静载试验在水利工程基桩检测中的应用研究

前言

水利工程中许多大坝、闸站等水工建筑物施工都需要在软土地质结构上开展，因地基内土壤结构较为松软，承载力无法满足实际建设要求，施工单位应结合地质勘察结果对比分析钻孔灌注桩、水泥搅拌桩、预制桩等技术的可行性及适用性，制定科学合理的软土地基施工技术方案，还需在施工后采用静载试验方式，判别基桩结构承载力，由静载试验结果优化有序基桩施工流程。

1.静载试验原理及应用重要性

1.1 静载试验原理

静载试验是基桩工程重要检测方式，主要就是对桩顶部施加竖向压力、竖向上拔力、水平推力，判断桩顶部随时间变化产生的沉降、上拔位移量、水平位移量等，评估基桩结构能够承受的竖向抗压力、竖向抗拔力及水平变形度。

根据荷载施加方向，也可将静载试验进一步分为向抗压静载、竖向抗拔静载、水平静载三种类型；根据不同荷载维持时间、桩基沉降量，可将静载试验分为慢速维持荷载、快速加载两种类型。

1.2 静载试验重要性

水利工程基桩属于隐蔽性工程项目，具有施工条件复杂、成桩质量差异大等特征。为切实保障基桩施工质量，确保基桩结构满足承载力、抗变形力、稳定性等要求，需要在基桩施工后开展相关试验检测工作。静载试验作为评估基桩承载力、水平位移度、基础变量度的重要手段之一，其应用重要性主要体现在以下几方面：

第一，提供设计依据。静载试验是为水利工程基桩提供承载力的重要设计依据，能够帮助设计单位选择最佳工艺参数，并为当地新桩型的应用提供承载力设计依据；

第二，检验施工质量。静载试验可对水利工程基桩结构施工质量进行严格检验与评定，使基桩施工质量满足工程预期建设要求；

第三，应用范围广。静载试验可依据不同角度分为多种类型，如单桩抗压静载试验、竖向抗拔静载试验等。不同类型静载试验的使用场景及观测目的存在较大差异，因此可应用在较大范围基桩工程中。

2.静载试验在水利工程基桩检测中的应用要点

通过分析水利工程施工案例，发现 70%～80% 基桩结构都建设在沿海地区、长江中下游软土地区。在水利工程基桩结构试验检测环节，静载加载量应当大于等于单桩承载压力值的两倍，最大加载量为5000kN，确保试验结果能够更好评估基桩各项性能。

静载试验开展环节需使用主梁、次梁、锚桩等反力设施；千斤顶、油泵等加压设施；压力表、压力传感器、荷载传感器等测量设施。

2.1 反力装置

静载试验中的反力装置包括锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置等。选择反力装置时应依据地质分析现场勘察结果，评估地质结构特征与处理重难点。由于反力装置不会受到加载吨位的影响，检测效果更好，但需要在试验期间实时观测锚桩的上拔量。

由于闸站基坑附近地质条件与水文环境较为复杂，大吨位压重支架下压期间，基坑底部土也会不同程度下降，导致桩基部位受到较大的阻力，一定程度影响检测结果。为有效节约配重块制作与运输成本，在静载试验过程中的配重块应为 300t 左右。在配重块重量不足的情况下，可使用锚桩压重联合反力设施。

2.2 荷载测量

在开展静载试验过程中，需将千斤顶与油压表连接在一起，配合使用油压传感设施、测力传感设施，测量设备的荷载量。正常情况下，静载试验可使用双油路千斤顶与高压油泵组合方式，将千斤顶的最大加载量控制在量程的 80%范围内。千斤顶设施的规格应小于等于 800kN，满足检测基桩结构竖向抗压力、竖向抗拔力及水平承载力要求。

由于检测环节的温度差及光线照射度常出现变化，对测力传感器的测量结果会造成不同程度影响，因此需要配合使用油压传感设施。

2.3 位移测量

在测量基桩结构位移值环节，可使用大量程的位移传感设施，要求传感器的测量误差值应当控制在 0.1%范围内。将测量仪器放置在桩顶以下 200mm 的位置，将测点固定在桩身上。上拨量测量点需设置在桩顶以下大于 1 倍桩径的桩身上；水平位移测量点需要设置在与作用力方向垂直的桩身侧面，基准点与试桩位置应超过 1 倍桩径。

2.4 自动采集

使用自动加载控制设施记录下无线远程传输数据，确保静载试验检测数据能够自动采集并判别，提升检测结果的精准度。常用的自动采集仪器为JCQ-503 系统静力荷载测试仪器等。

3.静载试验在水利工程基桩检测中的应用问题

3.1 堆载问题

3.1.1 堆载平台出现偏心问题

在水利工程基桩检测中，堆载平台是重要的加压场所。在荷载物堆载量较小与过大的情况下，无法有效控制堆载物的重心，出现偏心问题，影响检测结果的精准度与全面性。因堆载平台没有达到目标平台，在试验顶起阶段，堆载物的重心无法得到有效把控。如堆载平台两端过于悬，加压难度较大的情况下，应立即终止试验，避免继续加载操作，导致堆载平台倒塌，引发严重安全事故。

开展大吨位堆载试验开展环节，测量单位需结合水利工程具体施工要求编制切实可行的检测技术方案。要求在检测区域安装反力装置环节，平台中心位置应当与试验桩的桩头中心位置相同，堆载物的中心应与平台中心相同，确保静载试验结果更为精准。

3.1.2 基准桩稳定性

检测水利工程基桩位移量的情况下，应在适宜位置安装位移传感器设施，由桩顶位置判断基准梁的总位移量，评估基桩结构整体稳定性。由于基桩也会受到堆载物重力、地表土的扰动作用影响，在开展堆载试验环节，试验桩、基准桩与支撑墩之间的位置也应符合设计规范。如堆载过程中出现支撑墩下沉问题时，也会影响基准桩的稳定性。

3.1.3 主梁压实千斤顶

水利工程静荷载试验多使用堆载方式，处理软土地基结构过程中，由于地基的土质较为松软，承受的荷载力会施加到支撑墩上，导致支撑墩下降，需在主梁环节使用千斤顶设施，借助千斤顶将荷载力施加在桩顶上。在荷载力不断增加的情况下，桩顶上的压力值也会不断增大，致使试验桩下沉。在没有严格记录下试验桩下沉时，会使得静载试验获得的沉降结果小于实际情况。

3.1.4 边堆载边试验

为避免主梁压实千斤顶问题出现，应开展提前试验方式。在开展边堆载边试验工作时，应选择适宜堆载方式。在没有严格遵照试验技术规范开展各项检测工作情况下，会一定程度影响后期施工水平。如在堆载平台上的堆载物过重，重量会由主梁直接反压到千斤顶上，使千斤顶承受的压强及顶力增大，桩身下降速度加快。

为保障边堆载边试验结果精准度及有效性，各级荷载量稳定，在堆载过程中不得再次加压，避免实际堆载量超过一次荷载量。

3.2 锚桩法问题

3.2.1 锚桩抗拔力

反力架包括锚桩、钢梁等结构。为降低反力架制作成本，可将工程桩作为试验锚桩。在没有严格计算锚桩抗拔力结果，锚桩布置不对称的情况下，部分桩会承受过大压力，导致钢筋被拉断，给试验工作造成较大安全隐患。因此在编制试验桩施工方案，严格计算锚桩抗拔值，发现桩体受力不足或者不均衡的情况下，应当对桩体结构进行专业修复，避免出现安全事故。

3.2.2 锚桩钢筋脱焊

如基桩结构内钢筋性能不佳、焊接工作不到位的情况下，承受过大压力会出现锚桩主筋及焊接部位拉断、开裂，锚桩以及钢梁联合反力架崩塌，千斤顶以及检测仪表受损。针对以上问题，在施工前需尽量选择比主筋更大型号的钢筋作为拉筋，焊接长度预留 10—15cm。如静载的加压荷载较大，还可使用双面焊接方式。

4.静载试验在水利工程基桩检测中的应用规定

4.1 试验加载、卸载规定

在基桩检验过程中采用分级加载、等量加载方式。分级荷载为极限承载力的十分之一，第一级加载量为分级荷载的两倍。

分级开展卸载工作，要求每级的卸载量为分级加载量的两倍，依据是呀你等级逐步卸载。

要求在加载与卸载环节，荷载力应均匀连续，避免对桩结构产生较大冲击力。在维持每级荷载环节，荷载的变化幅度应当小于分级荷载的± 10%

4.2 慢速维持荷载试验

施加分级荷载环节，每隔15min 读取桩顶部的沉降量，而后每隔 30min 区域读取一次桩顶沉降值。遵循沉降稳定性标准，将桩顶的沉降量控制在适宜范围内。如桩顶的沉降速度符合稳定性标准，还需额外施加一级荷载。

卸载过程中，每级荷载需位移 1h，并每隔 30min 读取一次桩顶沉降量。在卸载清零的情况下，需读取桩顶的参与沉降量，维持时间应超过3h。

4.3 终止加载

受到某级荷载作用影响，桩顶部的沉降量需超过前一级荷载作用下沉降量的 5 倍，桩顶的总沉降量超过 40mm。

受到某级荷载影响，基桩顶部沉降量需超过前级荷载下沉量的 2 倍，确保基桩结构能够达到《建筑基桩检测技术规范》内相对稳定条件。

设计要求的最大加载值中，桩顶的最大加载值与桩顶沉降量应保持稳定状态。

工程桩可作为锚桩，上拔量处于允许值范围。

5.静载试验在水利工程基桩检测中的应用管理对策

5.1 试验准备管理

首先收集水利工程地质勘察资料、桩基设计文件、现场施工记录等资料，充分了解水利工程基桩施工流程、施工环节存在的各类问题。

控制基桩检测时间。灌注桩需保持28d 的龄期，预制桩的龄期应超过土体结果的休止时长。由于不同土体结构特征与处理要求存在一定差异，砂土的休止时间最短、饱和黏性土的休止时间最长。

在桩头处于洁净平整状态的情况下再浇筑混凝土，混凝土强度应符合检测技术标准。在距离桩顶部 1 倍的桩径位置处，可使用钢护筒围护。距离桩顶部 1.5 倍桩径范围内，应设置箍筋。在桩帽位置安装钢筋网片，使试验受力条件与设计要求相符，地面与承台底部标高一致。

5.2 反力装置架设管理

严格控制反力装置施加的反力作用，避免小于最大加载量，防止反力装置出现大规模变形情况。

在设置锚桩应力装置环节，应使用比锚桩主筋更大规格的钢筋作为拉筋，借助双面焊接方式，保障钢筋结构的紧密性。为防止钢筋连接与人工焊接期间出现钢筋被拉断或者开裂问题，还需在试验工作开展前严格计算出抗拔桩的受力值，避免锚桩出现上拔值超标等问题，对试验结果精准度造成不利影响。

在压重平台内的支墩尺寸小于规定范畴，压重支墩施加的压应力大于地基承载力，会使地基结构出现不均匀下降或破损等问题，需在支墩下部垫上钢板，扩大平台受力面积。控制主梁与千斤顶范畴，避免出现支墩下沉过大等问题，导致试验结构受到不利影响。

静载试验检测技术也被应用在水利工程基桩工字钢施工环节。下表面长度的中间位置会受到荷载作用影响，钢梁承载力与高度值关系密切。在钢梁场地为 6—8m 的情况下可使用静载试验。焊接长度为 8m 的工字钢环节，可从侧面向中间由密到疏焊接加强肋板。在焊接完毕后浇筑微膨胀混凝土，侧面采用厚钢板整体焊接。

5.3 设备安装管理

水利工程基桩结构稳定性也会受到沉降量等因素影响，需通过控制基准桩的深度，使桩身结构更为稳固。桩身的基准量由刚度、抵抗挠曲变形量决定。基准梁的长度应符合《建筑基桩检测技术规范》。将基准梁一端固定在基准桩上，另一端固定在基桩桩上。

将锚桩横梁、压重反力装置安装环节，要求试桩、锚桩、基准桩的中心距离需处于标准范围内，如在验收过程中发现部分桩身结构距离小于标准值的情况下，应进行严格调整。

5.4 试验检测安全管理

搭设静载试验压重平台过程中，要求混凝土配重高度应超过 6m，使平台中心位置与桩头中心位置一致，防止平台出现偏离重点的情况。

静载试验环节，试验人员须严格观察基桩结构的偏心受力情况。经过实际验证发现，引发桩身偏心问题的原因较多，如桩帽轴线与原桩身轴线相互偏离、支墩下部与地基土不均匀变形、锚桩的钢筋预留量与现场情况存在较大差异，导致各锚桩承受的承载力存在较大差异。

在桩偏心受力环节，可通过对称安装百分表、传感器等数据，获取桩身的实际沉降量。借助测量仪器控制系统，设置千斤顶报警限制，防止在基桩试验检测环节出现配重不均匀等问题，使堆载平台出现坍塌等情况。注意在试验检测区域悬挂禁止入内的警示标牌，避免出现安全事故。

总结：总而言之，水利工程基桩静载试验工作开展期间，试验单位应采取一切可行措施，排除影响静载试验检测结果精准度及全面性的各类因素，确保静载试验能够精准反映出现场基桩承载力及变形性能，为后续判断基桩结构施工质量、安全可靠性提供重要理论依据。不同静载试验面临的操作问题存在较大差异，在试验前也应结合有关规定，对试验数据展开精准计算，推动试验工作有序实施。

参考文献：

[1]李鹏明,侯仁升,郝晓辉.水利工程单桩竖向抗压静载试验研究[J].山东水利,2024,(08):13-15.

[2]程旭.锚桩法静载试验在水利工程基桩检测中应用研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2023,23(04):14-19.

[3]刘黔.水利工程地基基础岩土试验检测要点分析[J].东北水利水电,2023,41(12):47-50.

[4] 孙丹丹, 徐昕, 刘昱, 等. 水利工程桩基无损检测技术研究与应用[J]. 水科学与工程术,2023,(05):94-96.

[5] 商 晓 平 . 静 载 试 验 在 水 利 工 程 基 桩 检 测 中 的 应 用 研 究 [J]. 水 利 科 学 与 寒 区 工程,2023,6(07):108-110.

[6]李启凯.水利水电工程地基基础岩土试验检测技术[J].珠江水运,2023,(05):41-4

[7]王丹丹.静载试验方法在水闸地基土体抗拔变形量计算中的应用[J].水科学与工程技术,2021,(03):17-19.

[8]刘涛.克孜河渡槽充水载荷试验与承载力安全评价[D].新疆农业大学,202

[9] 俞 长隆 . 基于 水利水 电 工程 地基 基础岩 土 试验 检测 技术分 析 [J]. 黑 龙江 水利科技,2021,49(05):120-122.

[10]杨宁.水利工程项目中桩基检测的技术分析[J].科技创新导报,2021,18(13):43-45.