淺談大噸位單樁豎向抗壓靜載錨樁壓重聯(lián)合法檢測技術(shù)

■高志先 ■中山市冠安建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，廣東 中山 528467

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)的加載裝置常用的有4 種形式:錨樁橫梁反力裝置、壓重平臺反力裝置、錨樁壓重聯(lián)合反力裝置和地錨反力裝置。地錨反力裝置常用于噸位較小的靜載荷測試，錨樁壓重聯(lián)合反力裝置則結(jié)合了前2 種裝置的優(yōu)點(diǎn)，并且在現(xiàn)場場地狹窄，錨樁又不能滿足反力要求的情況下，更顯示了其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1 錨樁壓重聯(lián)合法參數(shù)計(jì)算

本文所探討的新型錨樁壓重聯(lián)合法中“壓重”不是壓在橫梁之上，而是將“壓重”堆載變成獨(dú)立的一根“錨樁”，也即相當(dāng)于不夠的錨樁數(shù)量用堆載的辦法來替代，或者也可以稱之為3 +1 法，“3”指的就是3 根錨樁，而“1”指的就是壓重。同樣本錨樁壓重聯(lián)合法的反力也是由錨樁和配重兩部分組成，那么應(yīng)分別計(jì)算出錨樁所提供的反力，再根據(jù)單樁豎向抗壓承載力特征值反算出我們所應(yīng)該堆載的壓重。

1.1 單根錨樁所能提供的最大反力f錨計(jì)算

單根錨樁所能提供的最大反力f 錨，應(yīng)該由錨樁樁身側(cè)摩阻力、錨樁錨桿(鋼筋)最大承載力、錨樁錨桿(鋼筋)與樁體混凝土粘結(jié)力確定。且單根錨樁所能提供的最大反力為以上三個數(shù)值中的最小值，而且尚需一定的安全儲備。

①根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008 有關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法［2］，單根錨樁樁身側(cè)摩阻力計(jì)算如下:

式中Qsk—總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN);

qsik—第i 層土的極限側(cè)阻力(kPa)

Li—樁周第i 層土的厚度(m);

u—樁身周長(m);

②根據(jù)《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22-2005)［3］錨桿的最大試驗(yàn)荷載不宜超過錨桿桿體極限承載力的0.8 倍。所以單根錨樁錨桿(鋼筋)最大承載力的計(jì)算如:

式中f1—錨樁所能提供的最大反力(kN);

n—錨筋的根數(shù);

r—錨筋的直徑(mm);

σs—錨筋的屈服強(qiáng)度(N/mm2)。

③錨樁錨桿(鋼筋)與樁體混凝土粘結(jié)力具體的計(jì)算方法如下:

式中f1—錨筋所能提供的最大粘結(jié)力(kN);

r—錨筋的直徑(mm);

L—錨筋的長度(mm);

C—錨筋的粘結(jié)強(qiáng)度(N/mm2)(鋼筋與混凝土的取值一般為2.5-6.0);

n—錨筋的根數(shù)。

④一般情況下，可取以上3 個數(shù)值Qsk、f1、f2的最小值為單根錨樁所能提供的最大反力為f錨。而f錨還應(yīng)滿足一定的安全儲備要求，即:

式中fak——被驗(yàn)收試樁的單樁豎向抗壓承載力特征值(kN);

2.0—規(guī)范規(guī)定最大加載不少于單樁豎向抗壓承載力極限值;

1.2—規(guī)范規(guī)定加載反力裝置提供的反力不得小于最大加載量的1.2 倍;

m—計(jì)劃使用錨樁數(shù)量，一般為4～6 根。

1.2 堆載配重量的計(jì)算

堆載的配重重量按照設(shè)計(jì)承載力特征值進(jìn)行如下驗(yàn)收，必須滿足以下公式:

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

某石化商儲庫擬建4 個LNG 儲罐，單個儲罐容量16 萬立方米，采用大直徑鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑D=1200mm，混凝土強(qiáng)度等級為C40，每臺罐布樁367 根，樁體鋼筋布置均為:直徑25mm 和直徑32mm 的鋼筋各28 根，每一大一小兩根合并組成一組，共計(jì)28 組，鋼筋材質(zhì)均為HRB400E，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值為6500kN。

2.2 檢測方法的確定

因采用無施工逢技術(shù)，所有灌注樁的樁頂水平標(biāo)高出露地面1.5米，樁體形成石林狀，吊車難以進(jìn)入，配重堆載場地也并不具備，傳統(tǒng)的堆載方法根本無法采用。在罐體里面的樁可以采用錨樁法進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，但最外兩排樁中有部分樁超聲波檢測發(fā)現(xiàn)缺陷，監(jiān)理與業(yè)主強(qiáng)調(diào)必須對最外兩排樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，由于驗(yàn)收工地不允許截樁，因此不能用單純的堆載法進(jìn)行靜載試驗(yàn)，我們就采用了3 +1 形式的變形錨樁配重聯(lián)合法解決了這個問題。

2.3 錨樁配重聯(lián)合法載荷試驗(yàn)操作程序

錨樁配重聯(lián)合法荷載試驗(yàn)在設(shè)置上部荷載時，按照如下的操作步驟進(jìn)行:

(1)將所做試驗(yàn)樁鋪上10cm 厚的砂，使之水平、均勻，將整體的直徑90cm 的墊箱放置于樁頂，將千斤頂均勻呈品字形至于墊箱上，使之千斤頂?shù)闹行狞c(diǎn)與樁中心一致。

(2)依次將主梁、次梁、配重按照要求擺好。配重之下放置工字梁，工字梁與次梁之間以錨筋連接，焊接方式為雙面16cm。這一過程應(yīng)盡量的使鋼筋長度均勻，受力均勻。

(3)將千斤頂、油泵，表與儀器都連接好后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力設(shè)置。設(shè)置過程如下:加預(yù)壓將鋼筋調(diào)直，然后卸載至次梁與連接鋼筋分離(最后一根剛剛開始分離)，如果此時次梁與連接鋼筋存在空隙高度不一，將薄層鋼墊片放置于空隙較高的鋼筋連接處，使之受力一致。

(4)在加壓過程中對各錨樁進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)某根錨樁的上拔量過大或者突然增大，則停止加載。

(5)在載荷試驗(yàn)開始前后均對試驗(yàn)樁和錨樁均進(jìn)行低應(yīng)變檢測，以確定試驗(yàn)對錨樁的影響程度。

2.4 加載與觀測

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014，本次試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后再施加下一級荷載。

(1)加載分級:共分10 級加載，每級加載量為預(yù)估最大荷載的1/10，第一級按2 倍分級荷載加荷。最大荷載為2 倍的設(shè)計(jì)值。

(2)沉降觀測:每級加載后間隔5、10、15min 各測讀一次沉降，以后每隔15min 測讀一次，累計(jì)1h 后每隔30min 測讀一次。

(3)沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):每小時的沉降量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次(從分級荷載施加后第30min 開始，由1.5h 內(nèi)連續(xù)三次觀測值計(jì)算)，認(rèn)為達(dá)到相對穩(wěn)定，可加下一級荷載。

2.5 錨樁配重聯(lián)合法載荷試驗(yàn)注意事項(xiàng)

在工程實(shí)際進(jìn)行過程中，有如下幾點(diǎn)是決定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵:

(1)堆載配重下預(yù)埋工字梁，工字梁應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，強(qiáng)度應(yīng)該滿足在極小的彈性形變下可以提夠足夠的反力，不至由于工字梁的變形過大而導(dǎo)致千斤頂?shù)男谐滩粔?、或者工字梁無法承受試驗(yàn)的重量而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

(2)工字梁與次梁之間用鋼筋連接，鋼筋可以做成U 字型，U 字型下部埋在工字梁下，上部分別與次梁連接。連接的方式為:把錨筋做成“丁”字卡頭，次梁上面擱置鐵板夾子，用夾子將錨筋夾住。夾子的空隙的大小應(yīng)能保證鋼筋穿越，但同時要小于“丁”字上面的一橫的寬度。夾子最好要焊接而成，以保證有足夠的強(qiáng)度，不在鋼筋的拉力下發(fā)生彎矩和扭矩變形，“丁”字卡頭上面的一橫要足夠結(jié)實(shí)，最好的辦法是雙側(cè)焊接幫筋，且長度大于錨接鋼筋直徑的10 倍。

(3)應(yīng)在試驗(yàn)現(xiàn)場規(guī)劃好堆載配重的位置，使其在次梁上產(chǎn)生的力臂與錨樁的力臂一致或略大一點(diǎn)。如果設(shè)置不合理，配重的力臂過短，則容易將配重抬離地面?；蛘咭部梢酝ㄟ^計(jì)算適當(dāng)?shù)亩鄶R置一些配重。

3 心得與體會

通過采用3 +1 錨樁壓重聯(lián)合法很好的完成了國家重點(diǎn)工程LNG罐的檢測任務(wù)，未出現(xiàn)鋼筋拉斷及錨樁或配重失效等情況。因此我們覺得當(dāng)在進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)時，由于可用作錨樁的數(shù)量不夠，或者對稱性不良時，通過堆載替代其中一個或兩個錨樁的作用，由錨樁和堆載體共同承受千斤頂加載反力是非常有用的試驗(yàn)方法。

以上是作者在應(yīng)用過程中的一點(diǎn)體會，不當(dāng)之處請大家指正。

［1］陳伏君.田玉德.王風(fēng)安.初談錨樁壓重聯(lián)合反力裝置在靜載試驗(yàn)中的應(yīng)用.第九屆全國工程建設(shè)無損檢測技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文，2006.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.