混凝土灌注樁抗拔靜載試驗應(yīng)用研究

羅建彬

健研檢測集團有限公司，福建 廈門 362000

0 前言

隨著城市的不斷發(fā)展，土地資源越來越少，為了節(jié)省用地建筑地上和地下的層數(shù)都越來越多，在風(fēng)載和地下水浮力的作用下，基礎(chǔ)所承受的抗拔力也越來越大?？拱螛对诠こ讨械倪\用也越來越廣泛，為了驗證基樁的抗拔承載力，保證工程質(zhì)量，現(xiàn)場原位試驗在確定單樁豎向抗拔承載力中的作用就更為重要。單樁豎向抗拔靜載荷試驗就是采用接近于豎向抗拔樁實際工作條件的試驗方法，確定單樁的豎向抗拔極限承載能力，是最直觀、最可靠的方法。雖然相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定了試驗方法，但設(shè)計單位為了降低工程造價，往往采用減少總樁數(shù)，提高單樁承載力設(shè)計值，甚至是因為經(jīng)驗不足導(dǎo)致基樁的部分參數(shù)未考慮檢測試驗的需要，給試驗帶來一定的困難。本文結(jié)合工程實例，對檢測過程中遇到的問題進行分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 工程實例

某工程抗拔樁設(shè)計參數(shù)：樁身混凝土強度C30，樁徑1100mm，樁長約30m，主筋18 C 20，設(shè)計抗拔承載力極限值為2200kN。該樁附近地質(zhì)情況如下：①、粉質(zhì)粘土：土層厚度約9.2m，承載力特征值180kPa，抗拔系數(shù)0.7，樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值40 kPa；②、含礫粉質(zhì)粘土：土層厚度約18.2m，承載力特征值200kPa，抗拔系數(shù)0.7，樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值50 kPa；③、中風(fēng)化灰?guī)r：土層厚度約2.3m，承載力特征值3000kPa，抗拔系數(shù)0.7，樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值250 kPa。

2 試驗方案

2.1 反力系統(tǒng)

抗拔試驗反力裝置宜采用反力樁（或工程樁）提供支座反力，也可根據(jù)現(xiàn)場情況采用天然地基提供支座反力；反力架系統(tǒng)應(yīng)具有不小于1.2 倍的安全系數(shù)。因現(xiàn)場條件限制，更多的是采用天然地基提供反力。

采用天然地基提供反力時，兩邊支座處的地基強度應(yīng)相近，且兩邊支座與地面的接觸面積宜相同，施加于地基的壓應(yīng)力不宜超過地基承載力特征值的1.5 倍，避免加載過程中兩邊沉降不均造成試樁偏心受拉，千斤頂作用點應(yīng)與支座中心重合。

本試驗擬采用2 片1m×6m×0.5m 鋼箱梁作為反力支座，接地面積為12m2，對地面產(chǎn)生的壓應(yīng)力為：σ=2200kN/12m2=183.3kPa ＜1.5×180kPa=270kPa滿足要求。

2.2 加載裝置

加載裝置采用油壓千斤頂，將兩個千斤頂分別放在反力樁成支承墩的上面、主梁的下面，特制的搭接鋼筋上端卡入主梁上的抗拔頭的卡槽中，下端與樁身主筋焊接，千斤頂頂主梁，通過“抬”的形式對試樁施加上拔荷載，該方案的優(yōu)點是：安裝方便，穩(wěn)定性好，安全性高。

為規(guī)范［1］的要求，反力支座與試樁之間的中心距離要大于等于4d=4.4m，加上反力支座的寬度，反力梁的長度應(yīng)大于9.8m，為了節(jié)約檢測成本，本工程試驗反力梁采用鋼梁長10.5m，滿足要求。

2.3 搭接鋼筋安裝焊接

抗拔頭：兩側(cè)對稱布置若干卡槽、防護鋼筋定位孔。安裝時放置在主梁頂面，試樁正上方用于固定搭接鋼筋，把荷載傳遞至試樁。

搭接主筋直徑、數(shù)量選擇宜與樁身主筋一致，搭接鋼筋上端制作見圖1，根據(jù)抗拔頭卡槽的寬度，選擇2 段大小合適的鋼筋作為幫條鋼筋，兩端一定要切割平整，按圖1 所示進行雙面焊接，兩根短鋼筋底部一定要平齊。搭接鋼筋制作好后，上端先卡入抗拔頭卡槽，搭接鋼筋下端與樁身主筋進行搭接焊，當(dāng)無法進行雙面焊時可采用單面焊。焊接時應(yīng)使搭接鋼筋上端的幫條鋼筋緊密的卡在抗拔頭卡槽上。焊接技術(shù)要求［2］：雙面焊焊縫長度≥5d，單面焊焊縫長度≥10d，焊縫厚度s ≥0.3d，焊縫寬度b ≥0.8d。（d 主筋直徑）搭接鋼筋焊接完成后，將防護鋼筋抗拔頭卡槽外側(cè)的定位孔中，防止試驗過程中鋼筋蹦出造成事故。

圖1 搭接鋼筋上端做法示意圖

2.4 位移測量裝置的安裝

根據(jù)規(guī)范［1］的要求，基準(zhǔn)樁與試樁中心的距離不小于4倍樁徑，因此兩基樁樁間的基準(zhǔn)梁長度也就不小于8.8m。因基準(zhǔn)梁較長，在風(fēng)力、氣溫的影響下，基準(zhǔn)梁的變形對試驗數(shù)據(jù)有一定的影響，特別是在樁身位移較小時。所以適當(dāng)采取防護措施，以減少影響，比如用帆布進行遮擋。

2.5 主筋抗拉驗算

根據(jù)規(guī)范［1］的要求，最大試驗荷載不得大于鋼筋的設(shè)計強度，由設(shè)計參數(shù)可知，該工程抗拔樁采用HRB400 鋼筋，強度設(shè)計值為360MPa，在最大試驗荷載時鋼筋的內(nèi)力為：σs==389MPa ＞360MPa，試樁主鋼數(shù)量不足。

為完成試驗可采用植筋的方法增加抗拉鋼筋數(shù)量。增加鋼筋數(shù)量應(yīng)為偶數(shù)且增加鋼筋的直徑應(yīng)與原有配筋一致。擬在樁頂面植入4 根C 20 后，鋼筋的內(nèi)力為：

滿足要求。植筋應(yīng)按混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程進行設(shè)計，植筋與混凝土邊緣距離不小于5d，且不小于100mm，植筋間距不小于5d。植筋深度可由公式［4］計算：

2.6 千斤頂率定修正

為了避免受檢樁偏心受載，試驗采用兩臺同一型號規(guī)格的千斤頂并聯(lián)同步加載。試驗方案千斤頂上部的鋼梁及抗拔頭自重較大：主梁重120kN，抗拔頭重3kN，共123kN。如果按千斤頂校準(zhǔn)證書所提供的率定方程進行實驗，在最大荷載作用下樁身所受的實際上拔荷載只有2077kN。為獲得準(zhǔn)確的基樁抗拔承載力應(yīng)對千斤頂率定進行修正。修正方法如下：

本試驗采用2 臺QF200t-20b 千斤頂，率定方程分別為：y=0.03131x-1.89675；y=0.03167x-1.12808.連接2 臺千斤頂?shù)挠吐穳毫ο嗟?，試驗荷載等于2 臺千斤頂出力之和，其荷載-壓力值關(guān)系方程為：y=0.01574x-1.51461。（y-千斤頂加載油路壓力；x-荷載；ai、bi-千斤頂率定方程系數(shù)，單個千斤頂率定方程y=aix+bi；n-千斤頂個數(shù)。）

修正后的并聯(lián)千斤頂率定方程為：

（Q-試驗方案中千斤頂上部的反力梁及抗拔頭自重。）

3 結(jié)論

（1）當(dāng)試驗采用地基土做反力時：應(yīng)根據(jù)單樁豎向抗拔承載力極限值，驗算地基土承載力能否滿足規(guī)范要求；反力主梁、基準(zhǔn)梁應(yīng)有足夠的長度以滿足試樁中心與壓重平臺支墩邊、試樁中心與基準(zhǔn)樁中心、基準(zhǔn)樁中心與壓重平臺支墩邊的距離的要求。

（2）灌注樁單樁抗拔靜載試驗前，應(yīng)對主筋的抗拉強度進行驗算，當(dāng)主筋的抗拉強度超過規(guī)范要求時，可通過植筋增加鋼筋數(shù)量，以達(dá)到了規(guī)范要求，植筋的數(shù)量應(yīng)為偶數(shù)且鋼筋直徑與樁身配筋相同。

（3）若反力架系統(tǒng)加載千斤頂上部裝置的自重較大，應(yīng)對千斤頂率定方程進行修正，確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。