潘衛(wèi)國

(山西師范大學(xué)現(xiàn)代文理學(xué)院，山西臨汾 041004)

高層建筑越來越多，對樁基極限承載力要求越來越大，傳統(tǒng)的堆載法要使用幾百甚至上千噸的荷載，而荷載的來源、制作、堆放以及運(yùn)輸，且試驗(yàn)時堆載過高，特別容易導(dǎo)致堆載物傾覆，造成安全事故。堆載法面臨的大噸位單樁承載力的問題幾乎束手無策，而錨樁法目前在國內(nèi)檢測的最大承載力已經(jīng)達(dá)到了40 000 kN，可以作為解決大噸位的樁基承載力的檢測手段。本文以廣奇財富中心A樓的樁基承載力檢測為例，介紹錨樁法的應(yīng)用方法。

1 工程概況

廣奇財富中心A樓建筑高度89.45 m，為框架核心筒結(jié)構(gòu)，地上22層，地下2層。其地基土構(gòu)成根據(jù)巖土工程勘查報告，自然地坪下自上而下依次為：第1層：雜填土，層厚2.20～6.20 m，層底標(biāo)高為427.90～428.94；第2層：粉質(zhì)黏土，可塑，層厚1.00～8.10 m，層底標(biāo)高為418.17～424.59；第3層：細(xì)沙，飽和，稍密，層厚2.00～10.4 m，層底標(biāo)高為412.98～419.88；第4層：粉質(zhì)黏土，可塑，層厚3.70～9.00 m，層底標(biāo)高為406.92～411.55；第5層：細(xì)沙，飽和，中密，層厚1.20～9.20 m，層底標(biāo)高為399.98～407.07；第6層：粉土與粉質(zhì)黏土互層，層厚2.10～18.30 m，層底標(biāo)高為385.45～403.76；第7層：細(xì)沙，飽和，密室，層厚0.40～3.30 m，層底標(biāo)高為386.00～389.06；第8層：粉質(zhì)黏土，可塑～硬塑，最大可見厚度為18.2 m；穩(wěn)定水位埋深5.00～5.80 m，水位相應(yīng)標(biāo)高424.36～425.81，地下水對混凝土具若腐蝕性；第3層細(xì)砂為可液化土層，確定場地為可液化場地。

A樓樁基設(shè)計(jì)為172根混凝土灌注樁，其中3根試樁樁長為24.9 m，試樁的有效樁長為23.5 m，每根試樁錨樁為4根，共12根錨樁。樁基設(shè)計(jì)采用了樁端、樁側(cè)復(fù)式后注漿技術(shù)，設(shè)計(jì)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為7 100 kN，樁端持力層為第6層土，樁基設(shè)計(jì)等級為甲級。

2 載荷試驗(yàn)

2.1 錨樁

試驗(yàn)依據(jù)設(shè)計(jì)要求每根試樁的極限承載力是7 100 kN，給出試驗(yàn)反力的是四根形成長方形陣列的錨樁，每一根錨樁的抗拔力不能小于1 800 kN，試驗(yàn)全程架設(shè)一臺S3水準(zhǔn)儀按時測量每根錨樁的上拔位移，如果上拔位移累計(jì)起來大于50 mm，則結(jié)束錨樁加載。安裝反力梁時，每根錨樁樁頂必須按照同一個標(biāo)高值處在同一水平線上，要求主筋須高出地面80 cm。

2.2 加載系統(tǒng)

檢測主要設(shè)備為QW-500千斤頂兩臺，手提電腦一臺，0～100 MPa壓力表一塊，鋼梁一套兩件，基準(zhǔn)梁兩個，0～50 mm百分表4塊，磁性表座兩個，承壓板一塊，拉桿若干。

加載系統(tǒng)由主梁、基準(zhǔn)梁、拉桿和四根灌注樁構(gòu)成，用來對試樁進(jìn)行加載的是兩臺5 000 kN的電動油壓千斤頂，由手提電腦控制整個加載過程，每根千斤頂?shù)纳享斄εc試樁中心重合。千斤頂?shù)膲毫χ到?jīng)由鑒定過的壓力表讀出，該數(shù)值通過千斤頂?shù)臉?biāo)定曲線換算成荷載值，所使用的壓力表精度須大于等于0.4級。試樁的下沉量，由安裝于樁頭的4個百分表測出，百分表的量程為50 mm，它的分辨力大于0.01 mm，4個安裝在基準(zhǔn)梁的百分表由磁性表座加以固定。百分表是為試樁在每級荷載下的沉降而布設(shè)的，要求百分表導(dǎo)桿緊密貼合在支架上才能保證百分表導(dǎo)桿豎直，進(jìn)行加載前須把百分表初始讀數(shù)調(diào)整為零?；鶞?zhǔn)梁應(yīng)具有一定的剛度。錨樁中心與試樁中心的距離不小于2 m。

反力系統(tǒng)對荷載試驗(yàn)的成功與否起著至關(guān)重要的作用，在安裝時必須做到以下幾點(diǎn)：

(1)保證千斤頂和試樁的兩個中心點(diǎn)重合，防止試樁在加載過程中受到偏心荷載的作用。

(2)確保主梁的中心線和千斤頂?shù)闹行淖饔镁€重合，基準(zhǔn)梁的豎向?qū)ΨQ線處于主梁縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，避免主次梁受到偏心荷載的影響。

(3)確保錨筋的預(yù)留長度能保證主梁和次梁保持水平。

(4)次梁上的連接件和錨樁上的鋼筋連接采用雙面搭接焊。

2.3 沉降觀測方法

2.3.1 試樁條件

試樁樁周均為淤泥質(zhì)土，這是因?yàn)樵诔煽讜r對周圍土體產(chǎn)生了擾動，所以要想樁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再加上注漿施工，養(yǎng)護(hù)時間至少不得低于35 d，所以必須要試樁樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求及樁周土體恢復(fù)性能后才可開始。

2.3.2 試驗(yàn)加載

試樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，使用慢速維持荷載法逐級加載。試驗(yàn)時按分級進(jìn)行加載，應(yīng)用逐級等量加載；單級荷載應(yīng)為最大加載量或設(shè)計(jì)極限承載力的1/10，其中第一級荷載可以取單級荷載的2倍。

本次加荷等級為10級，單級荷載710 kN，初級荷載為單級荷載的2倍即1 420 kN，最大加載壓力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍，最大加載應(yīng)不超過7 100 kN。

2.3.3 測度沉降量的時間間隔

施加每級荷載后測量樁頂下沉量的時間按第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min依次進(jìn)行，此后每隔30 min量測一次。

2.3.4 沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

觀測樁頂沉降量時注意每一小時內(nèi)下沉不能超過0.1 mm，如果連續(xù)兩次超過，則從分級荷載加載后的30 min開始，按照連續(xù)三次每30 min的沉降觀測值計(jì)算)。

2.3.5 若有下列情況發(fā)生時，務(wù)必終止加載試驗(yàn)

(1)某級荷載加載后，樁頂沉降值大于上一級荷載作用下沉降值的5倍。

(2)某級荷載加載后，樁頂沉降值大于上一級荷載作用下沉降值的2倍，并且過了24 h后還沒有達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

(3)施加的荷載已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載值。

(4)如果把工程樁替代錨樁時，其上拔量已達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)值。

(5)當(dāng)荷載-沉降曲線呈緩變型時，可加載至樁頂總沉降量60～80 mm；在特殊情況下，可根據(jù)要求加載至樁頂累計(jì)沉降量超過80 mm。

(6)卸載規(guī)定。單級卸載值為單級加載值的2倍，每級卸載后間隔15 min讀一次回彈量，連續(xù)讀兩次后，間隔30 min后再讀一次，方可進(jìn)行下一次卸載。全部卸載完成后，間隔3 h再讀一次數(shù)。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

3.1 樁頂沉降量計(jì)算

樁頂?shù)某两盗坑砂惭b好的4塊百分表上的指示讀數(shù)計(jì)算，當(dāng)荷載穩(wěn)定時樁頂?shù)目偝两盗浚?/p>

Si=(a0-ai)/100

式中：a0為百分表上的讀數(shù)；ai為某級荷載穩(wěn)定時百分表上的讀數(shù)。

某級荷載作用下的沉降量ΔSi(mm)：ΔSi=Si-Si-1

樁頂沉降量取4個百分表讀數(shù)的算術(shù)平均值。

3.2 樁體受力計(jì)算

3.2.1 確定計(jì)算參數(shù)

計(jì)算樁身軸力及樁側(cè)摩阻力，使用的參數(shù)主要有鋼筋和砼的材料彈性模量E和樁身不同截面的面積A。

由于施工的原因，使得樁身實(shí)際直徑大于設(shè)計(jì)直徑，故計(jì)算樁身受力時，截面直徑取0.8 m。

3.2.2 選取和舍棄計(jì)算截面

計(jì)算軸力時選取上下兩個截面取其平均值，當(dāng)發(fā)生以下情況時舍棄該截面。

(1)施工原因?qū)е聵渡斫孛娌痪鶆颍瑯渡斫孛嫱蛔兲庉S力發(fā)生變化。

(2)混凝土澆筑時振搗不均勻，使彈性模量的離散性變大，致使某個截面的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際受力情況不相符。

3.2.3樁身軸力計(jì)算

樁身軸力使用標(biāo)定曲線內(nèi)插求出，計(jì)算時假定鋼筋與砼為均質(zhì)線彈性材料，符合虎克定律的條件，于是可得樁身截面軸力Qi：

Qi=ε·Ei·Ai

式中：Qi為樁身軸向力；ε為樁身的軸向應(yīng)變；Ei為材料彈性模量；Ai為樁身截面面積。

3.2.4 樁側(cè)摩阻力計(jì)算

樁側(cè)摩阻力通過樁身軸力的計(jì)算值推算得到。假如ai、ai+1截面的樁身軸力分別為Qi、Qi+1，可得ai、ai+1兩截面間的樁側(cè)摩阻力Fi

Fi=Qi·Qi+1

故樁側(cè)摩阻力:fi=Fi/ΔSi

式中:ΔSi為兩截面間樁側(cè)表面積ΔSi=PDli

式中:D為該段實(shí)測孔徑平均值，li為兩截面間的樁長。

4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果(圖1)表明，使用錨樁法把荷載加載到設(shè)計(jì)最大值時，試樁并未出現(xiàn)任何損壞，從Q-S曲線圖上沒有看到明顯拐點(diǎn)及曲線的陡降段，加載的設(shè)備沒有變形損壞，試樁和加載設(shè)備沒有產(chǎn)生偏心受力現(xiàn)象。三個試樁SZ1、SZ2、SZ3的樁身最大位移量分別為10.59 mm、8.56 mm、11.96 mm， 最大回彈量分別為6.51 mm、5.86 mm、6.91 mm，回彈率分別為61.5 %、68.5 %、57.8 %，單樁豎向極限承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 試樁Q-S曲線

5 試驗(yàn)結(jié)論

(1)錨樁法試驗(yàn)確定的后注漿灌注樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為7 100 kN，樁長為23.5 m，樁徑0.8 m，最終樁頂沉降量分別為10.59 mm、8.56 mm、11.96 mm。

(2)后注漿灌注樁的樁徑、樁長、樁端土層特性、樁周土特性及注漿壓力對樁身的受力對產(chǎn)生了主要影響，使后注漿灌注樁偏向于端承樁的特點(diǎn)。

(3)通過錨樁法檢測后注漿灌注樁，可使用周邊的工程樁或預(yù)先設(shè)計(jì)好的錨樁來提供試驗(yàn)所需的反力，加載系統(tǒng)安裝快捷方便，尤其對于大承載力的試樁，節(jié)約成本效果顯著。

(4)錨樁法使用周邊的工程樁作為錨樁時，反力的上拔容易使工程樁的承載力收到一定的影響，但若工程樁設(shè)計(jì)合理，應(yīng)用得當(dāng)，則可節(jié)省預(yù)先設(shè)置專用錨樁的費(fèi)用。

(5)使用錨樁法檢測承載力較大的后注漿灌注樁，無法使檢測者進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測。