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Osterberg试桩法和静动试桩法

发布者:admin    来源:本站    发布时间: 2011-11-07 00:41    浏览次数:

  众所周知,传统的静载荷测试法迄今被世界各国工程界、学术界公认为确定单桩承载力的最直观、最可靠的办法。然而长期以来,静载荷试验的装置一直停留在 压重平台或锚桩反力架两种形式,试验工作费力、费时、费钱,因此人们常力图回避做静载试验,以致许多重要构筑物的大吨位基桩往往得不到准确的承载力数据, 基桩的潜力不能合理利用。这是桩基础领域面临的一大困惑。

     美国西北大学教授Osterberg研究成功了一种新的静荷载试桩法,由于其加压装置较为简单,无需占用试验场地,试验操作又较为方便,费用较低,且 能直接测定桩的侧阻与端阻,所以该法近年已在美国各州广泛应用,获得了工程界的好评,并颇有取代传统静载试桩法之势。美国深基础协会(DFI)为此授于 Osterberg教授“杰出贡献奖”,并宣称静载试桩已进入了“Osterberg新时期”。该法已获得多国专利,英、日、加拿大、新加坡等国及香港等 地区已开始应用。

1 Osterberg试桩法原理

     通过设置在桩底或桩身的荷载箱的内腔施加压力,便其顶盖顶着桩身向上移动,同时使箱底活塞向下移动,从而调动桩侧土向下的阻力与桩底土向上的阻力互为 反力,若其中某一方面有所不足时,则另采取补充措施提供补充反力。Osterberg试桩法将桩侧土向下的摩阻力与桩底土向上的阻力迭加而得到单桩的极限 承载力。

     荷载箱与钢筋笼连在一起沉入桩身指定部位。试验时,从地面进行加压,随着压力增大,荷载箱将自动脱离,从而调动桩铡摩阻力及端阻力,直至破坏。通过对 测得的两条向上、向下的荷载-位移曲线,就可求得桩的极限阻力。
图1 荷载的传递机理
图1 荷载的传递机理

2 Osterberg试桩法的装置

     Osterberg试桩法的主要设备是千斤顶,也可称为压力单元,千斤顶可以是一次性的,也可以是可回收的。可回收的千斤顶一般放置在空心预制桩的内 部,放在离桩底不远的位置。一对精细加工的卡口事先浇筑在试验桩内部桩端的稍上部.试验时将千斤顶放到卡口的位置,顺时针旋转90o,就将其锁住了。试验 后再逆时针旋转90o.将其卸下回收,重复使用。
不可回收的千斤顶可以是锅式的,可以是鞘式的(空心圆柱式);可以单个布置,也可以是联动的(多个并联)。由于千斤顶直径稍小于桩径,在其上下分别布 置两个钢板(或橡胶板)使干斤顶不致被混凝土所凝固。当千斤顶在灌注桩的底部以上时,可以将几个千斤顶布置在钢筋笼之间的四周,以便中间通过漏斗浇筑混凝 土。连接千斤顶和泵的压力管事先埋设在预制混凝土桩中,或者事先沿着钢筋笼布置固定。驱动千斤顶的压力,对于混凝土预制桩可达到24.5MPa,对于钻孔 灌注桩可达到11.8MPa试验完成后.可以通过灌浆使试验桩成为工作桩。试验中,桩顶的位移可以直接通过百分表量测,不同深度的各断面桩的位移可通过预 埋的钢棍量测,钢棍预放在钢管中,以便自由移动,每个断面相对布置2—4个测点。不同深度的桩的轴向力,可通过钢筋计量测计算。
图2 Osterberg试桩法的装置
图2 Osterberg试桩法的装置

3 Osterberg试桩法的荷载箱位置

     Osterbcrg教授根据十余个国家的应用经验,归纳出在钻孔灌注桩、人工挖孔桩和嵌岩灌注桩中,除了将荷载箱放置于桩的底部以外,还可放置于桩身 中部若干不同的部位,如图3所示。
     (a)图3(a)是一般常用的位置,即当桩身成孔清孔后.先在孔底稍作注浆或用少量混凝土找平,即放置荷载箱。它适用于桩侧阻力与桩端阻力大致相等的 情况.或端阻力大于侧阻力而试桩目的在于测定侧阻极限值的情况。
     (b)将荷载箱放在桩身中部某一位置,见图3(b),此时,如定位恰当,则当荷载箱以下的桩侧阻力加桩端阻力之和达到极限时,荷载箱以上的桩侧阻力亦 达到极限值,将二者相加便可得到桩的总承载力极限值。有趣的是,我国东南大学等在沉管桩中所独立开发的做法也正是将荷载箱放在桩身中部,东南大学等将此法 称为“自平衡试桩法”,并将荷载箱的设置点称为“平衡点”.
     (c)按图3(c)放置,适用于测定嵌岩桩嵌岩段的侧阻力(亦称嵌固力)与桩端阻力之和。所得结果不至于与覆盖土层的侧阻力相混。如仍需测定覆盖土层 的极限侧阻力,则可以嵌岩段试验后再灌注桩身上段的混凝土,待混凝土达到足够强度时,再进行一次试桩。
     (d)当预估桩端阻力小于桩侧阻力而要求测定桩侧阻力极限值时,可将桩底扩大,将荷载箱放在扩大头的面上,如图3(d)所示。
     (e)当有效桩顶标高处于地面以下一定距离时(例如高层建筑有地下室的情况),输压管道及量测器件均可自桩顶往上伸出至地面,如图3(e)所示。
    (f)若测定两个土层的侧阻极限值时,可先将混凝土灌至下层土的顶面进行测试而获得下层土的数据,然后再将混凝土灌至桩顶,再进行测试,便可获得桩身 全长的侧阻极限值,如图3(f)所示。
    (g)采用两只荷载箱,一只放在桩底,另一只放在桩身中部某一部位,便可测出桩身上段的极限侧阻力、下段的极限侧阻力,以及极限端阻力.如图3(g) 所示。

图3 荷载箱的位置

4 Osterberg试桩法的步骤

     荷载箱的安装程序如下:a.地面上将荷载箱与位移棒及高压输液管连接好,并进行预加压,观察荷载箱是否正常工作;b.施工钻孔桩c .浇捣段至放荷载箱处;d.将与钢筋连在一起的荷载箱放入桩身;e.继续浇捣桩身段。试桩砼龄期达28天后开始试桩。试验可采用慢速维持荷载法,也可采用 快速法进行,测得向上及向下的Q-S曲线。

5 Osterberg试桩法的优点

     Osterberg试桩法与传统静载试验相比,省时、省力、省钱、且测试结果与静载结果相近,完全满足工程精度的要求。Osterberg试桩法迄今 最大的实测单桩承载力已达30MN以上。Osterberg试桩法十分适合于水上试桩,坡地试桩及城市狭窄场地试桩,并且它常被用来查明基桩的侧阻或端阻 单项的极限值,以及嵌岩桩嵌岩段嵌固力的极限值。这些都是传统方法所难以做到的。

6 Osterberg试桩法的验证分析

     在Takasaki做了3个试验钻孔桩,桩长13.5m,桩径1.0m。地质情况是:6.6m粉质砂土,2.7m砂砾石(含卵石),2.0m含粘土的 粉细砂,然后钻进含卵石的砂砾石地层不同的深度。试验结果表明,对于1号桩,在压力达到600t时向上的摩阻力达到极限,向上位移25mm.向下的端承力 也达到了极限,位移是117mm。摩阻力主要发生在砂砾石层中。有意思的是,在紧靠近千斤顶上部的砂砾层中的测试单元的单位摩擦力明显偏低,并且随着位移 增大,表现明显的软化现象。他们也做了常规的载荷试验.各桩的承载力的差别可能主要由于砂卵石层的尺寸不同,没有表明两种测桩法得到的结果有很大的差别。

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