工业厂房地基处理测验分析

工业厂房地基处理测验分析

论文栏目:建筑施工论文

某工程工业厂房地基土主要由粉土和粉质黏土组成。对于该工业厂房组来讲，由于荷载较大，天然地基难以满足建筑物要求，需进行处理，本次地基处理形式选择钢筋混凝土预制方桩。通过本次试验工作达到以下目的：a)选择经济、合理、可行的地基处理方式。b)通过本次试验获得地基处理设计的技术和经济分析资料，明确地基处理施工中的技术问题，为地基优化设计提供依据。c)为设计提供施工阶段所必需的设计参数。
1工程地质条件
1.1地层概况
本次勘探揭露地层为第四系全新统冲洪积地层（Q4al+pl）、第四系中更新统地层（Q2l）混姜结石，夹粉细砂层，厚约40.0m。根据厂区工程地质钻探和原位测试及室内试验情况，将场地53.0m深度范围内岩土层划分为2个大层8个亚层。
1.2地下水
场地内在勘探深度范围内地下水类型为孔隙潜水，地下水位埋深2.8～3.3m之间，相应标高在903.16～904.18m之间，年变幅1.5m左右。勘测报告表明水中的SO42-较高，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）判定，地下水对钢筋混凝土混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋和钢结构均具有弱腐蚀性。
2测试技术与方法
2.1竖向抗压静载试验
单采用锚桩—钢梁反力装置，通过接近于竖向荷载实际工作条件的试验，确定单桩、群桩竖向极限承载力、荷载与沉降变形关系。桩端阻力、桩侧摩阻力的分布及群桩效率下的变化和影响。本次试验中包括：桩竖向抗压静载试验3组；单桩承台竖向抗压静载试验2组；群桩承台竖向抗压静载试验1组。试验要求：a)加载方式采用慢速维持荷载法,分级荷载为预估单桩极限承载力值的1/10。b)终止加荷条件出现下列情况之一时,即可终止荷载：(a)某级荷载作用下,桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；(b)某级荷载作用下,桩的沉降量为前一级荷载量的2倍,且经24h尚未相对稳定；(c)P-S曲线上可以明显判定极限承载力,且桩顶沉降大于40mm；(d)已达到锚桩最大抗拔力。c)卸载及沉降观测每级卸载值的2倍,全部卸载后,隔3～4h再测读1次。d)相对稳定标准及观测时间由全自动沉降观测仪按有关规范自动进行。
2.2桩身内力测试
桩身内力测试采用桩身内预埋应变计方法，根据已知荷载可得到混凝土桩身的应力—应变关系曲线，从而推算出桩身各测试截面处的应力及轴力。桩身界面之间的轴力差即为该桩段所受的侧阻力。本次对单桩2根、群桩承台下的中心桩及角桩各1根，共计4根桩进行了内力测试。钢筋计采用CGJ-YB-10型埋入式钢筋计，数据采集应用TDS-303型数据采集仪。
2.3承台下反力测试
通过在群桩承台下埋设一定数量的土压力盒，确定承台土所分担的应力分布。本次采用埋设测试元件为XYJ-4型钢弦压力盆，共设置12个，其平面布置见图1。
2.4单桩水平静载试验
采用接近于水平受力桩的实际工作条件的试验方法确定单桩水平承载身轴线。试验方法采用单向多循环加卸载法。有关试验技术要求按《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)和《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）中的有关规定执行。本次完成单桩水平静载试验2根。采用全自动位移观测仪测读和采集数据。
3试验成果及分析
3.1竖向抗压静载试验
3.1.1单桩竖向抗压静载试验
本次共完成竖向抗压静载试验桩3根（S1、S8、S10）。首先对S10进行试验，当加载至1750kN时，锚桩焊接钢板与锚桩脱开，致使试验终止。后将所有锚桩的钢帽拆除并凿剔桩头，在载荷试验中将锚筋直接焊接于锚桩主筋上。在完成其他试验后，重新对S10进行了竖向抗压静载试验。试验中S1、S8、S10三根预制桩的终止荷载分别为2300kN、2300kN、2750kN，所对应的沉降量分别为40.06mm、40.12mm、40.60mm。3根桩的P-S曲线均有明显拐点，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)对单桩竖向抗压极限承载力确定：a)根据沉降随荷载变化的特征确定，对于陡降型Q-S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。b)根据沉降随时间变化的特征确定，取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。根据上述方法两组单桩承台竖向抗压静载试验所确定的单桩承台极限承载力见表1。
3.1.2单桩承台竖向抗压静载试验
本次共完成单桩承台竖向抗压静载试验2组（CT2、CT3）。CT2、CT3两组单桩承台的终止荷载分别为2700kN、3300kN，所对应的沉降量分别为42.11mm、49.08mm。两组单桩承台的P-S曲线均有明显拐点，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)对单桩竖向抗压极限承载力确定：a)根据沉降随荷载变化的特征确定，对于陡降型Q-S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。b)根据沉降随时间变化的特征确定，取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。根据上述方法两组单桩承台竖向抗压静载试验所确定的单桩承台极限承载力见表2。单桩承台极限承载力与单桩极限承载力的对比分析见表3。通过对比认为CT3承台下地基土提供承载力过大，不符合场地土实际情况，由此推断认为S9号试桩单桩极限承载力较场地内其他单桩极限承载力高。通过对试验结果分析表明，单桩承台的极限承载力大于单桩的极限承载力，可以考虑利用承台下地基土提供部分承载力，但土体承载力取值不宜过高，建议取值不大于60kPa。
3.1.3群桩承台竖向抗压静载试验
本次共完成群桩承台竖向抗压静载试验1组（CT1）。当试验加载至12000kN时，承台开始出现裂缝，沉降迅速增大，无法继续加载，试验终止。该承台破坏前一级加载值为10500kN，所对应的沉降量为10.73mm。此时试验的P-S曲线尚无明显拐点，S-lgt曲线尾部也未出现明显向下的弯曲。因此判断此时群桩承台竖向抗压静载试验尚未达到极限值。根据单桩试验结果，该场地单桩竖向承载力特征值为1075kN，则在不考虑承台对承载力贡献时，该5桩承台的竖向承载力特征值应为5375kN。S1、S2号单桩、CT1群桩承台、CT2单桩承台的特征值及试验中对应沉降见表4。通过对比可以发现，当达到承载力特征值时，5桩承台的沉降量明显小于单桩及单桩承台的沉降量。
3.2桩身内力测试
本次4根试桩的内力测试采用桩身内预埋钢筋计方法，分别为S1、S4、S5及S8。其中S1、S8为单桩。S4、S5分别为5桩的角桩和中心桩。测试发现埋设于S4桩身中钢筋计有较多失效，这里不对其进行详细分析。桩身内力分析表示：当桩顶荷载为1000kN时，桩端阻力不足100kN，故该种桩型的荷载主要由摩阻力承担。侧摩阻力由上至下分布不均，其中8~13m范围的（1-3）层内侧摩阻力仅有30kPa左右，位于底部的（2-1）层侧摩阻力可达到150kPa左右。在极限破坏状态时桩端才发挥出较大端阻力，桩端阻力建议取值1480kPa。通过对单桩竖向静力载荷P-S曲线分析可以看出其曲线呈陡降型，也说明单桩承载力中主要以侧摩阻力为主，端阻力为辅。预制桩在荷载作用下内力递减较为平缓，且同场地下差异较小。
3.3承台下土应力测试
本次对5桩承台下地基土进行了土应力测试，共埋设土压力测试盒12个。由于在加12000kN荷载时承台开裂，本次试验分析至最大荷载10500kN为止。测试结果表明，分级荷载作用下承台中心轴线剖面土反力分布总体特征呈现外缘大、中间小的趋势；实测承台底部最大土反力为0.246MPa。通过对压力盒测得的土反力数据分析，表明土体存在偏心受压现象，这对土压力测试有一定的影响。结合沉桩施工纪录分析认为，S3号桩桩端可能位于土层中分布不均的硬层上，造成承台下各桩受力沉降不均，从而引起了承台下土体的偏心受压。
4结论与建议
a)根据本次单桩竖向抗压静载试验结果，该场地内钢筋混凝土预制方桩（400mm×400mm）的单桩极限承载力为2150kN；单桩水平临界荷载可取50kN。
b)两组单桩承台试验结果表明，单桩承台（1200mm×1200mm）竖向极限承载力为2700kN，而单桩承台（2000mm×2000mm）竖向极限承载力为2400kN，单桩承台极限承载力均大于单桩极限承载力。因此，在极限荷载作用下，承台地基土至少提供反力为60kPa。
c)通过对5桩承台试验结果分析表明当竖向荷载为5倍于单桩承载力特征值时，5桩承台的沉降量明显小于单桩及单桩承台的沉降量。因此，多桩承台下地基土反力高于单桩承台地基土反力。
d)土压力试验结果分析表明，在分级荷载作用下承台中心轴线剖面土反力分布总体特征呈现外缘大、中间小的趋势，实测承台底部最大地基土反力为0.246MPa。
e)桩身内力测试成果分析表明：该种桩型的荷载主要由侧摩阻力承担，为端承摩擦桩；侧摩阻力由上至下分布不匀；桩端在极限状态时才发挥出较大端阻力。分层地基土极限侧摩阻、端阻力见表6。
f)建议工程桩桩端应进入（2-1）层中，且进入深度应满足有关规范。