浅谈大吨位单桩竖向抗压静载锚桩压重联合法检测技术

■高志先 ■中山市冠安建设工程质量检测有限公司，广东 中山 528467

单桩竖向抗压静载荷试验的加载装置常用的有4 种形式:锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置和地锚反力装置。地锚反力装置常用于吨位较小的静载荷测试，锚桩压重联合反力装置则结合了前2 种装置的优点，并且在现场场地狭窄，锚桩又不能满足反力要求的情况下，更显示了其独特的优点。

1 锚桩压重联合法参数计算

本文所探讨的新型锚桩压重联合法中“压重”不是压在横梁之上，而是将“压重”堆载变成独立的一根“锚桩”，也即相当于不够的锚桩数量用堆载的办法来替代，或者也可以称之为3 +1 法，“3”指的就是3 根锚桩，而“1”指的就是压重。同样本锚桩压重联合法的反力也是由锚桩和配重两部分组成，那么应分别计算出锚桩所提供的反力，再根据单桩竖向抗压承载力特征值反算出我们所应该堆载的压重。

1.1 单根锚桩所能提供的最大反力f锚计算

单根锚桩所能提供的最大反力f 锚，应该由锚桩桩身侧摩阻力、锚桩锚杆(钢筋)最大承载力、锚桩锚杆(钢筋)与桩体混凝土粘结力确定。且单根锚桩所能提供的最大反力为以上三个数值中的最小值，而且尚需一定的安全储备。

①根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008 有关经验参数法［2］，单根锚桩桩身侧摩阻力计算如下:

式中Qsk—总极限侧阻力标准值(kN);

qsik—第i 层土的极限侧阻力(kPa)

Li—桩周第i 层土的厚度(m);

u—桩身周长(m);

②根据《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22-2005)［3］锚杆的最大试验荷载不宜超过锚杆杆体极限承载力的0.8 倍。所以单根锚桩锚杆(钢筋)最大承载力的计算如:

式中f1—锚桩所能提供的最大反力(kN);

n—锚筋的根数;

r—锚筋的直径(mm);

σs—锚筋的屈服强度(N/mm2)。

③锚桩锚杆(钢筋)与桩体混凝土粘结力具体的计算方法如下:

式中f1—锚筋所能提供的最大粘结力(kN);

r—锚筋的直径(mm);

L—锚筋的长度(mm);

C—锚筋的粘结强度(N/mm2)(钢筋与混凝土的取值一般为2.5-6.0);

n—锚筋的根数。

④一般情况下，可取以上3 个数值Qsk、f1、f2的最小值为单根锚桩所能提供的最大反力为f锚。而f锚还应满足一定的安全储备要求，即:

式中fak——被验收试桩的单桩竖向抗压承载力特征值(kN);

2.0—规范规定最大加载不少于单桩竖向抗压承载力极限值;

1.2—规范规定加载反力装置提供的反力不得小于最大加载量的1.2 倍;

m—计划使用锚桩数量，一般为4～6 根。

1.2 堆载配重量的计算

堆载的配重重量按照设计承载力特征值进行如下验收，必须满足以下公式:

2 工程应用实例

2.1 工程概况

某石化商储库拟建4 个LNG 储罐，单个储罐容量16 万立方米，采用大直径钢筋混凝土钻孔灌注桩基础，桩径D=1200mm，混凝土强度等级为C40，每台罐布桩367 根，桩体钢筋布置均为:直径25mm 和直径32mm 的钢筋各28 根，每一大一小两根合并组成一组，共计28 组，钢筋材质均为HRB400E，设计单桩竖向抗压承载力特征值为6500kN。

2.2 检测方法的确定

因采用无施工逢技术，所有灌注桩的桩顶水平标高出露地面1.5米，桩体形成石林状，吊车难以进入，配重堆载场地也并不具备，传统的堆载方法根本无法采用。在罐体里面的桩可以采用锚桩法进行验收试验，但最外两排桩中有部分桩超声波检测发现缺陷，监理与业主强调必须对最外两排桩进行单桩竖向抗压静载试验，由于验收工地不允许截桩，因此不能用单纯的堆载法进行静载试验，我们就采用了3 +1 形式的变形锚桩配重联合法解决了这个问题。

2.3 锚桩配重联合法载荷试验操作程序

锚桩配重联合法荷载试验在设置上部荷载时，按照如下的操作步骤进行:

(1)将所做试验桩铺上10cm 厚的砂，使之水平、均匀，将整体的直径90cm 的垫箱放置于桩顶，将千斤顶均匀呈品字形至于垫箱上，使之千斤顶的中心点与桩中心一致。

(2)依次将主梁、次梁、配重按照要求摆好。配重之下放置工字梁，工字梁与次梁之间以锚筋连接，焊接方式为双面16cm。这一过程应尽量的使钢筋长度均匀，受力均匀。

(3)将千斤顶、油泵，表与仪器都连接好后，进行预应力设置。设置过程如下:加预压将钢筋调直，然后卸载至次梁与连接钢筋分离(最后一根刚刚开始分离)，如果此时次梁与连接钢筋存在空隙高度不一，将薄层钢垫片放置于空隙较高的钢筋连接处，使之受力一致。

(4)在加压过程中对各锚桩进行监测，一旦发现某根锚桩的上拔量过大或者突然增大，则停止加载。

(5)在载荷试验开始前后均对试验桩和锚桩均进行低应变检测，以确定试验对锚桩的影响程度。

2.4 加载与观测

根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014，本次试验采用慢速维持荷载法，每级荷载达到相对稳定后再施加下一级荷载。

(1)加载分级:共分10 级加载，每级加载量为预估最大荷载的1/10，第一级按2 倍分级荷载加荷。最大荷载为2 倍的设计值。

(2)沉降观测:每级加载后间隔5、10、15min 各测读一次沉降，以后每隔15min 测读一次，累计1h 后每隔30min 测读一次。

(3)沉降相对稳定标准:每小时的沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次(从分级荷载施加后第30min 开始，由1.5h 内连续三次观测值计算)，认为达到相对稳定，可加下一级荷载。

2.5 锚桩配重联合法载荷试验注意事项

在工程实际进行过程中，有如下几点是决定实验成败的关键:

(1)堆载配重下预埋工字梁，工字梁应具有足够的强度，强度应该满足在极小的弹性形变下可以提够足够的反力，不至由于工字梁的变形过大而导致千斤顶的行程不够、或者工字梁无法承受试验的重量而导致试验失败。

(2)工字梁与次梁之间用钢筋连接，钢筋可以做成U 字型，U 字型下部埋在工字梁下，上部分别与次梁连接。连接的方式为:把锚筋做成“丁”字卡头，次梁上面搁置铁板夹子，用夹子将锚筋夹住。夹子的空隙的大小应能保证钢筋穿越，但同时要小于“丁”字上面的一横的宽度。夹子最好要焊接而成，以保证有足够的强度，不在钢筋的拉力下发生弯矩和扭矩变形，“丁”字卡头上面的一横要足够结实，最好的办法是双侧焊接帮筋，且长度大于锚接钢筋直径的10 倍。

(3)应在试验现场规划好堆载配重的位置，使其在次梁上产生的力臂与锚桩的力臂一致或略大一点。如果设置不合理，配重的力臂过短，则容易将配重抬离地面。或者也可以通过计算适当的多搁置一些配重。

3 心得与体会

通过采用3 +1 锚桩压重联合法很好的完成了国家重点工程LNG罐的检测任务，未出现钢筋拉断及锚桩或配重失效等情况。因此我们觉得当在进行单桩竖向抗压静载荷试验时，由于可用作锚桩的数量不够，或者对称性不良时，通过堆载替代其中一个或两个锚桩的作用，由锚桩和堆载体共同承受千斤顶加载反力是非常有用的试验方法。

以上是作者在应用过程中的一点体会，不当之处请大家指正。

［1］陈伏君.田玉德.王风安.初谈锚桩压重联合反力装置在静载试验中的应用.第九届全国工程建设无损检测技术学术会议论文，2006.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.北京:中国建筑工业出版社，2008.