錨樁橫梁法檢測(cè)大噸位單樁豎向抗壓承載力的研究與應(yīng)用

【摘要】

結(jié)合中海成都天府新區(qū)超高層項(xiàng)目采用錨樁橫梁法在單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)中的應(yīng)用，分析了檢測(cè)方案的選擇、反力驗(yàn)算、錨樁樁測(cè)土阻力驗(yàn)算、鋼筋主筋驗(yàn)算及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)論等關(guān)鍵問題，也為類似超高層大噸位工程單樁豎向抗壓承載力的檢測(cè)提供了有益借鑒。

【關(guān)鍵詞】旋挖樁， 單樁豎向抗壓承載力， 錨樁橫梁法， 傳力裝置， 大噸位

【中圖分類號(hào)】T

【中圖分類號(hào)】U413.4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2022-04-29

［作者簡(jiǎn)介］崔亮（1983—），男，本科，高級(jí)工程師，從事地基與基礎(chǔ)檢測(cè)工作；趙遂南（1995—），男，碩士，主要從事超高層項(xiàng)目工程管理工作；楊巖（1979—），男，本科，高級(jí)工程師，從事工程檢測(cè)鑒定工作；華萬剛（1981—），男，本科，高級(jí)工程師，從事工程檢測(cè)鑒定工作；梁春盛（1990—），男，碩士，工程師，從事檢測(cè)與鑒定工作；何勝彬（1988—），男，本科，工程師，從事地基與基礎(chǔ)檢測(cè)工作；陳楊春（1982—），男，本科，工程師，從事地基與基礎(chǔ)檢測(cè)工作。

［通信作者］黃國(guó)順（1980—），男，本科，工程師，一級(jí)注冊(cè)建造師，主要從事超高層項(xiàng)目開發(fā)與管理工作。

0 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，高樓大廈比比皆是，樓層是越來越高，對(duì)基礎(chǔ)的要求也越來越高［1］。在采用樁基礎(chǔ)的地區(qū)，其上部越來越大的荷載對(duì)單樁豎向抗壓承載力也越來越高。旋挖樁由于其承載力高、施工安全性高、施工效率快等特點(diǎn)在樁基礎(chǔ)中應(yīng)用得非常廣泛。旋挖樁施工后應(yīng)進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)，單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)最可靠的方式是單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)［2］。常用的單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)反力裝置有幾種方式實(shí)現(xiàn)：堆載法、錨樁橫梁法、錨樁堆載結(jié)合法［3］。在15 000 kN即1 500 t以上級(jí)檢測(cè)中，堆載法實(shí)施難度大，且不經(jīng)濟(jì)。在滿足適應(yīng)條件下，錨樁橫梁法可以解決這種大噸位的單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)。

1 工程概況

中海高489 m成都天府新區(qū)超高層項(xiàng)目位于四川省成都市天府新區(qū)福州路東段與寧波路東段交叉處?；A(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，塔樓范圍內(nèi)采用考慮樁土共同作用的樁筏基礎(chǔ)。該工程共布置旋挖樁429根，樁徑1.0 m，樁長(zhǎng)不小于24.0 m。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50水下混凝土，樁間距約為6 m，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值Ra≥14000 kN。筏板持力層為中等風(fēng)化泥巖④-3或中等風(fēng)化砂巖⑤-2，地基承載力特征值fak≥2100 kPa?；滓韵? m范圍內(nèi)的中等風(fēng)化泥巖④-3-1、中等風(fēng)化砂巖⑤-2-1應(yīng)采用C25素混凝土置換。超塔范圍內(nèi)采用1000 mm后注漿鉆孔灌注樁，樁端持力層為④-3中等風(fēng)化泥巖（極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsk≥320 kPa、極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk≥7800 kPa）或⑤-2中等風(fēng)化砂巖（極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsk≥380kPa、極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk≥9000 kPa）。

2 靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 檢測(cè)背景

2.1.1 傳統(tǒng)堆載法

本工程樁試驗(yàn)荷載較大，最大加載量為28 000 kN即2 800 t。按照DBJ 51/014-2021《四川省地基基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》［4］4.9.2款第1條壓重平臺(tái)反力裝置提供的反力不得小于最大加載值的 1.2 倍，若采用堆載法，要求堆載平臺(tái)上部堆載荷載量為33 600 kN即3 360 t。四川省內(nèi)的配重試塊尺寸大多數(shù)為1.5 m×0.9 m×0.75" m，1塊約為2.5 t，上部堆載荷載加平臺(tái)支撐墩總需配重試塊約1500塊。目前省內(nèi)最長(zhǎng)的大梁為12 m，按12 m平臺(tái)需要堆的配重試塊為14層（次梁高度忽略），平臺(tái)高度為12.6 m，接近5層樓那么高的平臺(tái)，需50 t及以上吊車。試塊的空隙非常多，平臺(tái)的對(duì)中及垂直度非常難控制精確。假設(shè)以上都能滿足，這樣的堆載加載平臺(tái)所需要平整的場(chǎng)地要求也很高，應(yīng)平整一個(gè)至少13 m×13 m的場(chǎng)地，且平整范圍內(nèi)樁間地基土需夯實(shí)且不能有高差。且會(huì)產(chǎn)生大量的平整場(chǎng)地費(fèi)、靜載設(shè)備及配重試塊進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)、場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)輸費(fèi)、吊裝成本費(fèi)。

2.1.2 傳統(tǒng)錨樁橫梁法

傳統(tǒng)錨樁橫梁法多為“U”字型，錨筋繞過大梁上面放置的“馬鞍”。這樣做的缺點(diǎn)在于，大梁下部投影部位的錨筋需加長(zhǎng)，造成各部位錨筋長(zhǎng)度不一，且受力方向有偏移。當(dāng)荷載作用時(shí)，容易產(chǎn)生兩大問題：

（1）錨筋受力不均，先行受力錨筋已接近屈服強(qiáng)度，甚至產(chǎn)生塑性位移甚至斷裂，而后受力鋼筋還處于彈性位移階段。

（2）錨筋受力角度不一致，在荷載作用下，鋼筋非軸向受力容易產(chǎn)生局部砼拉裂，使樁體產(chǎn)生破壞，影響承載力（圖1、圖2）。另錨筋焊點(diǎn)太多，變形后不能重復(fù)使用，造成材料浪費(fèi)。

由此可見，圖1中傳統(tǒng)型的錨樁橫梁法“U”字型“馬鞍”安裝方式，對(duì)于小噸位的單樁豎向抗壓承載力靜載荷試驗(yàn)適用。對(duì)于大噸位，特別是1 000 t以上荷載，試驗(yàn)不易順利進(jìn)行。

2.2 檢測(cè)方案確定

結(jié)合本工程具體情況，經(jīng)建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、地勘、施工、檢測(cè)多單位共同商議論證檢測(cè)方案?？紤]到樁呈等間距梅花形布置，正好可以用工程樁作為反力實(shí)施錨樁橫梁法單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)樁分布見圖3。

還有一個(gè)重要因素，所有樁樁體全部置于中等風(fēng)化泥巖④-3或中等風(fēng)化砂巖⑤-2，且樁長(zhǎng)一致，反力樁的摩擦力發(fā)揮差異不大。只要傳力裝置足夠穩(wěn)固，不用考慮樁摩擦力發(fā)揮不均勻的問題。為使每根錨樁試驗(yàn)時(shí)最大限度的發(fā)揮其摩擦力，傳力裝置設(shè)計(jì)成4根樁單獨(dú)成套。傳力裝置通過整體性的鋼板傳力，替代一部分錨筋出力，縮短錨筋的長(zhǎng)度，使其變形更小，使整體裝置更具備一定的穩(wěn)定性，且可重復(fù)使用，連接示意見圖4。且相對(duì)于傳統(tǒng)堆載法而言，以上裝置解決好了受力不均的問題。

工程結(jié)構(gòu)崔亮， 黃國(guó)順， 趙遂南， 等： 錨樁橫梁法檢測(cè)大噸位單樁豎向抗壓承載力的研究與應(yīng)用

2.3 反力驗(yàn)算

根據(jù)JGJ 106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》4.2.2款第3條：應(yīng)對(duì)錨樁的樁測(cè)土阻力、鋼筋、接頭進(jìn)行驗(yàn)算，并滿足抗拔承載力的要求。

2.3.1 錨樁樁側(cè)土阻力驗(yàn)算

用中風(fēng)化相對(duì)薄弱的最不利勘察孔旁的受檢樁進(jìn)行驗(yàn)算，查閱勘察報(bào)告及平面圖，最不利勘察孔旁樁頭以下土層厚度見表1，巖土層工程物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)綜合建議如表2所示。根據(jù)JGJ 79-2008《建筑基樁技術(shù)規(guī)范》［5］，如下列算式可計(jì)算出單樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）。

Qsk=uΣqsikLi

式中：u為樁周長(zhǎng)（m）；qsik為極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；Li為第i層土的厚度（m）。

后注漿部位因各樁成型后注漿高度不一，且通過鉆芯法抽檢結(jié)果得知本工程樁底沉渣厚度控制得較好，均無明顯沉渣，故本次驗(yàn)算忽略后注漿部位對(duì)側(cè)阻力的影響。由上式計(jì)算得出單樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為23 267.4 kN，單根錨樁大于檢測(cè)要求的每根錨樁所需提供單樁抗拔承載力（28000 kN/4=7000 kN），因此單根錨樁樁側(cè)摩擦力滿足錨樁反力試驗(yàn)要求。

2.3.2 錨樁主筋驗(yàn)算

單根錨樁反力樁錨筋為20根HRB400 mm 36 mm鋼筋抗拉，通過查閱鋼筋原材報(bào)告，錨筋的實(shí)際屈服強(qiáng)度值：440 MPa?？紤]一定的安全儲(chǔ)備，反力計(jì)算式中按照主筋實(shí)際屈服強(qiáng)度值0.9倍進(jìn)行取值。

錨樁主筋提供反力計(jì)算式：

20×3.14×36×36/4×440=8952768N=8952.8 kN

取值：8952.8×0.9=8057.5 kN

由上式得出結(jié)論，單根錨桿主筋提供反力大于單根樁的試驗(yàn)下荷載（28000kN/4=7000 kN），因此單根錨樁主筋滿足錨樁反力試驗(yàn)要求。以上檢測(cè)方案順利通過專家論證。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

連接裝置的關(guān)鍵控制點(diǎn)是圓形鋼筒上的主筋焊接，根據(jù)JGJ18-2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》［6］規(guī)范要求鋼筋與鋼板的搭接焊接長(zhǎng)度不應(yīng)小于5D，現(xiàn)場(chǎng)采用10D嚴(yán)控焊接質(zhì)量。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用慢速維持荷載法進(jìn)行加載，共分荷載等級(jí)10級(jí)，第二級(jí)為每級(jí)分級(jí)荷載的2倍，第一根樁201#樁的載荷試驗(yàn)成果如圖6、表3所示。

5根靜載荷試驗(yàn)通過錨樁橫梁法順利完成檢測(cè)，單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s曲線可見，在最大荷載下各試驗(yàn)樁均未出現(xiàn)樁破壞現(xiàn)象，Q-s曲線呈緩變形，各試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值按規(guī)定取s=40 mm所對(duì)應(yīng)的荷載，其值不應(yīng)大于最大加載荷載的一半，以第一根樁數(shù)據(jù)為例，檢測(cè)結(jié)果見表4。

201#樁單樁豎向抗壓承載力特征值14 061 kN，其他4根樁檢測(cè)結(jié)論均是單樁豎向抗壓承載力特征值為14 061 kN，均滿足設(shè)計(jì)要求單樁豎向抗壓承載力特征值14 000 kN。

結(jié)合樁間土巖基載荷試驗(yàn)、低應(yīng)變、聲波透射法、鉆芯法

檢測(cè)報(bào)告及其他驗(yàn)收資料，本工程塔樓部位樁基礎(chǔ)工程順利通過驗(yàn)收。

4 結(jié)論

大噸位錨樁橫梁法在現(xiàn)場(chǎng)滿足其適用條件時(shí)，解決好傳力裝置后，相對(duì)傳統(tǒng)堆載法，具有更好的可操作性、安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，可為特定工程節(jié)約造價(jià)及工期。

參考文獻(xiàn)

［1］ 林立. 大噸位靜載檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與研究［J］. 工程質(zhì)量， 2022，40（10）： 83-86.

［2］ 王煜之. 大噸位基樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)的分析與應(yīng)用［J］. 建筑安全， 2023，38（3）： 65-67.

［3］ 中國(guó)建筑科學(xué)研究院." 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范： JGJ106-2014［S］. 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2014.

［4］ 四川省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司， 四川省建設(shè)工程質(zhì)量安全總站. 四川省地基基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程： DBJ51/014-2021［S］. 成都： 西南交通大學(xué)出版社， 2021.

［5］ 中國(guó)建筑科學(xué)研究院." 建筑樁基技術(shù)規(guī)范： JGJ 94-2008［S］. 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2008.

［6］ 山西省建筑科學(xué)研究院. 鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程： JGJ 18-2012［S］. 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2012.