張夏開
(福州市城建工程檢測有限公司,福建 福州 350001)
樁基工程作為我國建筑施工項目中的基礎(chǔ)工程,其建設(shè)質(zhì)量直接決定建筑工程的最終質(zhì)量。樁基工程在實際施工中存在較多的影響因素,樁基靜載檢測能夠為工程項目建設(shè)質(zhì)量控制提供相應(yīng)的依據(jù),促進(jìn)建筑行業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。然而,樁基靜載檢測工作中存在的一些問題,會影響該工作目標(biāo)的實現(xiàn),必須引起重視。本文分析樁基靜載檢測中存在的問題,提出解決對策,為提高樁基靜載檢測水平提供參考。
對于樁基靜載檢測來說,其中主要存在兩個影響因素,分別為樁身使用材料的強度以及地基土對樁的承載能力。在豎向受荷階段,由于樁頂?shù)奈灰崎L度較小,樁上部位置的側(cè)摩擦阻力承擔(dān)主要的荷載,再通過剪切應(yīng)力的方式將其傳遞給樁體附近土體。在這一過程中,樁身深度越深,則產(chǎn)生的樁身應(yīng)力越小,伴隨荷載越大,樁頂部位置的位移增加,樁側(cè)摩阻力達(dá)到最大值之后,再繼續(xù)增加的荷載需要樁端巖土體承擔(dān)。樁端持力層巖土體發(fā)生塑性壓縮,樁頂位置位移增加,在持力層巖土體應(yīng)力處于最大值的情況下,樁頂位置將發(fā)生較大變化,而該位移變量關(guān)系能夠確定樁承載力的極限。
當(dāng)前慢速維持荷載法的運用范圍較廣,該方法中,逐級增加荷載,每一級增加荷載的最大量數(shù)值為試驗荷載的10%。第一級根據(jù)2倍分級荷載完成加載,每級荷載維持至少2h,樁頂沉降標(biāo)準(zhǔn)相對穩(wěn)定之后,就可以開始下一次荷載,達(dá)到終止加載之后停止檢測,根據(jù)實際情況逐漸卸載,最終到零為止。每個等級的卸載量最好為加載分級荷載的兩倍左右,每級荷載的維持時間為1h,完成卸載之后,對殘余的沉降量進(jìn)行繼續(xù)讀取,保證維持時間在3h以上。
完成試驗之后,為了進(jìn)一步確定單樁抗承載力,可以通過以下幾種方式完成:
(1)針對Q-S曲線(如圖1所示),Q-S曲線中曲率最大點對應(yīng)的荷載就是極限荷載,從圖1中能夠看出,曲率最大點對應(yīng)的荷載數(shù)值為1680kN,則極限荷載的數(shù)值就是1680kN。采取前10個水平的GM(1,1)模型預(yù)測曲線發(fā)展趨勢,階段數(shù)量越少,最終預(yù)測的準(zhǔn)確性越高,假設(shè)數(shù)據(jù)為△S[△S(1),△S(2),△S(k)],通過數(shù)據(jù)累加能夠得出S=[S(1),S(2),…,S(2),…,S(2),…,S(1),S(2),…,S(2),S(k)],S(n)為第n次荷載的累積沉降。
圖1 Q-S曲線
(2)某一級荷載下沉高于前一級的兩倍左右,并且在24h之內(nèi)并沒有達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),則需選擇前一級的荷載數(shù)值。
(3)針對緩慢發(fā)生變化的Q-S曲線,取總沉降量在40mm 的荷載值,如果樁的直徑在800mm 以上,則要將0.05D對應(yīng)的荷載值作為承載力。
(4)如果均不符合以上三種情況,可以選擇最大加載值,將其作為單樁極限承載力。
基準(zhǔn)樁穩(wěn)定性是樁基靜載檢測中的主要影響因素,在實際檢測中,由于地基土的穩(wěn)定性較差,所以會導(dǎo)致基準(zhǔn)樁穩(wěn)定性受到影響,出現(xiàn)位置偏移等現(xiàn)象,基準(zhǔn)樁整體位置也發(fā)生變化,現(xiàn)場試驗場地的地基土承載能力較差,在外界壓力作用下對基準(zhǔn)樁的穩(wěn)定性會產(chǎn)生重大影響。該種情況下樁基靜載監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果會與實際情況之間存在較大差異,導(dǎo)致出現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)失真的問題。
如果主梁壓實千斤頂?shù)膶嶋H重量較大,則在樁基靜載檢測時會受到一定的影響。該種情況下靜載支墩地基土承載力不夠,實際堆載中,試驗樁產(chǎn)生集中受壓現(xiàn)象,進(jìn)而對靜載試驗沉降數(shù)據(jù)的測量真實性產(chǎn)生影響。尤其是在施工土質(zhì)較軟的情況下,非常容易出現(xiàn)樁體下陷,最終樁基靜載檢測結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性。
當(dāng)前多數(shù)樁基靜載檢測會選擇堆載以及試驗同時進(jìn)行,這一操作方式能夠有效減輕千斤頂重量過大產(chǎn)生的影響,與壓重力合理范圍之內(nèi)的計算工作相互配合,降低樁基下沉以及堆載平臺重心不穩(wěn)定的問題出現(xiàn)。但是如果在此過程中出現(xiàn)操作失誤或者不規(guī)范等問題,就會適得其反。導(dǎo)致樁基靜載檢測中的全部重力由千斤頂承受,樁頂位置承受的壓力傳遞到樁體中,樁體下沉,最終造成樁基靜載檢測失敗,使接下來的施工工程無法得到順利開展[1]。
首先,壓重平臺反力裝置通常將混凝土塊、砂袋作為堆載材料,支墩的尺寸較小,或者表層地基承載力較小的情況下,地基土的壓力大于承載力,地基沉降。支墩變形不均勻的情況下,反力對稱裝置出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象,甚至坍塌。
其次,在運用錨樁反力裝置中,受力較大,錨樁的數(shù)量要在4個以上,但是無法保證工程樁的位置與試驗樁相互對稱,進(jìn)而出現(xiàn)加載反力不對稱的情況。
最后,如果在樁基靜載檢測中,樁頂結(jié)構(gòu)存在不平整問題,或者強度不夠,也會產(chǎn)生加載反力不對稱。通常情況下利用液壓千斤頂作為加載裝置,這一過程中非常容易出現(xiàn)加載重心偏移的情況,造成加載反力不對稱[2]。
該項工作是樁基靜載檢測的基礎(chǔ)條件,如果在靜載檢測過程中發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)柱產(chǎn)生偏移,則需采取相應(yīng)的應(yīng)急處理方案,實施樁基加固工作,同時對軟土層進(jìn)行加固,充分利用混凝土硬度大的優(yōu)勢,提高樁基的穩(wěn)定性。樁基加固工作要根據(jù)地基土質(zhì)情況科學(xué)選擇,運用固化劑提高地基的承載水平,還可以利用樁間注漿的方法,針對軟土地質(zhì)完成加固處理,確保樁基的實際承載能力。在注漿過程中,利用漿液優(yōu)化地基剛度的分布情況,同時控制由于樁基靜載檢測導(dǎo)致的樁基變形發(fā)生概率,提高基坑開挖施工安全性。錨樁豎向承壓要按照地基的實際性能,選擇長度相互匹配的樁基,控制樁頂和樁端之間的距離。如果在實際檢測中受到摩擦,則可以利用側(cè)摩阻力緩解樁基壓力,增強地基整體的協(xié)調(diào)性,除此之外,還可以使用鋼筋籠結(jié)構(gòu)提高樁基的穩(wěn)定性。樁基靜載檢測實施的主要目的就是判斷樁基質(zhì)量,并且及時采取應(yīng)對措施,降低樁基問題導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。實際樁基靜載檢測中,不同地區(qū)地基承載力不同,需要對荷載進(jìn)行科學(xué)劃分,降低沉降量偏差出現(xiàn)概率[3]。
千斤頂壓實施工中,為了避免千斤頂出現(xiàn)重量過大等問題,建設(shè)施工人員要分析樁基的實際承重水平,不能僅僅考慮主梁壓實效果而忽略樁基的實際狀態(tài),確保樁基靜載檢測工作能夠順利開展。既能夠保證最終的壓實效果,還能夠保證樁基結(jié)構(gòu)的完整性。根據(jù)最大實驗荷載以及樁基的實際情況,遵循相應(yīng)的規(guī)范要求完成分級加載工作,根據(jù)逐級等量的原則進(jìn)行。加載過程中,保證加載的均勻性、連續(xù)性,避免加載受到?jīng)_擊。并且每級荷載維持階段的變化范圍要在分級荷載的10%之內(nèi),如果樁頂?shù)某两邓俾手饾u穩(wěn)定,繼續(xù)完成下一級的加載工作。這一過程中需要注意,不能出現(xiàn)加載速度過快以及過大等現(xiàn)象,過載會導(dǎo)致壓重平臺頂起,進(jìn)而堆載平臺出現(xiàn)傾斜等問題,影響樁基靜載檢測技術(shù)的運用效果。
該項工作在實施之前,需對施工地質(zhì)進(jìn)行評估,測定樁基的最大承受力,避免出現(xiàn)堆載過量的情況,還可以保證樁基結(jié)構(gòu)的完整性。堆載之前,根據(jù)目標(biāo)荷載以及場地的實際情況,確定主梁和次梁的規(guī)格,預(yù)留出充足的空間,為調(diào)節(jié)主梁與千斤頂之間的距離提供便利條件,避免主梁壓實千斤頂?shù)那闆r出現(xiàn)。在保證樁基靜載檢測操作正確的情況下,控制堆載量過度堆放問題。例如,科學(xué)設(shè)置試塊,確保試塊堆載和預(yù)估荷載之間的差值在1.2倍的范圍之內(nèi),同時按照一次性平均分布的方式進(jìn)行。在設(shè)置試塊階段,如果堆放達(dá)到五層以上,要對每層的進(jìn)配重實施縮進(jìn),保證其重心為集中狀態(tài)。在對配重進(jìn)行控制調(diào)整的過程中,要科學(xué)制定堆載高度。另外,可以使用錯位搭接等方法,保證擺放順序與方向相互統(tǒng)一。明確施工中地質(zhì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險,以及風(fēng)險等級,完成等級劃分之后,將其與樁基靜載檢測等級評價相互結(jié)合,這種方式能夠?qū)こ探ㄔO(shè)風(fēng)險進(jìn)行有效控制。如果施工中涉及到特殊巖土以及復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu),需要對其相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一整合,根據(jù)施工實際標(biāo)準(zhǔn)建立風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案,實現(xiàn)風(fēng)險的有效控制[4]。
(1)針對壓重平臺反力裝置產(chǎn)生的不對稱,相關(guān)人員需要給予充分重視,在此階段優(yōu)先將工程樁作為堆載的支點,如果需要使用支墩作為支點,則需要復(fù)核尺寸大小以及地基承載力的特征值,一旦不符合相應(yīng)要求,則要進(jìn)一步增加支墩的實際尺寸大小,并對試驗場地中的地基展開處理,確保強度、穩(wěn)定性以及變形達(dá)到相應(yīng)要求。另外,在與支墩距離較遠(yuǎn)的位置,使用水平儀或者張緊鋼絲,對支墩的豎向位移以及裝置是否傾斜展開判斷,在此基礎(chǔ)上調(diào)整堆料的重心位置、增加支墩數(shù)量。
(2)對于錨樁位置不對稱問題,可以通過錨樁壓重聯(lián)合反力裝置解決,根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)受力情況對錨樁的上拔量進(jìn)行監(jiān)測,調(diào)整堆料的實際位置,確保其重力集中在錨樁受力偏大或者偏小的位置中,實現(xiàn)不對稱力之間的相互平衡,還可以調(diào)整錨樁反力架的剛度。
(3)對于由于抗拔承載力導(dǎo)致的不對稱現(xiàn)象,先確保抗拔力計算通過,根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)以及建筑樁基技術(shù)規(guī)范中的要求,確定樁周圍巖土抗拔的承載力和材料抗拉承載力。另外,在管樁接頭驗算和操作中,要采取相應(yīng)的安全措施,由于地質(zhì)條件以及工藝等因素的影響,實際抗拔力數(shù)值可能會小于計算數(shù)值,相關(guān)人員需要對該項因素進(jìn)行充分考慮[5]。
(4)采用多個千斤頂同時工作的情況下,要保證千斤頂規(guī)格相同,使千斤頂合力中心、反力裝置中心以及樁橫截面中心在相同水平垂直線中。
以福建省某工程項目為例,工程項目樁基強度為C80,直徑500mm,長度9~40m之間,單樁豎向抗壓承載力的特征值為1800kN,樁基靜載檢測數(shù)量為3,最大試驗荷載為1800×2=3600kN,檢測結(jié)果如表1所示。
表1 檢測結(jié)果
通過上述數(shù)據(jù)能夠看出,檢測樁基的極限承載力都在3600kN以上,能夠達(dá)到設(shè)計要求。
綜上所述,樁基施工水平直接決定建筑質(zhì)量,而樁基靜載檢測技術(shù)的運用,能夠降低樁基出現(xiàn)問題的概率。本文根據(jù)樁基靜載檢測原理和方法,針對樁基靜載檢測中存在的基準(zhǔn)樁穩(wěn)定性較低、主梁壓實千斤頂?shù)闹亓看?、堆載和試驗同時開展、加載反力不對稱等問題,提出相應(yīng)的解決對策。實踐證明,這些措施能提高樁基靜載檢測水平。
總之,近幾年我國建筑工程中的相關(guān)指標(biāo)發(fā)生了較大變化,同時樁基靜載檢測技術(shù)的運用范圍逐漸擴大。尤其是改革開放之后,技術(shù)水平不斷提升,但在檢測中也存在一定的問題,相關(guān)人員可以從樁基穩(wěn)定性、千斤頂重量控制等方面入手完成優(yōu)化,進(jìn)一步促進(jìn)我國建筑行業(yè)的發(fā)展。