基于静载试验的柱构件承载能力检测及结果分析.pdf

562023年9 月质量控制与检测江西建材基于静载试验的柱构件承载能力检测及结果分析王少杰，侣文斌山西华筑天成土木工程检测有限公司，山西太原030000摘要：文中以某框架结构地下车库为工程背景，通过静载试验方法探讨了混凝土柱构件承载能力检测的内容及方法，阐述了加载材料、荷载分级、加卸载方案，并通过观察柱构件实际位移及外观损伤，对柱构件承载能力进行了综合分析，可为实际工程静载试验提供参考。关键词：静载试验；承载能力；结果分析中图分类号：U415.1;U445.1文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 9-0 0 56-0 3Testing and Result Analysis of the Bearing Capacity of ColumnMembers based on Static Load TestWang Shaojie,Lyu WenbingShanxi Huazhu Tiancheng Civil Engineering Testing Co.Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030000Abstract:The article takes an underground garage with a frame structure as the engineering background,and explores the content andmethod of detecting the bearing capacity of concrete column components through static load testing.It elaborates on the loading materials,load grading,and loading and unloading plans.By observing the actual displacement and appearance damage of the column components,acomprehensive analysis of the bearing capacity of the column components is conducted,which can provide reference for actual engineeringstatic load testing.Key words:Static load test;Bearing capacity;Result analysis0引言近些年，因建筑物引发的安全事故频频发生。2 0 2 0 年8 月29日，山西省襄汾县陶寺乡陈庄村聚仙酒家发生建筑物塌事故；2 0 2 2 年4月2 9日，湖南长沙一居民自建房发生垮塌。因此，建筑物安全成为全社会关注的焦点。为保证工程质量，静载试验是检验工程工作状态及承载能力的一种常用且直接的试验方法，该方法在桥梁工程1-2 、桩基工程 3-4 领域应用较为广泛，在建筑物上部结构构件承载能力检测领域应用相对较少I5-6。本工程采用静载试验的方法，对某框架结构地下车库柱构件承载能力进行了详细而全面的静载试验检测，该项检测工作能够直观明了的查看结构在设计荷载下的承载能力。为了保证试验结果的可靠性，在本次试验过程中，试验人员严格遵守静载试验流程，科学而细致地编制了静载试验方案，采用分级加载的方式进行加载，以确保静载试验操作的可行性，达到验证结构是否符合国家标准和设计要求的试验目的。1工程概况某新建工程为框架结构，基础形式为桩基础，桩型为大直径人工挖孔灌注桩，地下一层，地上六层，总建筑面积为14934.52m，该工程建于2 0 1 8 年。其中，地下一层为车库，主楼地下车库局部外延，地下车库外延部分为井字梁楼盖结构，地下车库外延部分修建完成后，查明井字梁楼盖结构下部柱8 C、第一作者：王少杰（1 991-），男，山西吕梁人，硕士，工程师，主要研究方向为建筑工程、桥隧工程试验检测。柱9C蜂窝、麻面等缺陷较为严重，为验证井字梁楼盖结构下部存在缺陷的柱构件实际承载能力，拟通过静载试验的方法对柱8 C、柱9C进行静载试验。试验区域如图1 所示。！10097111111100811111111JLJ儿L009111111111111111111.111009L00571112200230022002500250025002200/2900j50010g吨2 50670075006600100089图1静载试验范围/mm设计基本信息：结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50 年，地基基础设计等级为乙类，抗震设防类别乙类。该区域桩混凝土设计等级为C30，梁、板混凝土设计等级为C30，柱混凝土设计等级为C35，桩径为8 0 0 mm，柱构件截面尺寸为50 0 mm500mm，横向主梁截面尺寸为572023年9 月质量控制与检测江西建材450mm750mm，纵向主梁截面尺寸为450 mm800mm，次梁截面尺寸为3 50 mm550mm，地下室顶板厚度2 50 mm。设计荷载：根据设计图纸，地面铺装荷载为5kN/m；根据GB500092012建筑结构荷载规范，消防车道荷载为20kN/m2。2试验内容及方法根据GB/T507842013混凝土结构现场检测技术标准，静载检验构件应按约定抽样原则从结构实体中选取，选取时应综合考虑下列因素：（1）该构件计算受力最不利；（2）该构件施工质量较差、缺陷较多或病害及损伤较严重；（3）为便于搭设脚手架，设置测点或实施加载。根据以上原则，与委托方协商确定选取柱8 C、柱9C作为静载试验构件。根据GB/T507842013混凝土结构现场检测技术标准，本次静载试验主要检测内容为：柱构件的竖向位移、梁柱节点外观变化、柱构件裂缝扩展。试验人员现场采用位移传感器检测柱构件底部的位移情况，采用直接观察法观测梁柱节点的外观变化，采用裂缝宽度测量仪检测柱构件的裂缝扩展情况。3仪器设备本次检测使用的主要仪器为位移传感器（测量精度为0.01mm）、裂缝宽度测量仪（测量精度为0.0 2 mm）、相机，所用仪器设备均经检定校准，满足国家现行相关规范标准要求。4理论分析为得到静载试验时柱底部的位移参考值，本工程采用PKPM结构计算软件进行了理论计算，在标准组合设计值作用下，柱8 C底部沉降量为4.1 3 mm，柱9C底部沉降量为4.62mm；在基本组合设计值作用下，柱8 C底部沉降量为4.53mm，柱9C底部沉降量为4.92 mm。5静载试验5.1试验荷载取值根据GB/T507842013混凝土结构现场检测技术标准，结构构件安全性检验荷载应根据结构构件承载能力极限状态荷载效应组合的设计值和加载图式换算确定，加载图示如图2 所示。荷载效应组合的设计值应按现行国家标准GB50009一2 0 1 2 建筑结构荷载规范的有关规定计算。经计算，静载试验区域（7 1 1 BD）恒荷载标准值、活荷载标准值、正常使用极限状态下的标准组合设计值以及对应承载能力极限状态下的基本组合设计值（最不利组合）如下。（1）恒荷载标准值：G,=0.2525+5=11.25kN/m（设计院提供）（2）活荷载标准值：Qk=20kN/m（设计院提供）（3）标准组合设计值：Q,=G;+Qk=11.25+20=31.25 kN/m（4）基本组合设计值：Qa=cG;+gQ=1.211.25+1.420=41.5kN/m重物现浇混凝土图2加载图式5.2试验荷载材料根据GB/T501522012混凝土结构试验方法标准要求，本次试验采用散体材料装袋后计数加载的方式进行原位加载，选用土颗粒作为散体材料装土袋作为试验荷载，经称重，土袋的平均重量为41.2 kg。5.3加/卸载方案根据GB/T50152一2 0 1 2 混凝土结构试验方法标准加载程序进行加载试验，静载试验区域面积为3 3 5.7 2 m，实际加载总重量为1 1 8 6.56 t。试验加载分级和卸载分级见表1、表2。（1）由于车库顶板已浇筑完成，当加载比例为2 0%时，试验加载量为：F=31.2520%-0.2525=0故无需进行比例为2 0%的加载，加载比例从40%开始。（2）当加载比例为40%时，试验加载量为：Fs,=31.25 40%-0.25 25=6.25 kN/m（3）当加载比例为6 0%时，试验加载量为：Fsz=31.25 60%-0.25 25=12.5 kN/m（4）当加载比例为8 0%时，试验加载量为：F.s=31.25 80%-0.25 25=18.75 kN/m（5）当加载比例为1 0 0%时，试验加载量为：Fs4=31.25 100%-0.2525=25.00 kN/m（6）当加载比例为1 1 0%时，试验加载量为：Fs=31.25+(41.5-31.25）0.2 5-0.2 52 5=2 7.56 k N/m（7）当加载比例为1 2 0%时，试验加载量为：Fs=31.25+(41.5-31.25）0.50-0.2 52 5=3 0.1 3 k N/m（8）当加载比例为1 3 0%时，试验加载量为：Fs,=31.25+（41.5-3 1.2 5）0.7 5-0.2 52 5=3 2.6 9k N/m（9）当加载比例为1 40%时，试验加载量为：Fs8=41.5-0.25 25=35.25kN/m表1分级加载值理论试验加载量/实际试验加载量/试验区域荷载试验区域装土袋级别持荷时间/h加载比例1%(kN m2)(kN m2)总重量/kg总数量/袋12406.256.092043524.960216012.5012.5742188810240318018.7518.9763695215 4604110025.0025.13843.77620.4805111027.5627.71930 296225806112030.1330.041 008 576244807113032.6932.911.104.98426 8208114035.2535.341186.5602880058上接第55页）2023年9 月质量控制与检测江西建材表2分级卸载值理论试验加载量/实际试验加载量/试验区域荷载试验区域装土袋级别持荷时间/h加载比例/%(kN m2)(kNm2)总重量/kg总数量/袋9212030.1330.24101516824.64010210025.0025.04840480204001128018.7518.78630360153001226012.5012.5242024010200132406.257.3624720060005.4检测结果（1）本次通过静载试验得到了柱8 C、柱9C的沉降值，柱8 C在标准组合设计值作用下，实际竖向沉降量为4.1 0 mm，在基本组合设计值作用下，实际竖向沉降量为4.42 mm；柱9C在标准组合设计值作用下实际竖向沉降量为3.49mm，在基本组合设计值作用下，实际竖向沉降量为3.8 2 mm。因此，所检柱8 C、柱9C实际沉降量均小于理论计算值。（2）在静载试验加载、达到承载能力极限状态后以及卸载过程中，梁柱节点及柱构件均未出现混凝土开裂、破碎、压陷、剥裂等损伤，且原有裂缝宽度未发现变宽。6结语本文采用静载试验的方法对柱构件进行了承载力检测，得出以下结论。（1）根据静载试验结果，所检柱构件在标准组合设计值及基本组合设计值作用下，实际沉降量小于理论计算值。（2）在加载、卸载过程未发现梁柱节点及柱构件出现明显根据表4数据发现，SZ1、SZ2 存在明显扩径的情况，SZ1较为严重。结合试桩施工过程分析，SZ7和SZ1为最先施工的两根桩，当时仅采用泥浆护壁，2-2 为淤泥质土且深度较深，由于旋挖桩对土体的扰动较大，施工时发现该土层易塌孔。为保证后续桩施工质量及进度，SZ1结束之后，随即改变施工方案，增加了1 5m长护筒 7 ，确保插至2-2 土层的底部，因此后续桩的成孔质量相对较高。SZ3在3-2 与5-1 土层交界处桩径偏小，存在缩径现象，经核实该处的地勘报告，5-1 层上存在1 m厚的4层浑圆砾粉质黏土，该土层中圆砾含量不均匀，易导致桩基施工孔、缩径。各桩的端阻力均偏小，主要原因为5-2 为极软岩且遇水易软化，端阻力无法有效发挥。工程桩施工时需重点注意内容：（1）场地广泛分布2-2 层淤泥质土，平均厚度约1 0 m，该土层对于桩基施工易造成孔壁塌、扩径、缩径等问题，从而影响成桩桩身质量，需充分考虑成桩工艺，如采用旋挖桩优先采用长护筒辅助成孔。（2）4层浑圆砾粉质黏土主要分布在场地南半侧，该层分布、厚度变化较大，卵砾石粒径大小不一，易导致桩基施工孔、缩径、形成桩底沉渣过厚等，施工时，需加大泥浆稠度并控制钻进速度，以减小对周边土体扰动。（3）5-2 层中等风化泥质粉砂岩为极软岩，钻进时在该层易产生较多岩屑，使得泥浆变厚，沉渣较多，影响工程桩的承载力，岩块浸水后极易软化，施工时应重点关注。成孔后，应及时清孔并灌注成桩。4结语（1）本项目灌注桩的单桩竖向抗拔静载检测、桩身完整性损伤以及裂缝变宽的现象。综上所述，该地下车库所检柱构件强度和刚度有一定的安全储备，承载能力可满足国家规范及设计相关要求。参考文献【1】赵帅，安玉普，时广义，基于静载试验的简支空心板桥承载能力评估J】。科技创新与应用，2 0 2 2，1 2（2 5）：48-52.2刘辉.桥梁工程预制梁单梁静载试验研究J.江西建材，2 0 2 2(6):28-31.3黄荣荣桩基静载试验常见问题及对策 J】。江西建材，2 0 2 1(1 0）：65-66.【4廖德明.浅析单桩竖向抗压静载试验的测试方法J.江西建材，2020(12):60-61.5叶李斌，张镔锋.加固后现浇钢筋混凝土楼板静载试验分析【J。长沙理工大学学报（自然科学版），2 0 2 1，1 8（3）：3 2-3 7.6魏靖，刘杰胜，张传成，等.预制装配式楼梯静载试验研究J。武汉轻工大学学报，2 0 2 1，40（3）：1 0 4-1 0 8.的低应变检测和声波透射检测均满足设计要求，单桩竖向抗压静载检测中仅有SZ7的值不满足设计要求。经分析，主要原因为桩头加固的套筒对接焊缝强度不够，同时加载存在偏心，最终导致桩头破坏。第一根检测桩出现问题后，随即对后续桩头加固、加载方式进行了改进，后面抗压桩并未出现同样问题。（2）分析SZ1SZ3的桩身内力测试结果得出：2-2 层淤泥质土区间桩身易扩径；4层浑圆砾粉质黏土区间桩身易缩径；5-2层桩端阻力发挥不足。旋挖桩施工时对土体扰动较大，针对上述问题提出以下改善措施：增设长护筒隔离2 层淤泥质土，保证土体稳定；穿越4层浑圆砾粉质黏土时，提高泥浆稠度并控制钻进速度，减少对周边土体的扰动；成孔后，及时清空并灌注混凝土，减少5-2 层中等风化泥质粉砂岩的浸水时间。参考文献【1 王毅景.旋挖桩在土建工程施工中的质量控制分析J】江西建材，2 0 2 2(6)：2 54-2 56.2简靖坤.浅谈旋挖钻孔灌注桩施工工艺特点及质量控制分析J。江西建材，2 0 1 9（1 1）：1 3 8-1 3 9.3程志和，邓友生，孙雅妮，等。桩基检测技术的发展与应用研究J】.混凝土与水泥制品，2 0 1 9（3）：8 0-8 4.4杨文生，李晓勇，张松，等.常用桩身内力测试方法数据分析过程与实例J】.建筑结构，2 0 1 9，49（1 4）：1 2 2-1 2 5.5 洪光森，张明瑞，马克刚.基于桩身内力测试值和压缩量的桩端荷载计算J：人民长江，2 0 1 7，48（1 4）：50-54.6苏尔想.浅谈桩基竖向抗压静载试验的桩身内力测试【J.江西建材，2 0 2 0（1 0）：52-53.7龙刚.深厚淤泥或砂层中旋挖桩施工技术J.浙江建筑，2 0 1 6，33（8):3 7-3 9,55.