地锚法静载荷试验中的若干问题及其解决方法

维普资讯 http://www.cqvip.com 勘　测　天津市政设计　２００２ＮＯ．２　．地锚法静载荷试验中的若干问题　及其解决方法　范利频　李明生　［摘　要】　本文结合工程实践，介绍了静载荷试验实际应用中的若干问题，特别针对地锚式静　载荷试验系统在水泥搅拌桩检测中遇到的问题提出解决方法。　［关键词】静载荷试验　Ｑ－ｓ曲线　反力　１、引言　突然减小时（地锚的锚头已位于土层软硬的交界　部位），应立即停止，这时地锚一般能够提供较大　的反力。　静载荷试验是一种古老的、并被广泛应用的　土工原位测试方法。它犹如基础是一种缩尺直型　试验，即模拟构筑物基础地基土的受荷条件，比较　直观地反映地基的承载能力与变形特性。　静载荷试验看似操作简单，实际上有很多值　得我们去深入分析解决的问题，分析解决的是否　透彻，直接关系到试验的成功与否和试验结果的　准确性。　２．１－３与地锚构架（反力构架）形式有关　一般的构架形式有一字型、交叉型、十字型、　八角型等。一字型和交叉型的反力构架所能提供　的反力相比较而言较低，十字型和八角型的反力　较大。　２．１．４与反力架的安装有关　笔者通过在静载荷试验应用中发现的问题，　进行以下的探讨。　２、静载荷试验若干问题分析　在反力架安装时，应整体安装紧凑。如果某一　部分没有安装紧凑，在试验加荷过程中，会受力不　均匀，这样受力大的部位，其地锚的上拔力也会很　大，随着试验荷载的增加，必然受力最大的地锚首　先失去反力，而后其它的地锚也会相继失去反力，　导致试验不成功。　２．２应避免试验还未开始，就先无形给地基施加了　压力。　２．１在利用地锚提供静载荷试验的反力时，反力的　大小与多方面因素有关　２．１．１与地锚叶片的大小及多少有关　当然地锚的叶片越大，其提供的反力也会越　大，但下锚相对就会越困难；单叶片地锚的锚固力　不及多叶片地锚，但单叶片地锚对土的扰动小，下　锚也较容易，多叶片地锚能提供较大的反力，但下　锚较困难，土层也易被扰动。　２．１．２与地锚入土土层的软硬程度有关　在试验前，按照规范的要求应进行预压，对于　地锚式静载荷试验装置，一般是在下好地锚以后，　安装横向支撑、传力装置及伞形反力构架，然后对　各个部位进行调试，使其受力均匀。因为千斤顶的　土层越硬，地锚提供的反力也越大，但下锚时　越费力。在天津地区，一般上部陆相层（或地表硬　伸缩量是有限的（一般只有２５￣３０厘米），在试验　加荷后，如果地基的沉降量和地锚的上拔量较大　壳层）比较硬，其下的海相沉积层一般较软，地锚　在硬壳层里，入土深度越深，其反力会越大，但当　地锚的锚头穿过了硬壳层，则地锚的反力会相反　时，很多时候千斤顶的伸缩量不能满足继续试验　的要求，所以我们一般把伞形反力构架都紧到人　工再紧不动为止，这样就基本解决了千斤顶伸缩　量不足的问题。但同时新的问题又产生了，由于我　降低。所以在下锚的时候要根据经验掌握一个火　候，起初地锚入土时，深度越深会越费力，当力量　５２　们把伞形反力架紧过了度，已经无形中给承压板　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２．Ｎ０．２　天津市政设计　勘　测　施加了压力，可是这时试验尚未开始。那么我们该　如何避免这个问题呢？我们可以在安装试验装置　以前，先让千斤顶的活塞露出０．５～１．０厘米，然后　按照上面的方法继续安装，同时注意压力表指针　的变化，使压力表的读数不超过预压值。这样不仅　解决了预压问题，同时可以很好地避免前面的错　误。图１是前后两种方法的Ｑ～Ｓ曲线，曲线一因　为在试验安装过程中给地基先期施加了荷载，结　果不仅造成了前两级荷载的沉降量很小甚至为　零，同时以后各级荷载的沉降量也都因此而减小，　使得各级荷载的试验沉降量较实际地基沉降量减　小。曲线二则是通过上述解决办法，正确试验得出　的Ｑ～Ｓ曲线。如果按沉降量考虑地基的承载力，　两个曲线会得出不同的结果，显然曲线二是正确　的，而曲线一会得出较高的承载力。　ｌ　（Ｋ　）　０　ｊ　０　ｆｔ　Ｉ　“Ｉ　０　Ｉ８ｌ｝　１０　１０　７ｔｊ　ｊＯ０　ｑ～ｓ　ｃｌｆＪ线　一曲线一曲线　图１　Ｑ—Ｓ曲线　２＿３在现场试验时，加荷一定要进行到破坏或按规　范规定不少于设计要求值的２倍。　在天津地区很多地基静载荷试验都习惯用相　对变形值确定地基承载力基本值，而往往在现场　做试验时，由于反力不够，或者在现场认为荷载已　大于设计要求承载力，就想当然地按照相对变形　值去确定了承载力。比如某工程静载荷试验的Ｑ～　Ｓ曲线如下图，试验在逐级加荷到２７０ＫＮ时，所　绘制的Ｑ－Ｓ曲线如图２，从曲线看试验还没有达　到破坏状态；但等施加下一级荷载到３００ＫＮ时，　沉降量急剧增大，试验结果所绘制的Ｑ－Ｓ曲线如　图３．从曲线看试验已进行到破坏状态。　如试验只进行到２７０ＫＮ这一级荷载，从Ｑ－Ｓ　曲线上看，试验还未达到破坏状态，曲线类型为缓　变型．承载力的取值依据相对变形值去确定，假如　按８ｍｍ考虑，对应的基本值为１７６ＫＮ。但事实上　该试验在３００ＫＮ这一级荷载就已经达到了破坏　状态，按照规范的规定，试验的极限荷载应为破坏　荷载的前一级荷载，即２７０ＫＮ，对应的基本值应　取其极限荷载的一半，即１３５ＫＮ，这显然与按相　对变形值确定的１７６ＫＮ相差不少。　也就是说，如果设计要求值≤１３５ＫＮ，对于上　述试验如只进行到荷载２７０ＫＮ也是满足试验要　求的，试验已加荷到设计要求值的２倍以上；但如　果设计要求值＞１３５　ＫＮ，则前一种情况是不能满　足试验要求的，因为其既未进行到破坏状态，也未　达到设计要求值的２倍，当然对其按照相对变形　值确定的基本值１７６ＫＮ更是错误的。　图２没有达到破坏状态的Ｑ—Ｓ曲线　Ｐ（Ｋ　）　ｏ　ｌ｛ｏ　６ｏ　９ｏ　１２ｏ　１ｊｆ　）ｌ８（Ｊ　２１ｏ　２　ｌｏ　２７ｏ　３（）ｏ　图３达到礤坏状态的Ｑ—Ｓ曲线　２．４应考虑土层情况选择合适的荷载增量　在现场做载荷试验的过程中，如地层较软，同　时设计载荷试验每级的增量又较大，这时应减小　每级荷载的增量，这样出来的曲线才能较好地确　定实际地基承载力的大小。　比如某工地做涵管基础下复合地基载荷实　验，因其设计承载力为１２０ｋＰａ，所以试验的最大　５３　维普资讯 http://www.cqvip.com 勘　测　天津市政设计　２００２ＮＯ．２　．０　ｌ。　∞　『：㈤…　加载量不应小于２４０ＫＮ（试验的承压板采用一平　方米的方形钢板），按照常规，如果按８级荷载进　行试验，每级荷载的增量应为３０ＫＮ，但该试验只　进行了四级荷载沉降量就急剧增大，试验达到了　破坏状态。图４为该试验的Ｑ～ｓ曲线，从曲线本　身来看，很不平滑，也很难确定出曲线的拐点。　一…………一…～…～……………～…一一一一…ｌ＿’…一一……一…………一…一～～～…～～　ｌ　Ｐ（ＫＮ）；　Ｑ　ｓ　ｉ｛ｊ｛线　图４荷载增量为３０ＫＮ得出的Ｑ—Ｓ曲线　在上述涵管处进行的另一组试验，吸取了前　一组试验的教训，试验每级荷载的增量改为　１０ＫＮ，通过试验数据绘制的Ｑ－Ｓ曲线见图５，曲　线比较平滑，也能较好地确定出曲线的拐点。　图５荷载增量为１０ＫＮ得出的Ｑ—Ｓ曲线　２．５应根据实际情况选择压力表及位移计　目前很多单位试验时还是采用人工读表的　方法。如为人工测读，仪器的选择必须能满　足肉眼能较准确地分辨其变化。特别是压力　表，如果其分辨率不高，试验时较准确地确定荷　载值将变得非常困难，压力忽低忽高，再加上人　为因素的影响，导致试验得出的Ｑ－Ｓ曲线很不规　５４　则，试验效果往往不能令人满意。　使用全自动静载荷试验系统，不仅能够准确　地进行试验加荷，同时在设定了补载压力后也能　准确地进行荷载补压。同时沉降量的观测和试验　判稳也能准确地确定，避免了人为因素的影响。　Ｐｆ】　、　。　’　—・一人ｉ　ｆ』ｆｌ莳０　ｓ曲线　图６　人工加荷Ｑ—Ｓ曲线　２．６荷载板的选择应按照规范的要求选一根桩处　理面积大小的荷载板　对不同设计条件下的水泥土桩复合地基，单　桩复合地基静载荷试验应采用相应的压板形状和　面积，而不能用某一固定的压板。根据设计桩径和　桩土置换率确定承压板的面积，由桩的布置方式　确定压板的形状。正三角形布桩压板应为圆形，矩　形布桩时压板应为矩形，并视它为复合地基的一　个基本单元块，即不同面积和形状的基本单元块　将组合成为不同布桩方式的复合地基。　当压板的形状与实际设计复合地基中的基本　单元块形状不符时，会使单元块周围桩和土对单　元块的边界约束条件改变，导致被试验的单元块　对于原设计单元块布桩方式发生了改变，使试验　结果出现偏差。　如荷载板太大，可采用单桩试验加桩间土试　验结果换算实际承载力方法。　单桩复合地基及桩、土分开试验时桩的受力　及破坏截面位置的深度是不一样的。单桩试验时　破坏面常在桩的顶部，而单桩复合地基试验中由　于基底土被压实，土对桩体上部将产生径向压力，　使桩顶水泥土处于三向受压状态，提高了它的强　度和变形能力，使桩身材料的破坏截面向下部移　动，增大了扩散面积和影响深度，从而提高了复合　维普资讯 http://www.cqvip.com ２ｏ０２．Ｎｏ．２　天津市政设计　勘　测　地基承载力。所以采用单桩试验加桩间土试验方　法换算得出的结果，较单桩或多桩复合地基试验　来说是偏于安全的。　２．７千斤顶掉压现象的区别对待　在试验进行到后期，往往会有一种现象，无论　如何给千斤顶加压，压力也加不上去，甚至压力表　的读数会越来越小，对于这种现象的分析，我们应　区别对待。　Ｑ　ｓ　线　—・一Ｑ—Ｓ曲　～　图７试验已达破坏状态的Ｑ—Ｓ曲线　一种情况是试验已达到破坏状态。　试验的Ｑ～Ｓ曲线如下图所示，当试验加荷到　３００ＫＮ时，还可以稳定，然后施加下一级荷载　３３０ＫＮ时，出现上述现象，压力加不上去，压力表　的读数反而开始减小，同时沉降量也急剧增大，一　般从现场也可以看到压板周围出现较大的裂纹，　甚至承压板整体下沉，这时实际上试验已达到破　坏状态。需要注意的是，在现场测试过程中，很多　时候现象没有上述明显，在施加了３３０ＫＮ这一级　荷载后，压力表频繁掉压，然后频繁补压，最后把　某一沉降量值记录为３３０ＫＮ这一级荷载的沉降，　实际上在３３０ＫＮ这一级荷载试验根本没有稳定。　另一种情况是试验的反力系统失去反力造成　上述现象。　尤以地锚式反力系统最为常见，如下图，当试　图８曲线尾部向上翘Ｑ—Ｓ曲线　验进行到２４０ＫＮ这一级荷载时是正常的，施加下　一级荷载时，压力表较难保持在２７０ＫＮ，实际上　这时地锚的反力已达到极限状态，并由于其上拔　开始失去反力。理论上分析这时由于施加在载荷　板上的荷载开始逐渐减小，相比较前几级荷载，试　验更应该在较短的时间里达到稳定状态，但实际　上在试验时，由于压力表频繁掉压，只好又去频繁　的补压，只要有压力，就会有沉降量，所以现场测　试时也不会有稳定。压力加不上去，试验也不能稳　定，给我们造成一种试验已达到破坏的假象。　现场测试时如荷载不够，又不能正确地判稳，　而只是想当然地认为已补压并且沉降增量开始减　小，就会出现图８这种Ｑ～Ｓ曲线尾部向上翘的错　误结果。　３、结语　静载荷试验因其试验直观、实用，在工程中广　为应用，但只有现场测试的正确操作和试验结果　的准确分析才能保证试验结论的可靠性和正确　性。才能更好地检验、指导工程的设计和施工，保　证工程的安全和经济。本文是笔者多年的实际工　作心得体会，期望与同行交流，如能对初涉检测的　技术人员有所帮助，是笔者的最大心愿。　５５