大噸位基樁靜載試驗的分析與應(yīng)用

周彩榮，胡鑫印，張 鋒

（昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 蘇州 215337）

0 引言

現(xiàn)代建筑不斷地高層化、復(fù)雜化，基礎(chǔ)部分的承載力也不斷地刷新記錄。樁基作為地基基礎(chǔ)的重要形式之一，基樁靜載試驗難度越來越大，尤其是地基土的承載力很難滿足要求，平臺的平整性控制難度大［1］。本文通過高噸位基樁靜載試驗的應(yīng)用與分析，對靜載試驗過程中的地基土的承載力、平臺的平整性、加載的偏心控制以及各構(gòu)件的承載能力等方面進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方法，以確保高噸位基樁靜載試驗的順利開展。

1 工程概況

昆山金鷹 A 地塊項目 2 期位于昆山朝陽路北側(cè)、黃河路西側(cè)、柏廬路東側(cè)。項目主樓（酒店/辦公，41 F，局部 22 F）采用鉆孔灌注樁，樁徑φ1 200 mm、有效樁長55 m（試樁長約 72.5 m），樁端、樁側(cè)后注漿，單樁豎向抗壓極限承載力 28 000 kN，引樁至地坪單樁豎向抗壓極限承載力 29 800 kN。

本文介紹主樓灌注樁的抗壓靜載荷試驗。試驗涉及的主要設(shè)備如表1 所示，試驗的過程如圖1 所示。

表1 試驗主要設(shè)備一覽表

圖1 試驗流程圖

2 工程應(yīng)用及分析

2.1 試驗樁樁頂質(zhì)量控制

樁身澆灌到頂部時，由施工單位完成，本中心派人配合到現(xiàn)場制作同條件試塊，控制樁頭區(qū)域的混凝土強度。樁頂部采取加強筋配置，并對主要配筋情況采用游標(biāo)卡尺復(fù)核。樁頂應(yīng)制作水平，通過采用水準(zhǔn)尺進(jìn)行復(fù)核，如不水平應(yīng)采用硫磺膠泥補平，防止偏心。到試驗齡期時，采用回彈法先行對樁頂混凝土強度進(jìn)行檢測，確保強度達(dá)到設(shè)計要求后，再進(jìn)行靜載測試。在平臺搭設(shè)前應(yīng)對處理樁頭混凝土強度進(jìn)行回彈檢測，強度應(yīng)滿足抗壓要求，同時應(yīng)用水準(zhǔn)儀檢測平臺地基的平整度，處理后的地基應(yīng)具有足夠的強度，不發(fā)生過大沉降變形及不均勻沉降。

2.2 靜載平臺搭設(shè)

根據(jù) JGJ 106－2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》及業(yè)主要求，本次靜載測試采用堆載法，對于高噸位堆載平臺，地基土的承載力、平臺的平整性、加載的偏心控制以及各構(gòu)件的承載能力是否滿足要求［2］。具體堆載設(shè)計圖立面如圖2 所示。

圖2 堆載立面圖

2.3 地基土置換

根據(jù)昆山金鷹 A 地塊 2 期巖土工程勘察報告（2011－G－501）［3］提供的各土層地基承載力特征值一覽表（見表2），靜載反力平臺地基采用碎石土換填至④層黏性土層，換填深度≥ 4 m。

表2 地基承載力特征值 f ak 一覽表

以測試樁為中心 15 m×15 m 區(qū)域進(jìn)行碎石土換填，邊坡為 1∶0.8，換填土應(yīng)分層碾壓密實。每根試樁換填總方量約為 1 000 m3，要求壓實系數(shù)≥ 0.94，并采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢查，確保換填場地水平。對地基土進(jìn)行換填，滿足靜載要求，對試樁周邊的已施工工程樁，對工程樁施工好的洞進(jìn)行回填處理。

2.3.1 承載力驗算

④層黏性土層埋深在 4.8～8.7 m 之間；反力臺重 P 為 29 800×1.2=35 760 kN；8 個路基箱面積 S 為8×6×1.5=72 m2；路基箱底壓應(yīng)力 P/S=496.7 kPa。

1）若換填處理深度 4.8 m、按矩形基礎(chǔ) 3 m×12 m 計，按式（1）計算。

換填層低經(jīng)修正后的承載力：

2.3.2 沉降計算

根據(jù) GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》式（5.3.5）［4］計算條件及計算結(jié)果如表3 所示。

表3 沉降計算結(jié)果

pz+pcz=197.6+62=259.6 kPa

式中：b 為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度，m；l 為矩形基礎(chǔ)底面的長度，m；pk為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；pc為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa；z 為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m；θ 為墊層（材料）的壓力擴散角，°；pz為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時，墊層底面處的附加壓力值，kPa；pcz為墊層底面處土的自重壓力值，kPa。

換填層修正后的承載力：

式中：fa為修正后的地基承載力特征值，kPa；fak為地基承載力特征值，kPa；ηb、ηd為基礎(chǔ)寬度和埋置深度的地基承載力修正數(shù)，無量綱；γ 為基礎(chǔ)底面以下土的重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度；b 為基礎(chǔ)底面寬度，m，當(dāng)基礎(chǔ)底面寬度＜3 m 時按 3 m 取值，＞6 m 時按 6 m 取值；γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度， kN/m3，位于地下水位以下的土層取有效重度；d 為基礎(chǔ)埋置深度，m，宜自室外地面標(biāo)高算起。

2）若換填處理深度 4.0 m、按矩形基礎(chǔ) 3 m×12 m 計算，由式（1）可知：

pz+pcz=209+56=264 kPa

2.4 搭臺驗算

2.4.1 兩個支墩的搭設(shè)

在換填土上用 25 t 吊車安置底托梁（規(guī)格 40 B 雙拼），每個路基箱上設(shè)置兩根，并吊放路基箱（規(guī)格 6.0 m ×1.5 m×0.25 m/7.0 m×1.5 m×0.25 m），每個支墩布置 4 塊路基箱采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢查，在每側(cè)支墩上布置兩個點，進(jìn)行水準(zhǔn)監(jiān)測，確保路基箱水平。

兩個支墩點的位置控制，應(yīng)通過卷尺測量，確保兩側(cè)支墩與樁中心對稱。

路基箱上鋪設(shè)混凝土試塊，規(guī)格為 2.0 m×0.8 m× 0.7 m，3 層高，作為次梁的墩臺，已考慮上部堆載時，可能引起的沉降 0.1 m 左右的空間以及主梁的高度加千斤頂?shù)母叨龋试O(shè)置 2.4 m 高。

2.4.2 千斤頂?shù)陌惭b

預(yù)先在樁的中心線部位設(shè)置標(biāo)志，在樁頂預(yù)先設(shè)置鋼墊板（邊長為 1.5 m，厚度為 2 cm 的厚鋼板），并在中心部位預(yù)留孔洞，通過孔洞與樁的中心重合，在墊板上標(biāo)注千斤頂?shù)奈恢茫玫踯嚻鸬?6 只千斤頂，放在墊板上固定千斤頂?shù)奈恢?，從而確保 6 只千斤頂?shù)男涡呐c樁身重心一致。

2.4.3 主梁的安裝

主梁預(yù)先用 2 個試塊作為支墩，用 2 臺 25 t 吊車起吊主梁，共計 2 根主梁，并確保 2 根主梁的中心線與 6 只千斤頂?shù)男涡闹睾?。支墩采用試塊，規(guī)格為2.5 m×0.66 m×0.66 m。

2.4.4 堆載平臺的搭設(shè)

中次梁的安裝采用 25 t 吊車進(jìn)行起吊，根據(jù)安裝圖進(jìn)行吊裝，共計 4 根，中次梁上放置 10 根次梁，次梁上放置 24 根懸挑梁，中間采用混凝土次梁填充（規(guī)格為 6.0 m×0.8 m×0.4 m），用于擴展平臺，上部再堆放試塊，在試塊進(jìn)行堆放過程中，在中部增設(shè)鋼板層，用以增加平臺的整體性，并現(xiàn)場專門設(shè)置一人為總負(fù)責(zé)，指揮試塊的吊裝。在中次梁安裝完成后，在中次梁與懸挑梁之間用連接拉桿將兩者連起來，并進(jìn)行收緊，確保支墩荷載在加載過程中能夠提供足夠的反力。試塊堆放采用 2 臺 25 t 吊車進(jìn)行對稱吊裝，由中間向兩側(cè)對稱吊裝，并在吊裝過程中對支墩采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量，確保平臺的水平性，如果發(fā)生一側(cè)變形較大，可通過對變形較小側(cè)先進(jìn)行堆放荷載進(jìn)行糾偏。

2.4.5 堆載平臺的傳力路徑

1）搭設(shè)平臺階段。上部試塊→懸挑梁→次梁→中次梁→支墩→地基土。

2）加載階段。千斤頂→主梁→中次梁（含下拉桿的墩臺荷載）→次梁→懸挑梁→上部試塊。

在加載過程中，通過中次梁與底托梁之間連接的下拉桿將支座墩臺上的荷載吊起，確保試驗平臺的穩(wěn)定性。

2.4.6 上部堆載總重量的計算

1）主梁。1.8 m×0.75 m×10.0 m（2 根），重量為15 t/根。

2）底托梁（4 根）。（40 B 三拼，或雙拼），重量為 1 t/根。

3）中次梁。4 根規(guī)格（1.26 m×0.5 m×10.0 m，腹板16（Q235）+30（Q345）+16（Q235）、橫 20（Q345）+16+20），重量為 10 t/根；

4）次梁。規(guī)格（63 B+10+63 B）10 根，重量為 2 t/根。

5）懸挑梁。24 根，（40 B 三拼，或雙拼），重量為1 t/根；內(nèi)插混凝土梁 20 根，規(guī)格：6.0 m×0.8 m×0.4 m，重量為 4.6 t/根。

6）路基箱 8 個，規(guī)格：6.0 m×1.5 m×0.25/7.0 m× 1.5 m×0.25 m，重量為 1.5 t/個。

7）懸挑梁平臺上堆載重量。上部堆載平臺上的試塊為：8×12×12×2.5=2 880 t；下部兩個墩臺提供的總重量為：2×2.5×4×12 ×2.4=576 t；

鋼結(jié)構(gòu)平臺及混凝土梁部分重量為：

2×15+4×1+4×10+10×2+24+4.6×20+1.5×8=222 t；

故上部堆載總荷載為：2880+576+222=3 678 t＞1.2×2 980=3 576 t。

2.4.7 基準(zhǔn)樁的安裝

本次試驗采用 2 根長的 63 B 型鋼作為基準(zhǔn)樁（具有一定的剛度），基準(zhǔn)樁在開挖換填土?xí)r，就進(jìn)行埋設(shè)，基準(zhǔn)樁進(jìn)入 4 層穩(wěn)定土，盡可能減小加載測試過程對基準(zhǔn)樁的影響?；鶞?zhǔn)樁一側(cè)為簡支，另一側(cè)為鉸支。

2.5 試驗過程

1）加載和卸載分級如表4 所示。

表4 加載和卸載分級 kN

2）沉降觀測和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照 JGJ 106－2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。加載過程將采用自動化控制，嚴(yán)格按照昆山市住建局關(guān)于樁基檢測的要求，實施檢測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳，并密切關(guān)注樁頂 4 個百分表的位移，如果位移相差較大（2 mm 以上），應(yīng)分析偏心的原因，對于其他有關(guān)檢測數(shù)據(jù)異常情況應(yīng)嚴(yán)格按照中心規(guī)定進(jìn)行上報。在加載過程，對基準(zhǔn)樁的變形采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行人工觀測（觀測時間同樁頂?shù)某两挡杉瘯r間），進(jìn)而對樁頂?shù)某两涤^測進(jìn)行修正，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

加載過程中的安全控制包括以下幾點。①在靜載平臺邊緣 10 m 范圍內(nèi)設(shè)置試驗區(qū)域，用警示繩標(biāo)注，并設(shè)施相應(yīng)指示牌。在檢測期間，該區(qū)域內(nèi)不得停放吊車、檢測用房等設(shè)備，不經(jīng)試驗人員同意，非相關(guān)人員不得進(jìn)入檢測現(xiàn)場；②在試驗過程中，在堆載平臺上 4 個角設(shè)置反光貼片，采用全站儀進(jìn)行平臺的傾斜控制，相鄰點差異沉降達(dá)到 1 cm，應(yīng)停止試驗，分析原因，并對試驗平臺進(jìn)行加強處理，如增加外包設(shè)施，確保平臺不發(fā)生傾翻。

通過高噸位基樁靜載試驗的應(yīng)用與分析，對靜載試驗過程中的地基土的承載力、平臺的平整性、加載的偏心控制以及各構(gòu)件的承載能力等方面進(jìn)行控制，保障了高噸位基樁靜載試驗的順利開展。

3 結(jié)論

通過對高噸位基樁靜載試驗的分析與應(yīng)用，取得如下主要結(jié)論：

1）通過地基土的置換，可以大幅度地提高地基的承載力，以滿足不同噸位的基樁靜載試驗的要求；

2）通過在堆載試塊中增加鋼板層，可以提高試驗平臺的整體性和均勻性，促進(jìn)了平臺的安全性，同時可以做到均勻沉降；

3）采用水準(zhǔn)儀對支墩進(jìn)行水準(zhǔn)測量，確保平臺的水平性，可及時對小變形堆放荷載進(jìn)行糾偏，遏制了變形的進(jìn)一步擴大。