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        混凝土灌注樁抗拔靜載試驗(yàn)應(yīng)用研究

        2020-02-27 11:04:46羅建彬
        江西建材 2020年1期
        關(guān)鍵詞:承載力

        羅建彬

        健研檢測集團(tuán)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\(yùn)用也越來越廣泛,為了驗(yàn)證基樁的抗拔承載力,保證工程質(zhì)量,現(xiàn)場原位試驗(yàn)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(yàn)就是采用接近于豎向抗拔樁實(shí)際工作條件的試驗(yàn)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(yàn)方法,但設(shè)計(jì)單位為了降低工程造價(jià),往往采用減少總樁數(shù),提高單樁承載力設(shè)計(jì)值,甚至是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致基樁的部分參數(shù)未考慮檢測試驗(yàn)的需要,給試驗(yàn)帶來一定的困難。本文結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)檢測過程中遇到的問題進(jìn)行分析,并提出了相應(yīng)的解決方案。

        1 工程實(shí)例

        某工程抗拔樁設(shè)計(jì)參數(shù):樁身混凝土強(qiáng)度C30,樁徑1100mm,樁長約30m,主筋18 C 20,設(shè)計(jì)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(yàn)方案

        2.1 反力系統(tǒng)

        抗拔試驗(yàn)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(shí),兩邊支座處的地基強(qiáng)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(diǎn)應(yīng)與支座中心重合。

        本試驗(yàn)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(duì)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(gè)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(duì)試樁施加上拔荷載,該方案的優(yōu)點(diǎn)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(yàn)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(duì)稱布置若干卡槽、防護(hù)鋼筋定位孔。安裝時(shí)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(jìn)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(jìn)行搭接焊,當(dāng)無法進(jìn)行雙面焊時(shí)可采用單面焊。焊接時(shí)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(hù)鋼筋抗拔頭卡槽外側(cè)的定位孔中,防止試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的影響,特別是在樁身位移較小時(shí)。所以適當(dāng)采取防護(hù)措施,以減少影響,比如用帆布進(jìn)行遮擋。

        2.5 主筋抗拉驗(yàn)算

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

        為完成試驗(yàn)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(jìn)行設(shè)計(jì),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(jì)算:

        2.6 千斤頂率定修正

        為了避免受檢樁偏心受載,試驗(yàn)采用兩臺(tái)同一型號(hào)規(guī)格的千斤頂并聯(lián)同步加載。試驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn),在最大荷載作用下樁身所受的實(shí)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(duì)千斤頂率定進(jìn)行修正。修正方法如下:

        本試驗(yàn)采用2 臺(tái)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(tái)千斤頂?shù)挠吐穳毫ο嗟?,試?yàn)荷載等于2 臺(tái)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(gè)千斤頂率定方程y=aix+bi;n-千斤頂個(gè)數(shù)。)

        修正后的并聯(lián)千斤頂率定方程為:

        (Q-試驗(yàn)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(yàn)采用地基土做反力時(shí):應(yīng)根據(jù)單樁豎向抗拔承載力極限值,驗(yàn)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(tái)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(tái)支墩邊的距離的要求。

        (2)灌注樁單樁抗拔靜載試驗(yàn)前,應(yīng)對(duì)主筋的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算,當(dāng)主筋的抗拉強(qiáng)度超過規(guī)范要求時(shí),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(duì)千斤頂率定方程進(jìn)行修正,確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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