较大单桩水平承载力试验与检测技术研究
1 工程概况
1.1 工程简介
援柬埔寨国家体育场项目位于柬埔寨首都金边市东北郊规划的体育中心内,距市中心约15km。项目建设用地面积16.22hm2,总建筑面积82 400m2,体育场主入口处是国家级6号公路,场地1.5km外有湄公河的支流洞里萨河穿越,周边无重大建筑物,交通便利,体育场建成后可满足举办洲际运动会和大型国际足球赛事功能要求的55 000座特级体育场,是一个集体育比赛、集会演出、商务办公、餐饮住宿、展览会议与购物的综合性多功能场所。
1.2 设计概况
体育场南北设99m高自由曲面人字形吊塔,通过斜拉索吊起东西两侧的月牙形罩棚,吊塔后方设置背索,吊塔和背索基础为桩筏基础,桩型采用泥浆护壁钻孔灌注桩 (后注浆) ,吊塔和背索下桩受水平力,吊塔桩设计单桩水平承载力特征值为500kN,桩顶标高为-4.400m (场地标高为-1.100m) ,背索桩设计单桩水平承载力特征值为800kN,桩顶标高为-5.200m (场地标高为-1.200m) 。
拟建场地在勘探深度范围内上覆地基土层主要由第四系全新统冲积 (Q4al) 黏性土、砂土及第四系 (Qel) 残积土层构成,全新统冲积层具二元结构特征。
1.3 单桩水平承载力试验与检测概况
目前,建筑领域桩基水平承载力检测的通常做法是利用千斤顶施加水平力,其背部设置有可以提供足够水平力的反力结构进行单桩水平静荷载检测,此种检测普遍适用于检测单桩水平承载力较小的情况;但当检测水平承载力较大时,由于千斤顶施加的水平力大,千斤顶与单桩的接触面积小以及承受反力的反力结构水平承载力更大等因素影响,导致提供单桩水平承载力反力结构桩的直径、配筋、长度等设计参数加大,耗费大;同时在单桩承受较大水平承载力时,单桩的自由端部分易出现折断、破损的现象,造成检测试验失败,对模拟实际群桩受力的试验与检测参考价值不大。
2 试验与检测研究
结合传统单桩水平静载试验方法,提出采用“多桩联合检测”的试验方法,即将多桩在最终停止加载的水平力平均分配到各桩的水平力来确定单桩水平承载力,更好地模拟群桩在水平承载力作用下的实际工况。
为解决试验要求所需提供更大水平承载力的反力结构的庞大性,利用土体天然的传力特点,土方基槽开挖至试验桩桩顶标高所在的土层标高以下500mm处,基槽内侧设有拉森钢板桩支护结构,千斤顶通过土体提供的反力作用于试验桩提供水平力。
2.1 试验方法1
利用土体可提供足够的反力取代传统设置等效桩基承台的反力结构,设置一现浇混凝土后背墙与钢板支护结构连接在一起,提供足够大的水平力,通过千斤顶作用于连接2根单桩的承台水平推力,测出最终停止加载的水平力F,则推算出F/2即为最终检测的单桩水平承载力。试验方法1的单桩水平承载力检测设计如图1所示。
2.2 试验方法2
将试验方法1中现浇钢筋混凝土后背墙调整为预制混凝土结构,其余均与试验方法1一致,试验方法2的单桩水平承载力检测设计如图2所示。
2.3 试验方法3
将试验方法2中连接2根单桩的承台调整为下卧土层中的钢筋混凝土垫层板,通过千斤顶作用于连接2根单桩的垫层板水平推力,测出最终停止加载的水平力F,则推算出F/2的水平推力即为最终检测的单桩水平承载力。试验方法3的单桩水平承载力检测设计如图3所示。
水平单桩承载力检测的3种方案,是逐步优化完成的,通过检测数据分析及施工的可操作性,试验方法3是优选方案。
通过检测数据分析,确定最优试验方法,并通过检测结果,为类似相关工程检测较大单桩水平承载力的试验提供参考。
3 技术实施
3.1 试验方法1结构构造
1) 试验桩检测基槽内侧设有钢板支护桩。
2) 试验桩。
3) 承台模拟群桩受力工况,用于连接试验桩。
4) 现浇钢筋混凝土后背墙底部埋入基底以下500mm。
图1 试验方法1的单桩水平承载力检测设计
Fig.1 Testing design of horizontal bearing capacity of single pile in test method 1
5) 千斤顶提供水平推力的试验装置。
6) 数显百分表通过支架固定于承台侧面,观测位移变化。
3.2 试验方法2结构构造
将试验方法1结构构造中现浇钢筋混凝土后背墙调整为预制混凝土结构,其余各项与试验方法2一致。
3.3 试验方法3结构构造
将试验方法2结构构造中承台调整为下卧土层中的钢筋混凝土的垫层板。
通过试验检测,达到规范和设计终止加载条件的水平承载力大于设计要求的单桩水平承载力,承台下的原位工程桩兼作试验桩的桩身也未达到破坏,较传统设计反力的结构提供足够大的水平承载力的试验检测方法,降低造价,可操作性强,同时保护试验桩桩身完整。
3.4 注意事项
1) 试验方法1中现浇钢筋混凝土后背墙的厚度应加厚,试验过程中,局部应力集中导致墙体出现较大变形。
图2 试验方法2的单桩水平承载力检测设计
Fig.2 Testing design of horizontal bearing capacity of single pile in test method 2
2) 单桩水平承载力检测的位置应为桩顶标高所在的土层,与实际工况应一致。
3) 数显百分表的固定装置与周边土体连接,保证变形的正确性。
4) 本次试验检测力的加载方式为慢速维持荷载法。
4 技术特点
1) 试验工况很好地模拟了实际工况,试验方法具备可操性。
2) 提供了一种较大单桩水平承载力试验检测方法。
3) 减少了提供更大水平承载力反力结构的制作,经济效益显著。
5 结语
中国援柬埔寨体育场项目吊塔和背索基础的泥浆护壁钻孔灌注桩承受较大水平承载力,以此单桩水平承载力试验的工程实例,通过试验检测方法的逐层深化及合格的检测结果,提供了一种较大单桩水平承载力试验与检测的施工技术,尤其在应对目前传统单桩水平承载力检测试验的方法上,有效地利用了土体天然传力的特点,省去了提供足够水平承载力反力结构的庞大性,在应用于较大单桩水平承载力检测方面有较大的实用价值。
图3 试验方法3的单桩水平承载力检测设计
Fig.3 Testing design of horizontal bearing capacity of single pile in test method 3
参考文献
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