深层平板静载荷试验和低应变反射波法的应用

朱世凤

1 工程结构设计概况

该科研中心位处湖北省武汉市,楼高5层,框架结构,建筑结构安全等级为二级,建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为6度,设计使用年限为50年。本工程所处地段场地类别为Ⅱ类,基础形式采用柱下独立基础和人工挖孔墩,墩端持力层为强风化粉砂质泥岩。

2 工程地质条件概况

1)地形地貌特征:该科研中心地貌单元属于长江Ⅲ级阶地剥蚀垄岗地带,有新近填的杂填土。地势起伏较大,标高在38.48～43.55(以孔口标高计)。2)土层结构特征:依据该科研中心提供的《场地岩土工程勘察报告书》,本工程场地勘察深度范围内地层分5层,土层自上而下分述如下:第①层:杂填土(Qml):场区局部分布,工程性质差。第②层粉质黏土():场区局部分布,中压缩性,强度一般,工程性质一般。第③层残积粉质黏土(Qel):场区局部分布,低压缩性,强度较高,工程性质好。第④层中风化硅质岩(P1g):场区局部分布,可视为不可压缩性,工程性质好。第⑤-1层强风化粉砂质泥岩(P1g):场区局部分布,低压缩性,高强度,工程性质好。第⑤-2层中风化粉砂质泥岩(P1g):场区局部分布,可视为不可压缩性,工程性质好。

3 检测情况

本工程深层平板静载荷试验检测目的为检验墩端土层承载力qpa,检测数量为3点,基墩低应变反射波法检测目的是检定墩身混凝土结构完整性,检测数量为13根。试验的承压板直径和试井直径相同,皆为0.8 m。为保证试井底部土层的天然湿度,避免试井底部岩土层扰动,在承压板下铺设了小于20 mm厚的砂垫层找平。

4 检测方法及原理

4.1 深层平板静载荷试验

该试验加载装置由承压板、千斤顶、反力系统、稳压系统、观测系统组成。利用井圈护壁和平洞顶土体自重和土体抗剪强度提供反力,采用分级维持荷载相对稳定法的加载方式,在刚性承压板上向地基逐级施加竖向荷载,观测各级荷载下竖向位移与时间的关系。荷载分级、读数间隔时间、各级荷载下的稳定标准、终止试验的条件等皆按DB 42/269-2003建筑地基基础检测技术规范进行。加载量由并联于千斤顶上经计量标定的优于0.4级的压力表测油压,经事先计量标定的千斤顶率定曲线换算荷载,沉降量由经计量检定合格的百分表测量。

4.2 基桩低应变反射波法

低应变反射波法是在桩顶竖向激振,弹性波沿桩身向下传播,弹性波在桩身存在着明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩身截面变化(如缩颈或扩径)部位将引起反射。经接收、放大、滤波和数据处理,可籍以一维波动理论的时域分析和频域辅助分析判定基桩完整性。依据DB 42/269-2003建筑地基基础检测技术规范,按以下原则对桩身混凝土结构的完整性进行分类:

Ⅰ类桩:桩身结构完整。

Ⅱ类桩:桩身结构基本完整,存在轻微缺陷,对桩身结构完整性有一定影响,不影响桩身结构承载力的正常发挥。

Ⅲ类桩:桩身结构存在明显缺陷,完整性介于Ⅱ类桩和Ⅳ类桩之间,对桩身结构承载力有一定影响,宜采用钻芯法或声波透射法等其他方法进一步判断或直接进行处理。

Ⅳ类桩:桩身结构存在严重缺陷,不宜考虑其承载作用。

对预应力管桩,依据DB 42/489-2008,低应变检测中存在缺陷的Ⅱ类和Ⅲ类桩均应进行处理。

5 检测结果

5.1 深层平板静载荷试验

试墩1号、2号、3号检测点,当荷载加至设计要求的墩端阻力设计值的2倍1 200 kPa时,终止加载。检测点沉降皆小于0.04d=32 mm(d为承压板直径),沉降与荷载的关系曲线形态为缓变形,墩端地基土尚处于局部破坏阶段,取最大加载量的一半和比例界限荷载值的较小值作为试验土层承载力特征值 qpa,墩端土层的qpa值为600 kPa。墩端地基土层的深层平板静载荷试验成果汇总如表1所示。

5.2 基墩低应变反射波法

根据实测波形分析计算,本工程墩身结构完整性试验结果如表2所示。

表1 墩端土深层平板静载荷试验结果表

表2 墩身混凝土结构完整性检测结果表

6 检测结论

6.1 深层平板静载试验

本工程所测点位采用深层平板静载荷试验确定的墩端阻力极限值的均值为1 200 kPa,极差为0。取墩端阻力极限值为1 200 kPa,特征值为600 kPa,满足设计要求。

6.2 基墩低应变反射波法

本工程检测13根工程桩,其中,Ⅰ类桩10根,占所测桩数的76.92%;Ⅱ类桩 3根,占所测桩数的23.08%;Ⅲ类桩0根,占所测桩数的0%;Ⅳ类桩0根,占所测桩数的 0%。

[1] JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[2] GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[3] 卓维松.PHC桩竖向承载力静载试验与数值模拟分析[J].山西建筑,2009,35(7):106-107.

[4] DB 42/469-2003,建筑地基基础检测技术规范[S].