專利名稱：端承型大直徑樁墩豎向承載力檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高層、超高層建筑日漸增多，大直徑樁子承載力數(shù)百噸、數(shù)千噸的樁子普遍應(yīng)用，豎向靜載試驗(yàn)比較困難，美國西北大學(xué)土木系榮譽(yù)教授Jorj.osterberg博士發(fā)明了自平衡測樁法，獲得美國深基礎(chǔ)協(xié)會(huì)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，并很快在世界各地推廣應(yīng)用，其原理是利用千斤頂式地荷載箱(o.cell)裝在樁底，借千斤頂油壓系統(tǒng)的壓力向上推樁身測樁子的摩阻力，向下推壓樁子的持力層，推力的二倍即為樁子的承載力，如一方提前破壞則得不到樁子的總承載力。我國南方對于持力層總承載力較小，樁身長總摩阻力大于持力層端承力，是在樁身下部某一高度處按裝荷載箱(o.cell)使下部的端阻力和部分摩阻力之和等于平衡樁子上段的總摩阻力，然后將荷載箱處的空穴通過予埋管路高壓灌滿流膨脹砼連成整體。
此種方法只適用我國南方，砂土比較松散的地質(zhì)條件。對于北方等地，密實(shí)砂土條件，持力好，土層較淺，樁身長度較短，端阻力遠(yuǎn)大于樁身摩阻力數(shù)倍數(shù)十倍，因不能使樁側(cè)摩阻力與樁端阻力自平衡，而不能檢測樁的承載力。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有方法存在的問題，本發(fā)明提供一種端承型大直徑樁墩豎向承載力檢測方法。
檢測步驟
(1)根據(jù)地質(zhì)勘探資料，估算樁的端承力、摩阻力數(shù)值，設(shè)計(jì)制作荷載箱；
荷載箱由上表面、下承壓板、缸體、流態(tài)膨脹混凝土注入管和輸出管樁端沉降測量管及活塞構(gòu)成。
荷載箱上平面與樁身截面相同，荷載箱下承壓板通過計(jì)算確定，截面面積小于上平面面積(如圖2)。試驗(yàn)通過油泵將液壓油從無縫鋼管(導(dǎo)管2)中壓入荷載箱缸體，在缸體內(nèi)產(chǎn)生高壓，推動(dòng)荷載箱下承壓板壓地基，荷載箱上表面推動(dòng)樁身，樁自平衡，從而測得樁承載力，地基的下沉量由焊接在荷載箱下表面的鋼管內(nèi)的鋼筋位移確定。測試結(jié)束后，從鋼管(導(dǎo)管1)向荷載箱缸體內(nèi)、外注入流態(tài)膨脹混凝土。
(2)荷載箱焊接于通長鋼筋籠端部，將鋼筋籠吊裝放入樁孔內(nèi)；
(3)清理樁孔、驗(yàn)收、澆注混凝土；
(4)混凝土強(qiáng)度生成70％后，慢速維持荷載法或快速維持荷載法檢測樁承載力；
(5)然后向荷載箱高壓注入流態(tài)膨脹混凝土。
本發(fā)明要求確定加載量、位移穩(wěn)定條件和卸載條件
(1)每級加載量的確定每級加載量為摩阻力理論計(jì)算值的1/8～1/10。
(2)位移穩(wěn)定條件的確定
規(guī)定時(shí)間內(nèi)位移的兩次讀取數(shù)據(jù)相差0.1mm視為本級加載完成，進(jìn)行下一級加載。
(3)卸載條件
頻率計(jì)頻率大幅下降，樁頂位移激增，樁底位移回彈視為終止試驗(yàn)條件。
承壓板設(shè)計(jì)
荷載箱上表面承壓板與樁身截面相同。荷載箱下表面承壓板通過計(jì)算確定，截面面積小于荷載平面面積(如圖2)，并焊接于荷載箱活塞，下承壓板面積計(jì)算如下
a，根據(jù)地質(zhì)資料確定樁端地基承載力qp，估算樁側(cè)摩阻力Qs；
b.計(jì)算下承壓板面積
A下承壓板-荷載箱下承壓板面積
c.下承壓板截面形狀與樁相同
荷載箱設(shè)計(jì)
荷載箱缸體為圓柱形(如圖1)，缸體直徑、壁厚、活塞、密封設(shè)計(jì)與千斤頂設(shè)計(jì)相同。缸體直徑小于下承壓板直徑或邊長。導(dǎo)管1、2為無縫鋼管(導(dǎo)管2設(shè)計(jì)中要滿足油泵壓力要求)，同時(shí)應(yīng)符合注入流態(tài)混凝土的技術(shù)要求。導(dǎo)管1根部為凸形截面，以利于混凝土向此處注入。
檢測壓力及位移的確定
檢測壓力從油泵油表讀取，下承壓板下沉量測量從導(dǎo)管[1]內(nèi)焊接于下承壓板的鋼筋位移量取，樁頂位移出安裝于樁頂?shù)陌俜直砹咳　?br> 樁承載力的確定
下承壓板下沉降量≤0.012～0.015D或油泵壓力下降、樁頂位移激增、下承壓板位移回彈時(shí)對應(yīng)的油表壓力為下承壓板對地基的壓力(Po)。樁承載力公式為
其中A樁端——樁端截面面積，A壓板——下承壓板面積，Q——樁承載力
對自平衡予估不準(zhǔn)情況，樁承載力可按第3項(xiàng)中第(3)條方法適當(dāng)調(diào)整。
(1)檢測工作說明
油泵將液壓油從無縫鋼管[導(dǎo)管2]中壓入荷載箱缸體，從缸體內(nèi)產(chǎn)生高壓，推動(dòng)荷載箱下承壓板壓地基，荷載箱上表面推動(dòng)樁身，樁自平衡，從而測得樁承載力，地基的下沉量由焊接在荷載箱下表面的鋼管[導(dǎo)管1]內(nèi)的鋼筋位移確定。測試結(jié)束后，從導(dǎo)管向荷載箱缸體內(nèi)、外注入流態(tài)膨脹混凝土(如圖1)。
理論依據(jù)
(1)大直徑樁的破壞特點(diǎn)
大直徑樁子的工作特點(diǎn)與中小直徑樁不同，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1988年Meyerhof指出，大直徑樁子是“漸進(jìn)型破壞”。實(shí)際是因?yàn)橹睆酱?，持力層壓縮影響深，下沉變形大，樁端周邊產(chǎn)生八字形斜向裂縫，持力層脫離樁子周圍土柱的約束作用，隨著荷載增加裂縫擴(kuò)大沿伸，達(dá)一定程度樁端土楔將裂縫擠壓閉合，荷載繼續(xù)增加，裂縫擴(kuò)大，再擠壓閉合。這樣漸進(jìn)破壞，荷載下沉曲線呈臺(tái)階狀如圖5所示。這是漸進(jìn)破壞的特點(diǎn)。由于它端點(diǎn)周邊出現(xiàn)斜向裂縫，持力層不再受其上土柱的約束作用，所以osterberg測樁法正是適應(yīng)此種破壞情況，才得到各國專家的認(rèn)可和推廣應(yīng)用。
(2)地基模型為彈性半空間體，依據(jù)彈性力學(xué)理論表面作用直徑為D的圓形均布荷載P0時(shí)，沉降量公式為(1)
式中E，μ為土的變形模量和泊桑比。靜載試樁確定樁子的承載力常以S＝1.5D％為準(zhǔn)，于是(2)消除式中D得，(3)
同理，對于小直徑(d)樁，代入式(1)，得(4)
消除(4)式中的d，則有(5)
公式(3)、(5)二者相同，按相似關(guān)系，故可用小樁模擬。于是測得各模型樁的承載力公式為
其中A樁端——樁端截面面積，A壓板——承壓板面積
(3)當(dāng)自相平衡予估不準(zhǔn)時(shí)，可按以下方法調(diào)整
A.下部端阻力小時(shí)，摩阻力荷載一位移曲線可適當(dāng)外延(如圖4)
B.上部摩阻力小時(shí)，端阻力荷載一位移曲線可適當(dāng)外延(如圖3)
根據(jù)外延適當(dāng)減小，仍可求得樁子承載力值。
適用范圍
隨著基本建設(shè)的迅猛發(fā)展，樁墩基礎(chǔ)越來越多的應(yīng)用于建筑物、構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，大型、高承載力樁墩已有較多應(yīng)用實(shí)例，但對上述特殊條件的樁墩基礎(chǔ)承載力檢測卻未能解決。本發(fā)明適用于端阻力大于摩阻力的大直徑樁墩基礎(chǔ)，樁墩承載力越高，本發(fā)明方法越能顯現(xiàn)優(yōu)越性。我國2002年4月頒布的新的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第8.5.5條規(guī)定的深層平板試驗(yàn)確定的要求也正符合此原則。
優(yōu)點(diǎn)
(1)不需配重和錨樁等形成的反力系統(tǒng)，以樁自身平衡提供檢測所用壓力，降低檢測成本；
(2)受環(huán)境因素影響小，可實(shí)現(xiàn)檢測；
(3)節(jié)省工期，加快工程進(jìn)度；
(4)檢測數(shù)據(jù)安全可靠。


圖1為本發(fā)明荷載箱構(gòu)造示意圖2為本發(fā)明荷載箱工作示意圖3當(dāng)上部摩阻力小時(shí)，端阻力荷載—位移曲線適當(dāng)外延狀態(tài)示意圖4當(dāng)下部端阻力小時(shí)，摩阻力荷載—位移曲線適當(dāng)外延狀態(tài)示意圖5大直徑樁P-S曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以φ300mm樁試驗(yàn)為例，按照如上的方法，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表
表1.1 φ300mm樁自平衡檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)注樁埋進(jìn)深度930mm
表1.2 φ300mm樁自平衡檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)注樁埋進(jìn)深度920mm
表1.3φ 300mm樁自平衡檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)注樁埋進(jìn)深度900mm
表2.1 φ300mm樁對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表注樁埋進(jìn)深度900mm
表2.2 φ300mm樁對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表注樁埋進(jìn)深度930mm
表2.3 φ300mm樁對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表注樁埋進(jìn)深度910mm
表3 φ300m樁承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比單位KN
權(quán)利要求
1、一種端承型大直徑樁墩豎向承載力檢測方法，包含以下步驟
a.根據(jù)地質(zhì)勘探資料，估算樁的端承力、摩阻力數(shù)值，設(shè)計(jì)制作荷載箱；
b.將荷載箱焊接于通長鋼筋籠端部，將鋼筋籠吊裝放入樁孔內(nèi)；
c.清理樁孔、驗(yàn)收、澆注混凝土；
d.混凝土強(qiáng)度生成70％后，慢速維持荷載法或快速維持荷載法檢測樁承載力；
e.向荷載箱高壓注入流態(tài)膨脹混凝土；
要求確定的條件包括；加載量、位移穩(wěn)定條件和卸載條件；
f.每級加載量為摩阻力理論計(jì)算值的1/8～1/10；
g.位移穩(wěn)定條件的確定，規(guī)定時(shí)間內(nèi)位移的讀取數(shù)據(jù)相差0.1mm視為本級加載完成，進(jìn)行下一級加載；
h.卸載條件，頻率計(jì)頻率大幅下降，樁頂位移微增，樁底位移回彈視為終止試驗(yàn)條件。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的端承型大直徑樁墩豎向承載力檢測方法，其特征在于荷載箱由上平面、下平面、缸體、流態(tài)膨脹混凝土注入導(dǎo)管、輸出導(dǎo)管、樁端沉降測量管及活塞組成，荷載箱上平面與樁身截面相同，下承壓板面積小于上平面面積，缸體為圓柱形，缸體直徑小于下承壓板直徑，樁端沉降測量管根部為凸形截面，活塞位于缸體內(nèi)的底部。
全文摘要
一種端承型大直徑樁墩豎向承載力檢測方法，屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域，包含步驟a.根據(jù)地質(zhì)勘探資料，估算樁的端承力、摩阻力數(shù)值，設(shè)計(jì)制作荷載箱；b.將荷載箱焊接于通長鋼筋籠端部，將鋼筋籠吊裝放入樁孔內(nèi)；c.清理樁孔、驗(yàn)收、澆注混凝土；d.混凝土強(qiáng)度生成70％后，慢速維持荷載法或快速維持荷載法檢測樁承載力；e.向荷載箱高壓注入流態(tài)膨脹混凝土；本發(fā)明方法以樁自身平衡提供檢測所用壓力，降低檢測成本，受環(huán)境因素影響小，節(jié)省工期，加快工程進(jìn)度，檢測數(shù)據(jù)安全可靠。
文檔編號E02D33/00GK1455055SQ03111420
公開日2003年11月12日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者董天文, 王明恕 申請人:董天文