潘學忠

(江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210028)

隨著“一帶一路”倡議的推進，我國越來越多的建筑企業(yè)走出國門開展對外建設。在相關的工程建設中，建設規(guī)范的選取至關重要。本文以我公司承接的京滬高鐵大勝關大橋項目樁基為研究對象，開展了樁基靜載試驗，基于錨樁反力法，確定了大勝關大橋樁基的豎向承載力，并比較了中國鐵路規(guī)范與國外規(guī)范的差異。

樁基靜載試驗是確定樁基抗壓和抗拔承載力最重要的試驗方法，也是目前全球范圍內(nèi)公認的最簡單、最可靠的測試方法[1-3]。鄭凱[4]研究了巖溶地區(qū)橋梁樁基的靜載試驗受力性能，討論了溶洞對樁身受力的影響。丁偉等[5]基于孟加拉某電廠工程的樁基靜載試驗，對比分析了中國、美國、印度關于樁基靜載試驗檢測標準對其極限承載力的差異，結(jié)果表明，中國標準和美國標準最為可靠。王杰等[6]對阿聯(lián)酋阿不贊比中央公園樁基開展了多層級錨索反力靜載試驗，驗證了該方法確定樁基承載力的可靠性。張鐵柱和潘濤[7]采用樁基靜載試驗研究了錨樁形式對樁承載力的影響，量化了錨樁和試樁直徑相對大小對樁承載力的影響比例。結(jié)果證明，如果錨樁與試樁中心距小于3倍試樁樁徑時，錨樁上拔對試樁樁頂沉降影響較大，當錨樁與試樁的中心距大于6倍試樁樁徑時，錨樁樁徑變化對樁極限承載力的影響非常小。朱烈等[8]研究了錨樁反力法在確定螺桿樁極限承載力中的應用。結(jié)果表明，錨樁反力法在螺桿錨樁靜載試驗中具有廣泛的應用前景，值得推廣。綜上所述，靜載試驗是目前我國相關工程建設中最為常用的一種確定基樁承載力的方法[9]。

1 樁基靜載試驗方法

樁基承載力確定和樁身完整性檢測是確保建筑物安全使用的基礎。樁基靜載試驗是通過在基樁頂部逐級施加荷載，通過安裝在樁側(cè)的百分表或位移傳感器來監(jiān)測基樁頂部沉降隨時間變化以此確定單樁豎向承載力的一種方法。單樁靜載試驗通常包括堆載法、自平衡法和錨樁反力法。其中堆載法使用比較廣泛，承重平臺搭建簡單，但對地基土承載力要求較高，且堆載量大，試驗對空間要求高。自平衡法檢測原理是將一種特制的加載裝置——荷載箱，在混凝土澆筑之前和鋼筋籠一起埋入樁身平衡點附近，將荷載箱的加壓油管以及所需的其他測試裝置從樁體引到地面，然后灌注成樁。待樁體強度達到設計要求后采用高壓油泵在地面向荷載箱加壓，使得樁體內(nèi)部產(chǎn)生加載力，最后通過對加載力與這些參數(shù)之間的關系計算和分析，可以得到單樁豎向抗壓、抗拔承載力。自平衡法優(yōu)點是不受施工場地條件的限制，缺點是由于地質(zhì)條件的差異平衡點位置難以確定。錨樁反力法一般用于單樁承載力較大，地基土無法提供較大反力的場地，該方法是在試驗前選取檢測樁周邊的幾根樁作為錨樁，用于提供向上的拔力，然后通過反作用力施加于檢測樁上[10]，采用全自動樁基靜載測試儀獲取到每級荷載作用下的樁基沉降量，進而確定單樁承載力是否滿足設計要求[11-12]。

2 工程概況

本項目為京滬高鐵大勝關大橋樁基，試樁直徑分別為1.0 m和1.2 m，共計44根樁。根據(jù)合同要求，樁基靜載試驗一共4根，具體位置由設計確定，其中Z1和Z4承臺位置樁端持力層為強風化泥質(zhì)粉砂巖，Z2和Z3承臺位置樁端持力層為中風化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)設計圖紙要求試驗樁的最大加載為設計承載力的1.5倍。4個承臺位置樁基的基本參數(shù)見表1。其中Z1和Z4承臺位置的樁基直徑為1.0 m，樁長為65 m，設計承載力為6 000 kN，試驗要求最大加載量為9 000 kN；Z2和Z3承臺位置的樁基直徑為1.2 m，樁長為75 m，設計承載力為9 000 kN，試驗要求最大加載量為13 500 kN。

3 靜載試驗設計

3.1 試驗樁和錨樁

表1結(jié)果顯示，Z1和Z4承臺位置樁最大試驗荷載為9 000 kN，而另外兩處承臺樁最大試驗荷載為13 500 kN。其中Z1和Z4承臺位置樁試驗荷載相對較小，且位于河岸，可推薦使用堆載法試驗，而Z2和Z3承臺位置樁試驗荷載較大，所需空間大且位于河道中間，不適合堆載，本文提出采用錨樁反力法進行樁基靜載試驗。

表1 樁基靜載試驗參數(shù)

Z2，Z3位置樁基平面布置如圖1所示，設計指定6號樁和17號樁為檢測樁，2號、3號、9號、10號樁以及13號、14號、20號、21號樁為反力樁。該加載方式可以實現(xiàn)對稱加載，有效避免試驗樁偏心受壓。錨樁截面配筋如圖2所示。其中樁底高程為-65 m，地面高程為10 m。地層由上到下分別為粉質(zhì)黏土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、粉土粉砂層、強風化巖層以及中風化巖層。

3.2 錨樁抗拔力計算

表1給出了Z2,Z3承臺位置處樁基最大試驗荷載Pz=13 500 kN，由此計算的單根錨樁所受的反向拉力Nt=Pz/4=13 500/4=3 375 kN。錨樁縱向鋼筋采用38根HRB400φ25 mm螺紋鋼，抗拉強度fy=360 N/mm2，則單根錨樁所能提供的抗拔力為Ny=nfyAs=38×360×3.14×252×0.25/1 000=6 712 kN。鋼筋抗拔安全系數(shù)為K=Ny/Nt=1.99>1.5，證明2號、3號、9號、10號以及13號、14號、20號、21號樁作為錨樁滿足受力要求。

基樁的極限抗拔承載力標準值定義為：

Tk=λiqsikuili

(1)

其中，λi，qsik,ui，li分別為抗拔系數(shù)、第i層土側(cè)摩阻力標準值、樁的周長以及第i層土中樁的長度。根據(jù)甲方提供的地勘報告計算Tk=16 685 kN。

根據(jù)規(guī)范要求，承受拔力的樁基應驗算群樁基礎呈非整體破壞時基樁的抗拔承載力，計算公式為：Nk=Tk/2+Gp，其中，Gp為樁的自重，地下水以下按浮重度計算。得到：Gp=0.25×3.14×1.22×75×(25-10)=1 271.7 kN(鋼筋混凝土重度按25 kN/m3取值)；則Nk=16 685÷2+1 271.7=9 614.2 kN。

由于Nk>Nt，安全系數(shù)K=Nk/Nt=2.85>1.5，因此錨樁樁身也滿足受力要求。

3.3 試驗設備

試驗中設備儀器主要包括：50 t吊車1臺；3臺630 t千斤頂施力裝置及配套液壓泵1套；位移傳感器4個，量程為0 mm～50 mm；主梁2根；次梁4根；主次梁連接組件2套；次梁和錨樁連接件4套。

3.4 試驗步驟

根據(jù)TB 10218—2019鐵路工程基樁檢測技術規(guī)程[13]，試驗主要分為以下步驟：1)開挖成孔，灌裝成樁。完成所有試驗所需的橋墩和樁基澆筑。2)待混凝土強度達設計要求后，挖出試驗樁及錨樁樁頭。3)在試驗用樁頂部澆筑1.4 m×1.4 m的C40樁帽，并在頂部放一50 mm厚的樁頭板，用于千斤頂對稱受力，放置3臺千斤頂，千斤頂上再放一張50 mm受力鋼板，在鋼板上對稱放置主梁，兩端采用預制混凝土塊支撐。4)組裝次梁，將每根次梁對稱放置于主梁之上，并采用螺栓與主梁進行固定。次梁兩端采用預制混凝土塊進行支撐，并在次梁上部正對錨樁位置放置4個預先焊接好的枕頭鐵塊，最后采用焊接的方法將錨樁主筋滿焊于次梁上部的枕頭鐵塊上。5)在檢測樁外側(cè)6 m處布設4個φ50 mm的基準樁，并安裝好具有足夠剛度的基準梁。梁的一端固定于基準樁上，另一端簡支于基準樁上。固定好磁性表座，安裝好位移傳感器。試驗過程中應盡量避免外界振動和其他因素對試驗的影響。6)安裝完畢，檢查穩(wěn)定性。7)按照規(guī)范規(guī)定施加荷載并采用儀器自動記錄試驗數(shù)據(jù)。

本文在檢測6號樁時參照中國標準，采用單循環(huán)加載法進行試驗，采用逐級等量加載，荷載分級取最大加載量的1/10，其中第一級取分級荷載的2倍，卸載時按加載分級荷載的2倍進行。在檢測17號樁時參照美國標準[14]，采用雙循環(huán)分級加載法進行試驗，其中第一次循環(huán)加載按照設計荷載的25%～100%進行，并按照25%的模數(shù)加載，直至滿載，達到終極荷載時持續(xù)時間長度為6 h，并沿相同路徑卸載。

4 結(jié)果與分析

表2匯總了6號樁按中國標準進行試驗的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，當加載至最大試驗荷載時，試驗樁累計沉降量為21.87 mm，卸載至零后，其沉降值為5.90 mm；表3匯總了17號樁按美國標準加卸載過程中4個位移計的讀數(shù)結(jié)果，結(jié)果表明，第一次循環(huán)加載至設計荷載時，試驗樁累計沉降量為5.47 mm，卸載至零后，其沉降值為2.48 mm。第二次循環(huán)加載，試驗荷載達到設計荷載的1.5倍，試驗樁基的沉降值為12.07 mm，卸載至零后樁頂沉降值為5.79 mm。可以看出，2根樁在加載試驗荷載達到最大荷載時，樁的沉降值最大不大于0.1倍樁徑，滿足國內(nèi)TB 10218—2019鐵路工程基樁檢測規(guī)程安全性要求，也證明本文試驗具有合理性。

表2 樁基靜載試驗單循環(huán)加卸載及沉降量(6號樁)

表3 樁基靜載試驗雙循環(huán)加卸載及沉降量(17號樁)

圖3，圖4為分別采用中國標準和美國標準試驗匯總得到加卸載情況下，試驗樁的沉降位移曲線。結(jié)果表明，試驗樁在循環(huán)加卸載工況下，樁的位移能夠滿足規(guī)范的安全性要求，在最大試驗荷載作用后Q-S曲線能夠近似滿足線性。該結(jié)果證明，樁處于彈性工作狀態(tài)，滿足安全性要求。

5 結(jié)論

本文以京滬高鐵大勝關大橋樁基為研究對象，開展了樁基靜載試驗，基于錨樁反力法，確定了樁基的豎向承載力，得到以下兩點結(jié)論：

1)根據(jù)我國規(guī)范規(guī)定，錨樁數(shù)量需大于4根，但美規(guī)沒有做規(guī)定。實際工程中如果錨樁小于4根，需進行單樁鋼筋抗拉力和樁基抗拉力驗算，如果驗算不滿足，需要進行錨樁預埋鋼絞線處理。

2)按中國標準，當加載至最大試驗荷載時，試驗樁累計沉降量為21.87 mm，卸載至零后其沉降值為5.90 mm；按美國標準，第一次循環(huán)加載至設計荷載時，試驗樁累計沉降量為5.47 mm，卸載至零后其沉降值為2.48 mm。第二次循環(huán)加載至設計荷載的1.5倍時，試驗樁基的沉降值為12.07 mm，卸載至零后樁頂沉降值為5.79 mm?？梢员容^看出，采用中國標準和美國標準試驗樁最終卸載至零的累計沉降量基本接近，但在加載至最大荷載時，中國標準的累計沉降量比美國標準的累計沉降量更大，且中國標準的每級加載時間更長，更加符合鐵路大橋的實際工況，保證大橋運營期間安全穩(wěn)固。