大吨位单桩竖向抗拔静载试验技术

刘冬冬

(安徽省地质实验研究所,安徽 合肥 230041)



大吨位单桩竖向抗拔静载试验技术

刘冬冬

(安徽省地质实验研究所,安徽 合肥 230041)

结合工程案例，对大吨位单桩竖向抗拔静载试验技术方法进行探讨，研究其可行性和经济性，为单桩竖向抗拔承载力检测提供一种可行、可信的检测技术。

人工挖孔混凝土灌注桩；单桩竖向抗拔静载试验；专用锚具

近年来，在包括大型建筑、桥梁、输配电线、污水处理等各类重点建设工程领域，基桩抗拔性能越来越受到人们的重视。对于设计给出的单桩竖向抗拔极限承载力较高的基桩，如何检测其承载力已经成为一个重要的课题[1]。本文结合具体工程实践，对大吨位单桩竖向抗拔静载试验技术方法进行研究、探讨，为解决此类问题提供一种可行、有效的技术。

1 工程概况

某商务写字楼D楼地下车库位于合肥市政务文化新区东流路与潜山路交口东南侧，该工程由中国建筑技术集团有限公司设计，楼高46层，地下4层，框架、剪力墙结构，基础设计为人工挖孔混凝土灌注桩[2]，设计桩长15.5～20.0 m，桩身直径1 600～2 300 mm，桩端直径2 900～4 500 mm，其中抗拔桩170根。

2 工程地质概况及设计参数

该工程场地土层分布描述如下：①杂填土，褐灰色、褐黄色等杂色，松散-稍密状态，湿-很湿，夹较多碎石、灰渣、建筑垃圾；②1黏土，褐黄、灰黄色，硬塑状态，湿-很湿，地基承载力特征值[3]fak=250 kPa，人工挖孔混凝土灌注桩桩侧阻力标准值[4]qsik=80 kPa；②2黏土，黄、棕黄、灰黄色，硬塑状态，湿，含铁锰质结核、少量高岭土，qsik=90 kPa；③全风化土，灰夹白、暗红色，中密-密实，湿，含钙质结核，qsik=90 kPa；④强风化砂岩，紫红、暗红色，较密实，很湿，qsik=100 kPa；⑤中风化砂岩夹泥岩，紫红、暗红色，以砂岩为主，夹薄层泥岩，大部分为泥质胶结，中厚层状构造，岩样质量等级为Ⅴ级[5]，qsik=120 kPa；⑥中风化砂岩夹泥岩，紫红、暗红色，以砂岩为主，夹多层薄层泥岩，大部分为泥质胶结，中厚层状构造，岩样质量等级为Ⅴ级，qsik=120 kPa。

本次单桩竖向抗拔静载试验选取的试验桩参数：桩身直径D=2 200 mm，扩大头直径D1=4 000 mm，混凝土强度等级C30，桩端持力层为第⑤层：中风化砂岩夹泥岩，纵向由60根Φ32钢筋组成，桩长约16.6 m，桩端进入持力层深度4 000 mm。

3 单桩竖向抗拔静载试验技术方法

受建设单位委托，我单位承接了该工程的试验任务，为做好此次试验，进行了认真的分析研究：单桩竖向抗拔静载试验目前国内传统的方法是采用支承桩或天然地基提供试验反力，马鞍连接受检桩钢筋与反力钢梁组成加荷系统。受检桩钢筋与反力系统的焊接质量难以保证、支承桩与受检桩距离较远，对反力梁的长度要求过高，导致投入的人力、物力较多，并且随着桩径和桩长的增大，所需要的反力亦随之增大，传统方法已很难满足要求[6]。在仔细查阅相关资料后，结合试验经验，决定采用专用锚具，通过钢梁、钢板，利用天然地基土提供反力的方法进行该项目的单桩竖向抗拔静载试验。

3.1 试验设备

常规仪器设备包括全自动静力载荷试验仪、油压传感器、位移表、2台800 t千斤顶、超高压油泵站、2根9 000 mm长基准梁等。

使用的钢梁、钢板数量及规格：2根10 m长主梁(单根梁荷载能力15 000 kN)、16根12 m长工字钢(单根梁荷载能力1 000 kN)、4块6 m×2 m矩形钢板。设备反力系统荷载能力约15 000 kN[7]。

配套试验专门定制的专用锚具，如图1～图3所示。

图1 专用锚具(刚性圆板和专用拉杆) 图2 专用锚具侧视图 图3 专用锚具细节图

3.2 试验可行性验算

(1) 本次试验最大吨位。本次单桩竖向抗拔静载试验最大试验荷载不小于试验桩(Z22型)单桩竖向抗拔承载力特征值的2倍[8](6 600 kN×2=13 200 kN)，试验时取13 200 kN。

(2) 天然地基土提供反力验算。天然地基土(现场开挖至第②1层：黏土)可提供反力：fak×S=250 kPa×8×0.36 m×12 m×2=17 280 kN>13 200 kN，满足要求。

其中，fak为地基土承载力特征值，S为工字钢所铺设的面积。

(3) 设备平台荷载能力。设备平台荷载能力不小于15 000 kN>13 200 kN，满足要求。

(4) 专用锚具提供锚固力验算。生产商提供的单组夹具可提供抗拔力不小于250 kN，共使用60组。本次试验专用锚具可提供锚固力：250 kN×60=15 000 kN>13 200 kN，满足要求。

(5) 钢筋强度提供抗拔力验算。普通二级钢筋受拉强度设计值[9]300 N/mm2, Z22型人工挖孔混凝土灌注桩轴向配筋由40Φ32和20Φ32组成，单根Φ32钢筋截面面积为804.3 mm2。

人工挖孔混凝土灌注桩钢筋强度可提供的抗拔力：804.3 mm2×(40+20)×300 N/mm2×10-3=14 477.4 kN>13 200 kN，满足要求。

3.3 设备安装

设备安装顺序：工字钢铺设于地面、锚具放置试验桩(对称)、主梁架于工字钢上、千斤顶架于主梁之上、 顶部用专用夹具(顶梁)与螺杆固定。安装情况见图4所示。

4 试验结果

我们按此种方法对本次工程进行了三根桩单桩竖向抗拔静载试验，选取其中S1-64#为例,试验结果见表1所列。

表1 64#桩单桩竖向抗拔试验结果

从单桩竖向抗拔静载曲线上可以看出，前期线性阶段抗拔力与桩顶位移按比例增加，桩顶上拔量稳定时间较短；随着桩土相对位移的增大，上拔位移量比侧阻力增加的速率快，桩顶上拔量稳定时间较长；到后期桩的位移量上升较快[10]。

5 结束语

从经济性和可行性方面分析，为进行本次检测工作，定制了一个专用锚具(如图1、2、3)，其由数种带卡槽、面积不等的刚性圆板、顶梁和专用拉杆组成，刚性圆板按面积大小从上到下依次递减，形成倒锥形结构(如图3)，当抗拔承载力较高时，下方的圆板可增加锚具的刚度。该专用锚具的突出优点在于可根据实际抗拔桩的桩径和承载力要求调整刚性圆板尺寸，从而保证受拉钢筋的垂直度，并可在试验前进行预拉处理，以适应较大吨位单桩竖向抗拔承载力检测的需要(试用于桩径800～2 200 mm，承载力约在4 000～15 000 kN)，达到循环使用的目的。本次试验其他成本包括：设备运输费用、现场吊装费用、现场技术人员的服务和安装工人的劳务费用等。成本可控。

从质量、安全方面，完全可以满足现行规范及相关要求。采用此种试验技术方法，其方法可行、质量可信、安全可靠、成本可控、设备可循环利用，可为解决如何检测较大吨位单桩竖向抗拔承载力提供了一种较好的技术方法。

[1] 侯伟生.建筑工程质量检测技术手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.

[2] 史佩栋.桩基工程手册[M]. 北京：人民交通出版社,2008.

[3] GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[4] JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[5] GB/T 50218-2014,工程岩体分级标准[S].

[6] 陈 凡.桩基工程质量检测中一些尚待解决的问题[A]．岩土工程青年专家学术论文集[C].北京：中国建筑工业出版社,1998.

[7] GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].

[8] JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[9] GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[10] 陈 凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.

欢迎订阅2016年《工程与建设》

《工程与建设》(以下简称本刊)主管单位为安徽出版集团有限责任公司，主办单位为时代出版传媒股份有限公司、安徽省住房和城乡建设信息中心。本刊为建筑科学类工程技术性期刊，面向城乡规划、建筑、建材、道路桥梁、水利水电、交通、市政、港航、环保及矿山工程等专业，竭诚为工程建设界的科研、技术、管理人员服务，为高校相关专业师生服务。本刊属大土木类专业期刊，专业性强，内容丰富。

本刊创刊于1987年，双月刊，在工程建设界有一定影响。本刊为中国核心期刊(遴选)、《中国学术期刊(光盘版)全文收录期刊》《万方数据—数字化期刊群》《中文科技期刊数据库》来源期刊和《书生数字期刊》入编期刊。本刊近年期刊评价指标在全国土木建筑类期刊中稳居第一方阵。本刊设有研究与探索、建筑与规划、勘察与测量、工程设计、抗震研究、试验与检测、建筑材料、建筑节能、智能建筑、地基与基础、建造技术、工程管理、城建档案等多个专栏，覆盖面宽，针对性强，既服务于当前工程建设领域工程实践，又涉及工程建设领域前沿动向，对工程建设界的科研人员、技术人员、管理人员具有较高参考价值，是广大工程技术人员、管理人员的良师益友。本刊逢双月出版，国内外公开发行(发行多个国家和地区)，2016年每期定价20元，全年定价120元。欢迎各地图书馆，城建档案馆，科研、设计、施工单位，高校院系资料室及广大读者订阅。本刊自办发行，订阅可直接与本刊编辑部联系，或登陆杂志社网站在线订阅。

本刊从事广告经营业务，欢迎各类勘察设计、施工监理、建筑装饰、房屋开发、工程检测企业单位和高校院系、科研院所及生产厂家惠顾。广告采用铜版纸彩色印刷，价格优惠。广告经营许可证：3401004001501。

本刊编辑部通讯地址：合肥市屯溪路193号合肥工业大学125信箱

邮政编码：230009

联系电话：0551-62903832 62903953

电子信箱：gcyjs06@163.com 网站：www.ahjsxx.net

《工程与建设》杂志社

2016-05-09；修改日期：2016-05-12

刘冬冬(1984-)，男，安徽合肥人，安徽省地质实验研究所工程师．

TU473.1

A

1673-5781(2016)03-0372-03