混凝土灌注桩抗拔静载试验应用研究

罗建彬

健研检测集团有限公司，福建 厦门 362000

0 前言

随着城市的不断发展，土地资源越来越少，为了节省用地建筑地上和地下的层数都越来越多，在风载和地下水浮力的作用下，基础所承受的抗拔力也越来越大。抗拔桩在工程中的运用也越来越广泛，为了验证基桩的抗拔承载力，保证工程质量，现场原位试验在确定单桩竖向抗拔承载力中的作用就更为重要。单桩竖向抗拔静载荷试验就是采用接近于竖向抗拔桩实际工作条件的试验方法，确定单桩的竖向抗拔极限承载能力，是最直观、最可靠的方法。虽然相关技术规范规定了试验方法，但设计单位为了降低工程造价，往往采用减少总桩数，提高单桩承载力设计值，甚至是因为经验不足导致基桩的部分参数未考虑检测试验的需要，给试验带来一定的困难。本文结合工程实例，对检测过程中遇到的问题进行分析，并提出了相应的解决方案。

1 工程实例

某工程抗拔桩设计参数：桩身混凝土强度C30，桩径1100mm，桩长约30m，主筋18 C 20，设计抗拔承载力极限值为2200kN。该桩附近地质情况如下：①、粉质粘土：土层厚度约9.2m，承载力特征值180kPa，抗拔系数0.7，桩侧极限摩阻力标准值40 kPa；②、含砾粉质粘土：土层厚度约18.2m，承载力特征值200kPa，抗拔系数0.7，桩侧极限摩阻力标准值50 kPa；③、中风化灰岩：土层厚度约2.3m，承载力特征值3000kPa，抗拔系数0.7，桩侧极限摩阻力标准值250 kPa。

2 试验方案

2.1 反力系统

抗拔试验反力装置宜采用反力桩（或工程桩）提供支座反力，也可根据现场情况采用天然地基提供支座反力；反力架系统应具有不小于1.2 倍的安全系数。因现场条件限制，更多的是采用天然地基提供反力。

采用天然地基提供反力时，两边支座处的地基强度应相近，且两边支座与地面的接触面积宜相同，施加于地基的压应力不宜超过地基承载力特征值的1.5 倍，避免加载过程中两边沉降不均造成试桩偏心受拉，千斤顶作用点应与支座中心重合。

本试验拟采用2 片1m×6m×0.5m 钢箱梁作为反力支座，接地面积为12m2，对地面产生的压应力为：σ=2200kN/12m2=183.3kPa ＜1.5×180kPa=270kPa满足要求。

2.2 加载装置

加载装置采用油压千斤顶，将两个千斤顶分别放在反力桩成支承墩的上面、主梁的下面，特制的搭接钢筋上端卡入主梁上的抗拔头的卡槽中，下端与桩身主筋焊接，千斤顶顶主梁，通过“抬”的形式对试桩施加上拔荷载，该方案的优点是：安装方便，稳定性好，安全性高。

为规范［1］的要求，反力支座与试桩之间的中心距离要大于等于4d=4.4m，加上反力支座的宽度，反力梁的长度应大于9.8m，为了节约检测成本，本工程试验反力梁采用钢梁长10.5m，满足要求。

2.3 搭接钢筋安装焊接

抗拔头：两侧对称布置若干卡槽、防护钢筋定位孔。安装时放置在主梁顶面，试桩正上方用于固定搭接钢筋，把荷载传递至试桩。

搭接主筋直径、数量选择宜与桩身主筋一致，搭接钢筋上端制作见图1，根据抗拔头卡槽的宽度，选择2 段大小合适的钢筋作为帮条钢筋，两端一定要切割平整，按图1 所示进行双面焊接，两根短钢筋底部一定要平齐。搭接钢筋制作好后，上端先卡入抗拔头卡槽，搭接钢筋下端与桩身主筋进行搭接焊，当无法进行双面焊时可采用单面焊。焊接时应使搭接钢筋上端的帮条钢筋紧密的卡在抗拔头卡槽上。焊接技术要求［2］：双面焊焊缝长度≥5d，单面焊焊缝长度≥10d，焊缝厚度s ≥0.3d，焊缝宽度b ≥0.8d。（d 主筋直径）搭接钢筋焊接完成后，将防护钢筋抗拔头卡槽外侧的定位孔中，防止试验过程中钢筋蹦出造成事故。

图1 搭接钢筋上端做法示意图

2.4 位移测量装置的安装

根据规范［1］的要求，基准桩与试桩中心的距离不小于4倍桩径，因此两基桩桩间的基准梁长度也就不小于8.8m。因基准梁较长，在风力、气温的影响下，基准梁的变形对试验数据有一定的影响，特别是在桩身位移较小时。所以适当采取防护措施，以减少影响，比如用帆布进行遮挡。

2.5 主筋抗拉验算

根据规范［1］的要求，最大试验荷载不得大于钢筋的设计强度，由设计参数可知，该工程抗拔桩采用HRB400 钢筋，强度设计值为360MPa，在最大试验荷载时钢筋的内力为：σs==389MPa ＞360MPa，试桩主钢数量不足。

为完成试验可采用植筋的方法增加抗拉钢筋数量。增加钢筋数量应为偶数且增加钢筋的直径应与原有配筋一致。拟在桩顶面植入4 根C 20 后，钢筋的内力为：

满足要求。植筋应按混凝土结构后锚固技术规程进行设计，植筋与混凝土边缘距离不小于5d，且不小于100mm，植筋间距不小于5d。植筋深度可由公式［4］计算：

2.6 千斤顶率定修正

为了避免受检桩偏心受载，试验采用两台同一型号规格的千斤顶并联同步加载。试验方案千斤顶上部的钢梁及抗拔头自重较大：主梁重120kN，抗拔头重3kN，共123kN。如果按千斤顶校准证书所提供的率定方程进行实验，在最大荷载作用下桩身所受的实际上拔荷载只有2077kN。为获得准确的基桩抗拔承载力应对千斤顶率定进行修正。修正方法如下：

本试验采用2 台QF200t-20b 千斤顶，率定方程分别为：y=0.03131x-1.89675；y=0.03167x-1.12808.连接2 台千斤顶的油路压力相等，试验荷载等于2 台千斤顶出力之和，其荷载-压力值关系方程为：y=0.01574x-1.51461。（y-千斤顶加载油路压力；x-荷载；ai、bi-千斤顶率定方程系数，单个千斤顶率定方程y=aix+bi；n-千斤顶个数。）

修正后的并联千斤顶率定方程为：

（Q-试验方案中千斤顶上部的反力梁及抗拔头自重。）

3 结论

（1）当试验采用地基土做反力时：应根据单桩竖向抗拔承载力极限值，验算地基土承载力能否满足规范要求；反力主梁、基准梁应有足够的长度以满足试桩中心与压重平台支墩边、试桩中心与基准桩中心、基准桩中心与压重平台支墩边的距离的要求。

（2）灌注桩单桩抗拔静载试验前，应对主筋的抗拉强度进行验算，当主筋的抗拉强度超过规范要求时，可通过植筋增加钢筋数量，以达到了规范要求，植筋的数量应为偶数且钢筋直径与桩身配筋相同。

（3）若反力架系统加载千斤顶上部装置的自重较大，应对千斤顶率定方程进行修正，确保试验结果的准确性。