单桩竖向抗压静载试验检测操作方法及结果分析

张兴长

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065）

单桩竖向抗压静载试验检测操作方法及结果分析

张兴长

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065）

文章通过对安平特大桥墩台基础单桩竖向静载试验，表述了试验反力装置的受力计算及设计方法。在试验分级加载过程中采用静力载荷测试仪自动控制系统采集数据，大大降低了人工采集数据的误差，为试验结果分析提供可靠的基础资料。采用该试验方法安全快捷，能准确判断试桩承载力是否满足设计要求。

竖向抗压；反力装置；数据采集

（一）概述

1.工程概况

安平特大桥位于新建京沪高速铁路土建工程JHTJ-3标段北京至徐州段桥邹城市境内。为32～32m预应力混凝土简支箱梁，本桥全长1502.18m。本桥基础1#～5#、11#、12#桥墩和京方桥台为钻孔桩基础，其他为明挖基础。桥址范围内地层上部覆盖层为新生界第四系洪、坡、残积以及冲积、湖积层，主要岩性为粉质黏土、砂类土等，下伏基岩为斜长花岗岩。桥址区沿线地下水水位埋深较深，一般埋深大于10m，局部地段3～5m。

2.设计概况

按设计要求对本桥3#墩基础灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验检测，试验桩为2#桩，其平面布置及设计参数分别见图1、表1。

图1 试桩及锚桩平面布置示意图

表1 2#桩主要设计参数表

（二）单桩竖向抗压静载试验操作方法

1.锚桩设计

采用三根锚桩加一侧配重方案，三根锚桩分别借用 1#、3#、6#工程桩，锚桩的配筋数量和直径均根据设计抗拔反力进行单独计算、加强。一侧配重=单桩竖向抗压承载力试验值*安全系数/4=4593*1.3/4=1493KN。

（1）锚桩主筋强度校核

锚桩主筋受力验算公式：单根锚桩主筋应力=（单桩竖向抗压承载力试验值-配重）*安全系数/（锚桩数量*主筋截面积*主筋数量）

锚桩设计主筋为16Φ20，本次试桩要求锚桩主筋最大应力为：σ=4593000*1.3/(4*3.14159*102*16) =297N/mm2

主筋采用HRB335，钢筋的极限应力取300N/mm2。

设备自重可作为储备考虑，主筋强度满足要求。

（2）锚桩抗拔力计算

锚桩抗拔侧阻力按下式计算：

式中ukT——基桩抗拔极限承载力标准值；iu——桩身周长，对于等直径桩取du= ；sikq——桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值，查《建筑桩基技术规范》（JGJ94080505）表5.3.5-1极限侧阻力标准值取值；iλ——抗拔系数，查《建筑桩基技术规范》（JGJ94080505）表5.4.6-2取值。

计算结果见表2。

表2 锚桩侧阻力计算表

从计算表中，3根锚桩的极限抗拔力为：2291*3=6873kN

安全系数f=(6873+1493)/4593=1.82

满足反力不小于最大试验荷载的 1.3倍的低限。另外设备自重可作为储备考虑。因而，锚桩设计是能满足要求的。

根据上述计算，最终确定锚桩施工为：锚桩桩径Φ1000,桩长17m；钢筋笼主筋采用原设计主筋16Φ20(通长，出露桩顶1500cm)，加劲筋Φ20＠2000，承台底以下3m范围内箍筋加强，绕筋加强段φ10＠100，非加强段φ10＠200。锚桩桩顶高程为117.465m，桩底高程为100.465m，混凝土强度等级为C30，锚桩数量共3根。一侧配重为1500KN钢筋。

2.试验平台处理

桩基施工完成后，开挖承台基础时同时开挖配重放置平台，按设计桩顶高程凿除桩头后，浇筑15cm厚C20混凝土垫层。试验平台布置见图3。

3.试桩处理

单桩竖向抗压静载试验的受检桩进行了桩头加固处理（见图4），具体操作如下：

a.试桩先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土，凿除后使桩头顶面平整。

b.桩头主筋全部直通至桩顶混凝土保护层之下，并使主筋保持在同一高度上。

c.距桩顶1.5m（1.5倍桩径）范围采用5mm厚钢板围裹，桩顶设置50×50mmф10钢筋网片3层，间距100mm。用强度C40混凝土（桩头混凝土强度宜比桩身混凝土提高1～2级，且不得低于C35）将其浇灌成一体，并将桩头抹平。

图4 试桩桩头配筋示意图

4.试验加载装置

本次试验使用了锚桩+配重+横梁反力装置，反力装置采用25t汽车吊吊装。其装配及附件详见图5。

图5 反力装置装配图

试验加载时，通过锚桩、配重、横梁联合装置提供反力，用油压千斤顶在承压板上逐级加压，用位移传感器（在桩的两个正交直径方向对称安装的 4个位移传感器）测读每级荷载的沉降量。加载、补压、控载、判稳及测读记录沉降量的全部工作均由RS-JYB（或JCQ-503A或JCQ-503B或JK-Ⅲ）型静力载荷测试仪自动控制完成。

图6 试验装置示意图

5.试验加载方法

单桩竖向抗压静载试验采用慢速维持荷载法，加载分 9级进行，其中第一级取分级荷载的 2倍，后采用逐级等量加载，等量荷载为最大加载量的1/10。卸载分5级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍。具体加载、卸载量见表3。

表3 静载试验主要技术参数

每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔 30min读一次。每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第30min 开始，按1.5h连续三次每30min 的沉降观测值计算），即可加下一级荷载。

卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，测读桩顶残余沉降量，维持时间为 3h，测读时间为第 15、30min，以后每隔30min测读1次。

当出现下列情况之一时，可终止加载：

（1）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的 5倍（注：当桩顶沉降量能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm）。

（2）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。

（3）已达到设计要求的最大加载量。

（4）当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。

（5）当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

（三）结论

通过该试验操作，了解了单桩竖向抗压静载试验过程中反力装置设计及安装方法。同时该试验数据采集采用静力载荷测试仪自动控制，降低了人工采集数据的误差，提高了数据的精准度，为试验结果分析提供可靠的基础资料，能准确判断试桩承载力是否满足设计要求。且试验过程安全快捷，从反力装置安装到试验检测、试验装置拆除需5～7天。

[1] 中国建筑科学研究院主编.建筑桩基技术规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2] 中国建筑科学研究院主编.建筑桩基检测技术规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

U443.2

A

1008-1151(2011)05-0069-02

2011-02-18

张兴长（1977－），男，陕西蒲城人，中国水电建设集团十五工程局有限公司京沪高铁项目部工程师。