓力增大,活塞與頂蓋被推開,推動樁體向上移動和通過承壓板壓縮樁端土;此時,樁側阻力與樁端阻力隨之發揮作用。用輸油壓力表可控制、監測、換算施加的壓力大小。一隻千分表支承在基準樑上,與芯棒相連,測量活塞向下的位移;一隻千分表與輸壓豎管相,連測量頂蓋向上的位移;另一隻千分表與樁頂相連,測量樁頂向上的位移。樁頂向上的位移與樁底向上的位移之差,就是加荷時樁身摩阻力所引起的樁身彈性壓縮。
圖2-29 Osterberg試驗裝置示意圖
圖2-30 灌注樁Osterberg試驗示意圖
圖2-31 Osterberg試驗現場(from LOADTEST International Inc)
對於大直徑鑽孔灌注樁和人工挖孔樁的Osterberg試驗法,應首先清孔底、注混凝土漿、找平、使荷載箱能受力均勻;將Osterberg法的荷載箱焊接於鋼筋籠底部,做好輸壓豎管與頂蓋、芯棒與活塞之間的連接工作;然後下放至孔底後灌注混凝土,待混凝土強度等級達到設計要求後,進行試樁。
對於預制混凝土打入樁,早期的一般做法是:在樁預制時將輸壓豎管預埋於樁身中,並將樁底做成平底,預埋一塊樁底鋼板,然後將樁起吊就位,用4隻大螺栓將荷載箱迅速安裝於樁底鋼板上。近年的做法是:將荷載箱的箱蓋直接澆注在樁身底部。Osterberg靜載試驗現場情況見圖2-30、圖2-31所示。
三、基本原理
如圖2-32所示,常規樁頂載入試驗的樁頂荷載P等於樁側摩阻力F和樁端阻力Q之和,即:P=F+Q(不計試樁前樁身自重W在樁端的反力)。奧氏法通常在樁底端預埋一個荷載箱,試樁時通常採用荷載箱在樁底部產生向上、向下兩個方向的荷載P0,向上的荷載P0=W+F,向下的荷載為樁身自重與由載入產生的端部反力增量Q之和,即:P0=W+Q,受力機理和樁頂載入相同。該兩種試樁方法的荷載換算如下:
P=F+Q=(P0-W)+(P0-W);P=2(P0-W) (2-43)
式中:荷載箱加荷量P0=液壓表讀數×荷載箱標定常數。
四、試驗結果分析
確定單樁極限承載力一般應繪制Q—S上,Q—S下曲線和S上—lgt,S下—lgt,S上—lgQ,S下—lgQ等曲線。
根據位移隨荷載的變化特徵確定極限承載力對於陡降型Q—S曲線,取Q—S曲線發生明顯陡降的起始點;對於緩變形Q—S曲線,按位移值確定極限值,即:極限側阻Qu上取S上=40~60mm 對應的荷載;極限端阻Qu下取S下=40~60mm對應的荷載。當S—lgt尾部有明顯彎曲時,取其前一級荷載為極限荷載。
圖2-32 Osterberg載荷試驗原理
分別求出上、下段樁的極限承載力Qu上和Qu下,然後考慮樁自重影響,求出單樁豎向抗壓極限承載力,如式(2-44)所示:
Qu=(Qu上-W)/γ+Qu下 (2-44)
式中:γ為樁端體土的重度(kN/m3),對於粘性土、粉土取0.8;對於砂土取0.7;W為荷載箱上部樁的自重(kN)。
五、問題探討
現行的設計規范,均需由樁頂載入試驗所確定的極限承載力,因此,需將O-Cell試驗資料進行轉換,才能獲得與現行規范相應的測試指標。轉換建立在下列三個假設基礎之上:
(1)樁體向上產生的土體剪切力和頂部載入時樁體向下產生的土體剪切力是相等的;
(2)O-Cell試驗載入時樁端支承力變化和頂部載入時完全相同;
(3)樁體為剛性,暫不計其壓縮量。
顯然,這些假設肯定會對試驗結果產生影響:
1.首先是樁身自重問題
傳統載荷試驗方法不計樁自重的作用,Osterberg試樁法在計算土向下側摩阻力時,將荷載箱向上頂力減去樁自重W;轉換到樁頂載入模式時,為了不計自重影響,還應再次減去這段樁自重。這對中、小力型樁不會有顯著的誤差,但對自重近千噸的大型樁,顯然是不適宜的。
2.端承力、側摩阻的極限值和變形問題
當側摩阻力進入極限狀態時,土體剪切變形產生的位移量較小——粘性土一般在5~10mm左右,而砂性土則略有增加;而端承力極限狀態時的沉降,則多為50~100mm。在某一極限沉降量時,樁側和樁端承載力不可能同時進入極限狀態。為了解決此問題,必須找准平衡點位置,使O-Cell向上及向下載入都達到極限或至少相近,但要找准它是極其困難的。因此,將樁側和樁端極限承載力之和作為樁頂載入試驗的極限承載力,需要進一步探討。
3.樁身壓縮問題
樁頂載入時樁頂沉降量包含了樁身壓縮。而Osterberg試樁法不計樁身的壓縮量,這是一個較大問題。對大量中、小型樁,樁身壓縮量大都為1~3mm;誤差尚可接受;但對樁直徑2m以上、長達百餘米的大型樁,其樁身壓縮量隨荷載增加而增大,實測的樁身壓縮量常達20~30mm。因此,樁體為剛性、暫不計壓縮量這條假設亟需修正。
國內試樁規范有的取40mm樁頂沉降量作為試樁終止加荷載判據或極限荷載選取標准,這對樁身壓縮量達20~30mm的大型樁是不適合的,應以載入曲線出現拐點作為判斷標准為宜。若在無明顯拐點時,可考慮選用國內現有的規范所建議的3%~5%D(樁徑)的沉降標准。
4.載荷試驗後對試驗樁的補強處理
工程樁在進行承載力自平衡法深層載荷試驗後,試驗將會使樁端載荷箱部位與持力層之間形成一個小的縫隙,該縫隙對樁的承載能力有一定影響。為了消除這種不良影響,應採取如下兩種辦法處理,以使試驗樁的豎向承載力能達到原設計指標:
(1)利用位移棒護管(圖2-32),直接用M10高強度水泥漿對試樁樁底進行注漿補強處理,使試驗產生的縫隙用高強度水泥漿充實,並對載荷箱起到防止滲水銹蝕作用;
(2)試驗樁施工時應將試驗樁的樁端直徑適當放大,以抵消試驗部位對樁端阻力的影響。