錨桿靜壓樁基樁載荷試驗(yàn)研究

蔡敏

摘要：相對(duì)于其他樁型，錨桿靜壓樁施工空間比較狹小，無法采用建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范中的檢測方法來對(duì)錨桿靜壓柱承載力進(jìn)行檢測，故人們大多只關(guān)心錨桿靜壓樁在處理事故工程中的應(yīng)用效果，很少對(duì)基樁承載力進(jìn)行檢測。在對(duì)南京祿口機(jī)場二期復(fù)建房17#樓的11根錨桿靜壓樁進(jìn)行現(xiàn)場靜載試驗(yàn)和參考建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，文章對(duì)錨桿靜壓樁的靜載檢測技術(shù)做了分析研究，主要包括試驗(yàn)裝置、儀器設(shè)備、試樁要求、靜載試驗(yàn)方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理等。

關(guān)鍵詞：錨桿靜壓樁；單樁承載力；靜載檢測技術(shù)

靜載試驗(yàn)法是目前公認(rèn)的檢測單樁豎向抗壓極限承載力方法，雖需要大量的人力、時(shí)間以及比較難獲得完整的試樁結(jié)果，但是靜載試驗(yàn)是最可靠、最直接的試驗(yàn)方法，錨桿靜壓樁基樁載荷試驗(yàn)技術(shù)尚缺乏系統(tǒng)的研究，樁基檢測規(guī)范中的檢測技術(shù)和判定方法是否適用于錨桿靜壓樁及樁基規(guī)范或地基規(guī)范中樁基承載力計(jì)算公式對(duì)錨桿靜壓樁是否適用等問題，國內(nèi)現(xiàn)有的樁基及地基基礎(chǔ)規(guī)范都沒有明確規(guī)定。本章結(jié)合作者參與的實(shí)際工程，對(duì)錨桿靜壓樁靜載試驗(yàn)方法及試驗(yàn)中存在的一些問題進(jìn)行了初步的探討研究。

1.錨桿靜壓樁靜載試驗(yàn)技術(shù)研究

文章根據(jù)基樁檢測技術(shù)規(guī)范的理論方法的基礎(chǔ)上，通過隨機(jī)選取的南京祿口機(jī)場二期復(fù)建房17#樓的11根錨桿靜壓樁靜載試驗(yàn)來分析研究錨桿靜壓樁的靜載試驗(yàn)方法。

1.1工程概況

該工程采用錨桿靜壓鋼管樁，樁徑φ219，厚度t=5mm。根據(jù)工程地質(zhì)條件，確定選擇③-1層作為錨桿靜壓鋼管樁的持力層。設(shè)計(jì)極限承載力Q_u=560kN，樁長13-20m，承載力特征值為280kN，根據(jù)工程地質(zhì)條件，確定選擇③一1層作為錨桿靜壓鋼管樁的持力層，土質(zhì)情況為粉質(zhì)粘土，褐黃、灰黃色，硬塑，局部可塑，夾青灰色條帶，含鐵、錳質(zhì)結(jié)核，無搖振反應(yīng)，切面帶有光澤，干強(qiáng)度及韌性高，場地普遍分布，Il=0.13，土的物理性質(zhì)指標(biāo)表如表1。

1.2試驗(yàn)裝置、儀器設(shè)備

文章的試驗(yàn)設(shè)備主要采用原壓樁設(shè)備，為了很好控制加載的數(shù)值，試驗(yàn)加載裝置采用手動(dòng)油壓千斤頂，對(duì)于錨桿靜壓樁一般一個(gè)千斤頂即能滿足最大加載量的要求，試驗(yàn)樁要施工結(jié)束后預(yù)留樁頭，要大于預(yù)估沉降量，一般宜預(yù)留0.1m～0.2m，不宜長也不不宜短，過長樁搖抖動(dòng)性大，實(shí)驗(yàn)誤差大，過短即小于樁頭的最終累計(jì)沉降量，則試驗(yàn)不能進(jìn)行，根據(jù)檢測技術(shù)規(guī)范，沉降測定平面離樁頂距離也不應(yīng)小于0.5倍樁徑，其中也對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

1.2.1加載裝置

壓樁加載裝置采用的是電動(dòng)油壓千斤頂，試驗(yàn)時(shí)采用手動(dòng)油壓千斤頂，千斤頂?shù)拇笮「鶕?jù)設(shè)計(jì)單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值來選擇，文章樁基設(shè)計(jì)單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為560kN，故需采用100t才能滿足要求。為了更好的控制好固定的壓樁力，試驗(yàn)時(shí)將電動(dòng)油壓千斤頂換成手動(dòng)油壓千斤頂。

1.2.2反力裝置

將樁架安裝在壓樁時(shí)預(yù)埋的錨桿上，用葫蘆帶動(dòng)鋼反力橫梁，在樁頭放置一塊鋼板墊塊，安裝好量測裝置，預(yù)頂千斤頂，等千斤頂與上面的反力橫梁及樁頭頂緊，讀取初始數(shù)據(jù)，利用建筑物的自重作為反力，逐級(jí)增加荷載，直至試驗(yàn)結(jié)束。

1.2.3量測裝置

用機(jī)械百分表，百分表量程0-50mm，最小刻度0.01mm，估讀0.005mm，百分表指針架在基準(zhǔn)梁上，磁性表座架在鋼板墊塊上，吸住千斤頂?shù)膫?cè)邊。

1.2.4基準(zhǔn)梁

基準(zhǔn)梁采用型鋼，一般為槽鋼或工字鋼，長度2m左右，用來架設(shè)百分表的指針，基準(zhǔn)梁固定和支承百分表的夾具在構(gòu)造上應(yīng)能確保不受氣溫、振動(dòng)及其他外界因素的影響而發(fā)生變位。

1.3試樁要求

1.3.1試樁前準(zhǔn)備工作

在壓樁施工過程中，隨機(jī)預(yù)留出樁頭未破損的預(yù)制樁作為試樁，選擇的樁應(yīng)具有代表性，避免有微小裂縫的樁，以防試樁時(shí)樁頭破裂導(dǎo)致試樁被迫中止，樁頭平面盡量水平，保持豎向力保持垂直。為了便于安裝百分表和千斤頂，根據(jù)錨桿靜壓樁截面較小的特點(diǎn)文章試驗(yàn)樁頭露出底板0.2m-0.5m之間，試樁樁頭露出底板不宜太小也不宜太大。

從成樁到開始試驗(yàn)的間歇時(shí)間，在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，根據(jù)建筑基樁檢測技術(shù)和建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，靜載試驗(yàn)規(guī)定在砂類土中不應(yīng)少于7d；在粉土不應(yīng)少于10d；對(duì)于飽和粘性土不應(yīng)少于25d，非飽和不應(yīng)少于15d；對(duì)于淤泥或淤泥質(zhì)土，不應(yīng)少于25天；但對(duì)于錨桿靜壓樁，需研究其強(qiáng)度恢復(fù)時(shí)間，由于壓樁對(duì)土體的擾動(dòng)影響小，強(qiáng)度恢復(fù)時(shí)間短，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)一般可以采用7d。

1.3.2儀器設(shè)備安裝

本靜載試驗(yàn)的反力架采用壓樁時(shí)用的樁架，固定壓樁架前先檢查錨桿，螺紋滑絲及錨桿因壓樁出現(xiàn)局部頸縮等，固定安裝好樁架，架好葫蘆，將反力梁吊起，安放千斤頂，在預(yù)制混凝土樁頭鋪上一層較薄且均勻的細(xì)砂層，然后在砂層上平穩(wěn)放置一塊鋼板，鋼板的大小應(yīng)與預(yù)留樁孔相當(dāng)，再在鋼板上放置千斤頂，盡量使千斤頂中心跟樁頭中心、鋼板中心在同一直線上，保證檢測時(shí)樁身受到均勻的軸心壓力，固定好反力梁，預(yù)加載千斤頂將反力架頂緊。架設(shè)基準(zhǔn)梁時(shí)應(yīng)鑿平基準(zhǔn)梁兩頭的地面，然后鋪墊細(xì)砂層，壓實(shí)砂層放置鋼板墊塊，架設(shè)基準(zhǔn)梁，安裝時(shí)既要保證基準(zhǔn)梁的上表面與樁截面在同一平面上又要使基準(zhǔn)梁兩端的標(biāo)高一致，應(yīng)避免出現(xiàn)傾斜?；鶞?zhǔn)梁安裝完畢再安裝百分表，因樁徑較小，只能在樁架的兩側(cè)對(duì)稱選取兩個(gè)點(diǎn)，選定好點(diǎn)位后在樁頂各放置一塊玻璃片。安裝百分表時(shí)表座一端固定在樁頂，另一端夾緊百分表，調(diào)節(jié)可動(dòng)裝置使百分表指針垂直放置在玻璃片上。

1.4靜載試驗(yàn)方法

1.4.1加卸荷載分級(jí)

加載采用慢速維持荷載法，加卸載時(shí)應(yīng)使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊，每級(jí)荷載在維持過程中的變化幅度不得超過基樁檢測技術(shù)規(guī)范要求。試驗(yàn)樁的預(yù)估極限荷載為560kN，特征值為280kN，根據(jù)建筑基樁的檢測要求，加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的單樁承載力特征值的2.0倍，本試驗(yàn)的最大加載值取560kN，取每級(jí)加載為預(yù)估極限荷載的1/10，為56kN，第一級(jí)加載為112kN，以后每級(jí)取56kN。卸載分級(jí)，逐級(jí)等量卸載，每級(jí)卸載量取加載時(shí)分級(jí)荷載的2倍，即112kN。

1.4.2沉降及卸載觀測時(shí)間

本試驗(yàn)11根樁按照建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范，每級(jí)荷載施加后按第5、15、30、45、60min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次，直至達(dá)到沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)觀測發(fā)現(xiàn)，兩種間隔讀書對(duì)最后的承載力P-s曲線影響不大。

1.4.3沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)定義

在建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范規(guī)定，每級(jí)荷載作用下，每小時(shí)的沉降增量小于0.1mm，認(rèn)為已趨相對(duì)穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。對(duì)于一些軟土地區(qū)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬了，即試樁沉降速率雖然還沒有達(dá)到0.1mm/h，但在連續(xù)觀測的半小時(shí)沉降量中，出現(xiàn)相鄰三次平均沉降速率呈現(xiàn)衰減，則認(rèn)為該級(jí)荷載下的沉降已趨于穩(wěn)定。卸載時(shí)按照建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范要求，測讀樁頂沉降量。

1.4.4終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：

（1）在某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量大于前一級(jí)沉降量的5倍；

（2）某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；

（3）已達(dá)到反力裝置的最大重量及達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量，如壓樁架被頂起荷載加不上去，錨桿斷掉，也可終止加載。

2.確定試驗(yàn)樁承載力

2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

選取其中14#、18#P-s曲線，s-logt如圖1～圖4。從圖可以看出14#、18#樁在荷載加載到504kN，出現(xiàn)明顯陡峭段，判斷該樁的單樁極限承載力為504kN，而沒有達(dá)到設(shè)計(jì)單樁極限承載力標(biāo)注值560kN的要求；其余曲線呈緩變型，根據(jù)建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范沉降曲線呈緩變型時(shí)，可加載至樁頂總沉降量60-80ram，終止加載，因工期及試驗(yàn)條件的限制，本試驗(yàn)加載到單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值560kN，滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，停止加載，試驗(yàn)為非破壞，基樁沒有出現(xiàn)明顯的破壞特征，試驗(yàn)相當(dāng)于檢驗(yàn)性的試驗(yàn)，得到的承載力是保守的，實(shí)際上的承載力還可以繼續(xù)提高。

從s-logt曲線看，總的變化趨勢從低荷載到高荷載曲線間距逐漸增大，14#、18#最后一步的間距比上一步大很多且最好后一根曲線出現(xiàn)明顯的向下的陡峭段，s-logt圖上分析與P-s曲線的分析的結(jié)果相符合。

3.錨桿靜壓樁靜載試驗(yàn)技術(shù)研究的目的與意義

（1）參考基樁檢測技術(shù)規(guī)范的理論與方法，通過具體的靜載試驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與規(guī)范的要求作對(duì)比分析及對(duì)實(shí)驗(yàn)方法中不適合于錨桿靜壓樁特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中的不足點(diǎn)，方便以后進(jìn)一步改進(jìn)靜載試驗(yàn)方法。

（2）參考基樁檢測技術(shù)規(guī)范的理論與方法做靜載試驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出在時(shí)間t后樁基的承載力增量與時(shí)間的關(guān)系。

（3）根據(jù)錨桿靜壓樁的多用于在樁基加固工程中應(yīng)用的特點(diǎn)，通常施工結(jié)束幾天就要做樁基承載力檢測，在施工前也沒有做試樁的條件，需通過靜載試驗(yàn)來確定初始檢測時(shí)間；

（4）通過靜載試驗(yàn)為靜力法計(jì)算承載力等提供對(duì)比的數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)提供合理的單樁承載能力，為樁基新工藝、新工法和新樁型提供有充分說服力的依據(jù)。

（5）錨桿靜壓樁與一般樁型有尺寸效應(yīng)、施工條件、成樁時(shí)間和方法、適應(yīng)的土層情況、試樁的條件、試樁的時(shí)間等不同點(diǎn)，故需結(jié)合錨桿靜壓樁自身的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的檢測技術(shù)和規(guī)范，確立基樁載荷試驗(yàn)技術(shù)。