張 鑫，陳 瑾

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖北武漢 430034)

單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)常見難題及解決方法

張 鑫，陳 瑾

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖北武漢 430034)

結(jié)合工程實(shí)例，探討單樁豎向抗拔試驗(yàn)檢測(cè)過程中有關(guān)反力樁及錨籠連接的常見難題，提出對(duì)反力裝置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和調(diào)整改進(jìn)的方案，在確保檢測(cè)試驗(yàn)的可行性、合理性與準(zhǔn)確性的同時(shí)，也為工程進(jìn)度節(jié)省了時(shí)間和成本。

單樁豎向抗拔試驗(yàn);支墩法;錨籠焊接

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源日益緊缺，現(xiàn)在城市建設(shè)為了充分利用地下空間來滿足使用功能和人防工程的需要，許多建筑物的樁基礎(chǔ)既要承受豎向抗壓荷載，又要承受豎向抗拔荷載。當(dāng)樁基礎(chǔ)上拔荷載較大或主要承受上拔荷載時(shí)，按照規(guī)范的要求，須對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)。雖然《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)的方法，但設(shè)計(jì)單位基于降低工程成本的設(shè)計(jì)理念以及實(shí)測(cè)樁型、樁徑與檢測(cè)單位已有設(shè)備尺寸的不匹配都給試驗(yàn)的順利開展帶來了困難，因此樁基抗拔靜載試驗(yàn)方法的實(shí)際應(yīng)用仍然是抗拔靜載試驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)難題。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)檢測(cè)中遇到的常見難題進(jìn)行分析，提出了檢測(cè)過程中對(duì)反力裝置和試驗(yàn)裝置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和處理改進(jìn)的方案，使抗拔靜載試驗(yàn)裝置和反力裝置滿足規(guī)范的規(guī)定，以保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行，以供廣大檢測(cè)行業(yè)同行借鑒探討。

1 實(shí)例一

1.1 工程概況

某市規(guī)劃展覽館，總建筑面積20960 m2，框架結(jié)構(gòu)，主體為2層，局部3層，1層地下室，地下室高4.7 m，跨度10～12 m，基礎(chǔ)采用泥漿護(hù)壁旋挖樁，樁徑600 mm，考慮地下室跨度和地下水的浮托力較大，需對(duì)樁基礎(chǔ)的抗拔承載力進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)單樁豎向抗拔承載力特征值為600 kN，最大試驗(yàn)荷載為1200 kN。

1.2 地質(zhì)概況

工程場(chǎng)區(qū)屬河流一級(jí)階地，巖土構(gòu)成如下:

第1層 素填土，厚0.00～5.80 m，主要由粉砂巖碎塊石、風(fēng)化物碎屑及粘性土組成，結(jié)構(gòu)松散，稍濕，系人工棄土回填形成，承載力特征值fak=100 kPa。

第2層 粉質(zhì)粘土，軟塑狀，土濕，干強(qiáng)度中等，韌性中等，為新近沉積粘性土，承載力特征值 fak= 80 kPa。

第3層 細(xì)砂，濕，顆粒級(jí)配均勻，松散局部偶見卵石，沖擊成因，承載力特征值fak=130 kPa。

第4層 圓礫，磨圓度較差，礫石間充填粉細(xì)砂，含水飽和，稍密，承載力特征值fak=200 kPa。

第5層 粉砂巖，軟質(zhì)巖石，遇水易軟化崩解，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，承載力特征值fak=400 kPa。

受檢樁工程地質(zhì)柱狀圖見圖1。

1.3 試驗(yàn)難點(diǎn)

該工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為2～4樁承臺(tái)(圖2)，承臺(tái)間距9 m，承臺(tái)內(nèi)的樁間距不足2 m，而檢測(cè)單位反力主梁長(zhǎng)度為12 m。因此，本項(xiàng)目的抗拔試驗(yàn)檢測(cè)無法按照常規(guī)做法，利用相鄰承臺(tái)內(nèi)的現(xiàn)有工程樁作為反力裝置支撐點(diǎn)以提供足夠反力。

1.4 解決方案

為滿足試驗(yàn)要求，結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況進(jìn)行分析，最終的解決方案設(shè)計(jì)為在抗拔檢測(cè)樁兩側(cè)現(xiàn)澆支墩提供反力。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)靜載試驗(yàn)時(shí)樁間距的相關(guān)要求，反力支墩的中心點(diǎn)與檢測(cè)樁中心點(diǎn)距離為3 m，且位于同一軸線上。反力支墩尺寸為2.8 m×2.8 m×0.4 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，雙向雙面鋪設(shè)鋼筋12@150，鋼筋型號(hào)為HPB300，支墩土為第1層素填土。反力裝置如圖3、圖4所示。

圖1 巖土分層地質(zhì)柱狀圖Fig.1 Geological columnar section of soil-layer delamination

圖2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際樁位布置平面圖(單位:mm)Fig.2 Arrangement planar graph of actual pile in field

1.5 反力支墩及地基土承載力驗(yàn)算

為確保支墩和支墩下地基土能在試驗(yàn)過程中處于正常使用狀態(tài)，需對(duì)支墩及支墩下地基土的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，具體過程如下:支墩混凝土為C30，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)應(yīng)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為14.3 MPa。

由此可見，支墩軸心抗壓承載力滿足試驗(yàn)要求。

根據(jù)本項(xiàng)目勘察報(bào)告提供的信息，支墩下為1～2層素填土，綜合評(píng)定地基承載力特征值為100 kPa。

根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求，壓重施加于地基的壓應(yīng)力不宜大于地基承載力特征值的1.5倍，即≤150 kPa。支墩下地基土實(shí)際承受的壓應(yīng)力為84 kPa，滿足規(guī)范要求。

由此可見，支墩下地基土的承載力滿足檢測(cè)試驗(yàn)要求。

1.6 檢測(cè)結(jié)果與結(jié)論

該裝置在最大試驗(yàn)荷載1200 kN作用下未出現(xiàn)任何異常情況，最終上拔量為3.89 mm，反力支墩上架設(shè)的百分表顯示支墩在最大試驗(yàn)荷載作用下沉降量為0.32～0.49 mm之間，根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，單樁抗拔承載力極限值為1200 kN。

抗拔檢測(cè)試驗(yàn)及樁身完整性小應(yīng)變檢測(cè)的數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線見表1、圖5，表2、圖6。

圖3 支墩反力法單樁抗拔試驗(yàn)示意圖(平視)(單位:mm)ig.3 Schematic diagram of uplift ultimate bearing capacity test by buttress reaction method(parallel sight)

2 實(shí)例二

2.1 工程概況

圖4 支墩反力法單樁抗拔試驗(yàn)示意圖(俯視)(單位:mm)Fig.4 Schematic diagram of uplift ultimate bearing capacity test by buttress reaction method(overlook)

表1 低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果Table 1 Detection results of low strain

圖5 低應(yīng)變檢測(cè)波形圖Fig.5 Oscillogram of low strain

表2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Table 2 Detection results of static load test of single pile

圖6 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)檢測(cè)相關(guān)曲線Fig.6 Correlation curve of static load test of single pile

某市福建商會(huì)商廈，總建筑面積81533 m2，地上40層，地下3層，位于長(zhǎng)江北岸邊，為該市第一高樓，框筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用沖擊成孔灌注樁，樁長(zhǎng)約10 m，樁徑1.00 m。由于該工程的建筑高度較高且處于長(zhǎng)江岸邊，考慮風(fēng)力和地下水的浮托力，需對(duì)樁基礎(chǔ)豎向抗拔承載力進(jìn)行驗(yàn)算，設(shè)計(jì)單樁豎向抗拔承載力特征值為1150 kN，試驗(yàn)最大加載量為2300 kN。

受檢樁工程地質(zhì)柱狀圖見圖7。

2.2 試驗(yàn)難點(diǎn)

基樁的抗拔承載力主要由樁周土側(cè)摩阻力、鋼筋抗拉強(qiáng)度兩部分組成?！督ㄖ鶚稒z測(cè)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)抗拔檢測(cè)終止加載條件有一規(guī)定:“按鋼筋抗拉強(qiáng)度控制，樁頂上拔荷載達(dá)到鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍”，由此可見鋼筋的受力狀態(tài)對(duì)檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性和合理性的影響尤為重要，必須保證受檢樁鋼筋籠的每根鋼筋都能均勻垂直受力。

而本項(xiàng)目實(shí)際檢測(cè)中所采用的反力主梁為尺寸不一的長(zhǎng)方形，無法與圓形鋼筋籠進(jìn)行焊接。對(duì)于這種問題，有的單位采取掰折鋼筋的辦法進(jìn)行焊接，這必將影響鋼筋抗拉強(qiáng)度的發(fā)揮，給檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集和檢測(cè)結(jié)果的判定帶來不確定性。另有檢測(cè)單位采取樁帽轉(zhuǎn)換的方法，即在樁頭制做方形樁帽，樁帽尺寸與反力主梁尺寸進(jìn)行匹配，在樁帽中將鋼筋籠由圓形轉(zhuǎn)換為方形，再與反力主梁進(jìn)行焊接。但此方法需重新制做樁帽，技術(shù)要求較高，費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)料，且只能一次性用料，成本過高且浪費(fèi)較大。由此可見，兩種方法均無法滿足檢測(cè)試驗(yàn)和成本控制的雙向要求，在實(shí)際操作過程中均不可取。

2.3 解決方案

為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、工程進(jìn)度及檢測(cè)成本的綜合要求，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終采取利用扁擔(dān)梁將鋼筋排列改圓為方的方法完成檢測(cè)，具體操作如下:

在樁頂鋼筋籠的鋼筋縫隙間橫插扁擔(dān)橫梁若干根，與鋼筋雙面焊接，焊接長(zhǎng)度約15～20 cm。在反力主梁頂面位于受檢樁垂直上方的位置放置兩臺(tái)200 kN油壓千斤頂，其上墊設(shè)與反力梁同寬且具有足夠剛度的承壓板。在承壓板上對(duì)應(yīng)點(diǎn)焊同樣的扁擔(dān)橫梁若干根，上下兩組扁擔(dān)橫梁間另取高于試樁主筋強(qiáng)度的鋼筋進(jìn)行雙面焊接。這樣就簡(jiǎn)單地將鋼筋籠與主梁連接成了一套反力系統(tǒng)，且保證了每根鋼筋的受力狀態(tài)是均勻且垂直的?？拱卧囼?yàn)裝置見圖8、圖9，照片1、照片2。

2.4 技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)最大抗拔承載力試驗(yàn)荷載:2300 kN;反力主梁尺寸:12 m×0.4 m×0.6 m;

圖7 巖土分層地質(zhì)柱狀圖Fig.7 Geological columnar section of soil-layer delamination

圖8 扁擔(dān)梁法抗拔試驗(yàn)示意圖(單位:mm)Fig.8 Schematic diagram of uplift test by carrying pole method

扁擔(dān)橫梁尺寸:1.140 m×0.145 m×0.055 m;

連接鋼筋:24根Φ32，鋼筋型號(hào)HRB335，長(zhǎng)度3 m;

試樁主筋:26根Φ28，鋼筋型號(hào)HRB335;

焊接長(zhǎng)度:雙面焊接20 cm。

2.5 鋼筋抗拉承載力驗(yàn)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，HRB335普通鋼筋對(duì)應(yīng)抗拉屈服強(qiáng)度為335 N/mm2，則連接鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的抗拉承載力=n×fyk×As=24×335×(32/2)2×3.14 =6463 kN≥2300 kN。

試樁主筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的抗拉承載力=n×fyk×As=26×335×(28/2)2× 3.14=5360 kN≥2300 kN，抗拔試驗(yàn)的鋼筋抗拉強(qiáng)度滿足加載要求。

照片1 扁擔(dān)梁法抗拔試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)Photo 1 Field detection of uplift test by carrying pole method

圖9 扁擔(dān)梁法抗拔試驗(yàn)鋼筋焊接平面設(shè)計(jì)圖Fig.9 Plane design chart of uplift test by carrying pole method

照片2 扁擔(dān)梁法抗拔試驗(yàn)鋼筋焊接平面Photo 2 Welded steel plane of uplift test by carrying pole method

2.6 檢測(cè)結(jié)果與結(jié)論

試驗(yàn)樁在最大試驗(yàn)荷載2300 kN作用下最大上拔量為2.78 mm，反力樁上架設(shè)的百分表讀數(shù)顯示為在最大試驗(yàn)荷載作用下的沉降量為0.36～0.55 mm之間，該裝置未出現(xiàn)任何異常情況，順利地完成了檢測(cè)工作，既縮短了檢測(cè)工期，也因?yàn)樗貌牧暇芍貜?fù)使用，較大程度節(jié)約了檢測(cè)成本。

抗拔檢測(cè)試驗(yàn)及樁身完整性小應(yīng)變檢測(cè)的數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線見表3、圖10，表4、圖11。

表3 低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果Table 3 Detection results of low strain

圖10 低應(yīng)變檢測(cè)波形圖Fig.10 Oscillogram of low strain

表4 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Table 4 Detection results of static load test of single pile

圖11 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)檢測(cè)相關(guān)曲線Fig.11 Correlation curve of static load test of single pile

3 結(jié)語

(1)由于現(xiàn)場(chǎng)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)很多沒有設(shè)計(jì)工程樁作為反力支撐點(diǎn)的工程，可根據(jù)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件，選擇合適的層位進(jìn)行支墩抗壓承載力及地基土承載力驗(yàn)算，現(xiàn)澆制作反力支墩。

(2)受檢樁鋼筋強(qiáng)度對(duì)抗拔承載力的影響較大，其受力狀態(tài)應(yīng)該保證垂直均勻，檢測(cè)過程中應(yīng)對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和改進(jìn)，采用扁擔(dān)橫梁上下連接的方法是行之有效的辦法之一。

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.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.

［2］石中林.地基基礎(chǔ)檢測(cè)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2013.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范: GB50010—2010［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］湖北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，湖北省住房和城鄉(xiāng)建議廳.建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范:DB42/242—2014［S］.武漢:湖北省建設(shè)工程標(biāo)準(zhǔn)定額管理總站，2014.

(責(zé)任編輯:陳姣霞)

Common Problems and Solution in Uplift Ultimate Bearing Capacity Test

ZHANG Xin，CHEN Jin
(Hubei Province Geological Experimental Testing Center，Wuhan，Hubei430034)

Combined with engineering examples，the common problems of the connection between the pile and the anchor cage are discussed in the paper.Scheme of the design and adjustment of the counterforce device is put forward.The feasibility，rationality and accuracy of the test are ensured.

uplift ultimate bearing capacity test;buttress method;welded steel

TU473

:A

:1671－1211(2015)06－0962－05

10.16536/j.cnki.issn.1671－1211.201506041

2015－08－24;改回日期:2015－09－29

張?chǎng)?(1968－)，男，工程師，地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)，從事建筑工程質(zhì)量檢測(cè)工作。E－mail:yczx36@163.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151016.1724.022.html數(shù)字出版日期:2015－10－16 17:24