劉冬冬

(安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所,安徽 合肥 230041)

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大噸位單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)技術(shù)

劉冬冬

(安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所,安徽 合肥 230041)

結(jié)合工程案例，對(duì)大噸位單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)技術(shù)方法進(jìn)行探討，研究其可行性和經(jīng)濟(jì)性，為單樁豎向抗拔承載力檢測(cè)提供一種可行、可信的檢測(cè)技術(shù)。

人工挖孔混凝土灌注樁；單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)；專用錨具

近年來(lái)，在包括大型建筑、橋梁、輸配電線、污水處理等各類重點(diǎn)建設(shè)工程領(lǐng)域，基樁抗拔性能越來(lái)越受到人們的重視。對(duì)于設(shè)計(jì)給出的單樁豎向抗拔極限承載力較高的基樁，如何檢測(cè)其承載力已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題[1]。本文結(jié)合具體工程實(shí)踐，對(duì)大噸位單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)技術(shù)方法進(jìn)行研究、探討，為解決此類問(wèn)題提供一種可行、有效的技術(shù)。

1 工程概況

某商務(wù)寫(xiě)字樓D樓地下車(chē)庫(kù)位于合肥市政務(wù)文化新區(qū)東流路與潛山路交口東南側(cè)，該工程由中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)，樓高46層，地下4層，框架、剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為人工挖孔混凝土灌注樁[2]，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)15.5～20.0 m，樁身直徑1 600～2 300 mm，樁端直徑2 900～4 500 mm，其中抗拔樁170根。

2 工程地質(zhì)概況及設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程場(chǎng)地土層分布描述如下：①雜填土，褐灰色、褐黃色等雜色，松散-稍密狀態(tài)，濕-很濕，夾較多碎石、灰渣、建筑垃圾；②1黏土，褐黃、灰黃色，硬塑狀態(tài)，濕-很濕，地基承載力特征值[3]fak=250 kPa，人工挖孔混凝土灌注樁樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值[4]qsik=80 kPa；②2黏土，黃、棕黃、灰黃色，硬塑狀態(tài)，濕，含鐵錳質(zhì)結(jié)核、少量高嶺土，qsik=90 kPa；③全風(fēng)化土，灰?jiàn)A白、暗紅色，中密-密實(shí)，濕，含鈣質(zhì)結(jié)核，qsik=90 kPa；④強(qiáng)風(fēng)化砂巖，紫紅、暗紅色，較密實(shí)，很濕，qsik=100 kPa；⑤中風(fēng)化砂巖夾泥巖，紫紅、暗紅色，以砂巖為主，夾薄層泥巖，大部分為泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，巖樣質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)[5]，qsik=120 kPa；⑥中風(fēng)化砂巖夾泥巖，紫紅、暗紅色，以砂巖為主，夾多層薄層泥巖，大部分為泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，巖樣質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，qsik=120 kPa。

本次單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)選取的試驗(yàn)樁參數(shù)：樁身直徑D=2 200 mm，擴(kuò)大頭直徑D1=4 000 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，樁端持力層為第⑤層：中風(fēng)化砂巖夾泥巖，縱向由60根Φ32鋼筋組成，樁長(zhǎng)約16.6 m，樁端進(jìn)入持力層深度4 000 mm。

3 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)技術(shù)方法

受建設(shè)單位委托，我單位承接了該工程的試驗(yàn)任務(wù)，為做好此次試驗(yàn)，進(jìn)行了認(rèn)真的分析研究：?jiǎn)螛敦Q向抗拔靜載試驗(yàn)?zāi)壳皣?guó)內(nèi)傳統(tǒng)的方法是采用支承樁或天然地基提供試驗(yàn)反力，馬鞍連接受檢樁鋼筋與反力鋼梁組成加荷系統(tǒng)。受檢樁鋼筋與反力系統(tǒng)的焊接質(zhì)量難以保證、支承樁與受檢樁距離較遠(yuǎn)，對(duì)反力梁的長(zhǎng)度要求過(guò)高，導(dǎo)致投入的人力、物力較多，并且隨著樁徑和樁長(zhǎng)的增大，所需要的反力亦隨之增大，傳統(tǒng)方法已很難滿足要求[6]。在仔細(xì)查閱相關(guān)資料后，結(jié)合試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，決定采用專用錨具，通過(guò)鋼梁、鋼板，利用天然地基土提供反力的方法進(jìn)行該項(xiàng)目的單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

常規(guī)儀器設(shè)備包括全自動(dòng)靜力載荷試驗(yàn)儀、油壓傳感器、位移表、2臺(tái)800 t千斤頂、超高壓油泵站、2根9 000 mm長(zhǎng)基準(zhǔn)梁等。

使用的鋼梁、鋼板數(shù)量及規(guī)格：2根10 m長(zhǎng)主梁(單根梁荷載能力15 000 kN)、16根12 m長(zhǎng)工字鋼(單根梁荷載能力1 000 kN)、4塊6 m×2 m矩形鋼板。設(shè)備反力系統(tǒng)荷載能力約15 000 kN[7]。

配套試驗(yàn)專門(mén)定制的專用錨具，如圖1～圖3所示。

圖1 專用錨具(剛性圓板和專用拉桿) 圖2 專用錨具側(cè)視圖 圖3 專用錨具細(xì)節(jié)圖

3.2 試驗(yàn)可行性驗(yàn)算

(1) 本次試驗(yàn)最大噸位。本次單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載不小于試驗(yàn)樁(Z22型)單樁豎向抗拔承載力特征值的2倍[8](6 600 kN×2=13 200 kN)，試驗(yàn)時(shí)取13 200 kN。

(2) 天然地基土提供反力驗(yàn)算。天然地基土(現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖至第②1層：黏土)可提供反力：fak×S=250 kPa×8×0.36 m×12 m×2=17 280 kN>13 200 kN，滿足要求。

其中，fak為地基土承載力特征值，S為工字鋼所鋪設(shè)的面積。

(3) 設(shè)備平臺(tái)荷載能力。設(shè)備平臺(tái)荷載能力不小于15 000 kN>13 200 kN，滿足要求。

(4) 專用錨具提供錨固力驗(yàn)算。生產(chǎn)商提供的單組夾具可提供抗拔力不小于250 kN，共使用60組。本次試驗(yàn)專用錨具可提供錨固力：250 kN×60=15 000 kN>13 200 kN，滿足要求。

(5) 鋼筋強(qiáng)度提供抗拔力驗(yàn)算。普通二級(jí)鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[9]300 N/mm2, Z22型人工挖孔混凝土灌注樁軸向配筋由40Φ32和20Φ32組成，單根Φ32鋼筋截面面積為804.3 mm2。

人工挖孔混凝土灌注樁鋼筋強(qiáng)度可提供的抗拔力：804.3 mm2×(40+20)×300 N/mm2×10-3=14 477.4 kN>13 200 kN，滿足要求。

3.3 設(shè)備安裝

設(shè)備安裝順序：工字鋼鋪設(shè)于地面、錨具放置試驗(yàn)樁(對(duì)稱)、主梁架于工字鋼上、千斤頂架于主梁之上、 頂部用專用夾具(頂梁)與螺桿固定。安裝情況見(jiàn)圖4所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果

我們按此種方法對(duì)本次工程進(jìn)行了三根樁單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，選取其中S1-64#為例,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1所列。

表1 64#樁單樁豎向抗拔試驗(yàn)結(jié)果

從單樁豎向抗拔靜載曲線上可以看出，前期線性階段抗拔力與樁頂位移按比例增加，樁頂上拔量穩(wěn)定時(shí)間較短；隨著樁土相對(duì)位移的增大，上拔位移量比側(cè)阻力增加的速率快，樁頂上拔量穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)；到后期樁的位移量上升較快[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

從經(jīng)濟(jì)性和可行性方面分析，為進(jìn)行本次檢測(cè)工作，定制了一個(gè)專用錨具(如圖1、2、3)，其由數(shù)種帶卡槽、面積不等的剛性圓板、頂梁和專用拉桿組成，剛性圓板按面積大小從上到下依次遞減，形成倒錐形結(jié)構(gòu)(如圖3)，當(dāng)抗拔承載力較高時(shí)，下方的圓板可增加錨具的剛度。該專用錨具的突出優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)實(shí)際抗拔樁的樁徑和承載力要求調(diào)整剛性圓板尺寸，從而保證受拉鋼筋的垂直度，并可在試驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)拉處理，以適應(yīng)較大噸位單樁豎向抗拔承載力檢測(cè)的需要(試用于樁徑800～2 200 mm，承載力約在4 000～15 000 kN)，達(dá)到循環(huán)使用的目的。本次試驗(yàn)其他成本包括：設(shè)備運(yùn)輸費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)吊裝費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的服務(wù)和安裝工人的勞務(wù)費(fèi)用等。成本可控。

從質(zhì)量、安全方面，完全可以滿足現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)要求。采用此種試驗(yàn)技術(shù)方法，其方法可行、質(zhì)量可信、安全可靠、成本可控、設(shè)備可循環(huán)利用，可為解決如何檢測(cè)較大噸位單樁豎向抗拔承載力提供了一種較好的技術(shù)方法。

[1] 侯偉生.建筑工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[2] 史佩棟.樁基工程手冊(cè)[M]. 北京：人民交通出版社,2008.

[3] GB 50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB/T 50218-2014,工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 陳 凡.樁基工程質(zhì)量檢測(cè)中一些尚待解決的問(wèn)題[A]．巖土工程青年專家學(xué)術(shù)論文集[C].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

[7] GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8] JGJ 106-2003,建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[9] GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10] 陳 凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

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《工程與建設(shè)》雜志社

2016-05-09；修改日期：2016-05-12

劉冬冬(1984-)，男，安徽合肥人，安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所工程師．

TU473.1

A

1673-5781(2016)03-0372-03