大吨位基桩静载试验的分析与应用

2020-10-09周彩荣胡鑫印

工程质量 2020年9期

周彩荣，胡鑫印，张锋

（昆山市建设工程质量检测中心，江苏苏州 215337）

0 引言

现代建筑不断地高层化、复杂化，基础部分的承载力也不断地刷新记录。桩基作为地基基础的重要形式之一，基桩静载试验难度越来越大，尤其是地基土的承载力很难满足要求，平台的平整性控制难度大［1］。本文通过高吨位基桩静载试验的应用与分析，对静载试验过程中的地基土的承载力、平台的平整性、加载的偏心控制以及各构件的承载能力等方面进行分析，并提出相应的解决方法，以确保高吨位基桩静载试验的顺利开展。

1 工程概况

昆山金鹰 A 地块项目 2 期位于昆山朝阳路北侧、黄河路西侧、柏庐路东侧。项目主楼（酒店/办公，41 F，局部 22 F）采用钻孔灌注桩，桩径φ1 200 mm、有效桩长55 m（试桩长约 72.5 m），桩端、桩侧后注浆，单桩竖向抗压极限承载力 28 000 kN，引桩至地坪单桩竖向抗压极限承载力 29 800 kN。

本文介绍主楼灌注桩的抗压静载荷试验。试验涉及的主要设备如表1 所示，试验的过程如图1 所示。

表1 试验主要设备一览表

图1 试验流程图

2 工程应用及分析

2.1 试验桩桩顶质量控制

桩身浇灌到顶部时，由施工单位完成，本中心派人配合到现场制作同条件试块，控制桩头区域的混凝土强度。桩顶部采取加强筋配置，并对主要配筋情况采用游标卡尺复核。桩顶应制作水平，通过采用水准尺进行复核，如不水平应采用硫磺胶泥补平，防止偏心。到试验龄期时，采用回弹法先行对桩顶混凝土强度进行检测，确保强度达到设计要求后，再进行静载测试。在平台搭设前应对处理桩头混凝土强度进行回弹检测，强度应满足抗压要求，同时应用水准仪检测平台地基的平整度，处理后的地基应具有足够的强度，不发生过大沉降变形及不均匀沉降。

2.2 静载平台搭设

根据 JGJ 106－2014《建筑基桩检测技术规范》及业主要求，本次静载测试采用堆载法，对于高吨位堆载平台，地基土的承载力、平台的平整性、加载的偏心控制以及各构件的承载能力是否满足要求［2］。具体堆载设计图立面如图2 所示。

图2 堆载立面图

2.3 地基土置换

根据昆山金鹰 A 地块 2 期岩土工程勘察报告（2011－G－501）［3］提供的各土层地基承载力特征值一览表（见表2），静载反力平台地基采用碎石土换填至④层黏性土层，换填深度≥ 4 m。

表2 地基承载力特征值 f ak 一览表

以测试桩为中心 15 m×15 m 区域进行碎石土换填，边坡为 1∶0.8，换填土应分层碾压密实。每根试桩换填总方量约为 1 000 m3，要求压实系数≥ 0.94，并采用水准仪进行检查，确保换填场地水平。对地基土进行换填，满足静载要求，对试桩周边的已施工工程桩，对工程桩施工好的洞进行回填处理。

2.3.1 承载力验算

④层黏性土层埋深在 4.8～8.7 m 之间；反力台重 P 为 29 800×1.2=35 760 kN；8 个路基箱面积 S 为8×6×1.5=72 m2；路基箱底压应力 P/S=496.7 kPa。

1）若换填处理深度 4.8 m、按矩形基础 3 m×12 m 计，按式（1）计算。

换填层低经修正后的承载力：

2.3.2 沉降计算

根据 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》式（5.3.5）［4］计算条件及计算结果如表3 所示。

表3 沉降计算结果

pz+pcz=197.6+62=259.6 kPa

式中：b 为矩形基础或条形基础底面的宽度，m；l 为矩形基础底面的长度，m；pk为相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值，kPa；pc为基础底面处土的自重压力值，kPa；z 为基础底面下垫层的厚度，m；θ 为垫层（材料）的压力扩散角，°；pz为相应于作用的标准组合时，垫层底面处的附加压力值，kPa；pcz为垫层底面处土的自重压力值，kPa。

换填层修正后的承载力：

式中：fa为修正后的地基承载力特征值，kPa；fak为地基承载力特征值，kPa；ηb、ηd为基础宽度和埋置深度的地基承载力修正数，无量纲；γ 为基础底面以下土的重度，kN/m3，地下水位以下取浮重度；b 为基础底面宽度，m，当基础底面宽度＜3 m 时按 3 m 取值，＞6 m 时按 6 m 取值；γm为基础底面以上土的加权平均重度， kN/m3，位于地下水位以下的土层取有效重度；d 为基础埋置深度，m，宜自室外地面标高算起。

2）若换填处理深度 4.0 m、按矩形基础 3 m×12 m 计算，由式（1）可知：

pz+pcz=209+56=264 kPa

2.4 搭台验算

2.4.1 两个支墩的搭设

在换填土上用 25 t 吊车安置底托梁（规格 40 B 双拼），每个路基箱上设置两根，并吊放路基箱（规格 6.0 m ×1.5 m×0.25 m/7.0 m×1.5 m×0.25 m），每个支墩布置 4 块路基箱采用水准仪进行检查，在每侧支墩上布置两个点，进行水准监测，确保路基箱水平。

两个支墩点的位置控制，应通过卷尺测量，确保两侧支墩与桩中心对称。

路基箱上铺设混凝土试块，规格为 2.0 m×0.8 m× 0.7 m，3 层高，作为次梁的墩台，已考虑上部堆载时，可能引起的沉降 0.1 m 左右的空间以及主梁的高度加千斤顶的高度，故设置 2.4 m 高。

2.4.2 千斤顶的安装

预先在桩的中心线部位设置标志，在桩顶预先设置钢垫板（边长为 1.5 m，厚度为 2 cm 的厚钢板），并在中心部位预留孔洞，通过孔洞与桩的中心重合，在垫板上标注千斤顶的位置，用吊车起吊 6 只千斤顶，放在垫板上固定千斤顶的位置，从而确保 6 只千斤顶的形心与桩身重心一致。

2.4.3 主梁的安装

主梁预先用 2 个试块作为支墩，用 2 台 25 t 吊车起吊主梁，共计 2 根主梁，并确保 2 根主梁的中心线与 6 只千斤顶的形心重合。支墩采用试块，规格为2.5 m×0.66 m×0.66 m。

2.4.4 堆载平台的搭设

中次梁的安装采用 25 t 吊车进行起吊，根据安装图进行吊装，共计 4 根，中次梁上放置 10 根次梁，次梁上放置 24 根悬挑梁，中间采用混凝土次梁填充（规格为 6.0 m×0.8 m×0.4 m），用于扩展平台，上部再堆放试块，在试块进行堆放过程中，在中部增设钢板层，用以增加平台的整体性，并现场专门设置一人为总负责，指挥试块的吊装。在中次梁安装完成后，在中次梁与悬挑梁之间用连接拉杆将两者连起来，并进行收紧，确保支墩荷载在加载过程中能够提供足够的反力。试块堆放采用 2 台 25 t 吊车进行对称吊装，由中间向两侧对称吊装，并在吊装过程中对支墩采用水准仪进行水准测量，确保平台的水平性，如果发生一侧变形较大，可通过对变形较小侧先进行堆放荷载进行纠偏。

2.4.5 堆载平台的传力路径

1）搭设平台阶段。上部试块→悬挑梁→次梁→中次梁→支墩→地基土。

2）加载阶段。千斤顶→主梁→中次梁（含下拉杆的墩台荷载）→次梁→悬挑梁→上部试块。

在加载过程中，通过中次梁与底托梁之间连接的下拉杆将支座墩台上的荷载吊起，确保试验平台的稳定性。

2.4.6 上部堆载总重量的计算

1）主梁。1.8 m×0.75 m×10.0 m（2 根），重量为15 t/根。

2）底托梁（4 根）。（40 B 三拼，或双拼），重量为 1 t/根。

3）中次梁。4 根规格（1.26 m×0.5 m×10.0 m，腹板16（Q235）+30（Q345）+16（Q235）、横 20（Q345）+16+20），重量为 10 t/根；

4）次梁。规格（63 B+10+63 B）10 根，重量为 2 t/根。

5）悬挑梁。24 根，（40 B 三拼，或双拼），重量为1 t/根；内插混凝土梁 20 根，规格：6.0 m×0.8 m×0.4 m，重量为 4.6 t/根。

6）路基箱 8 个，规格：6.0 m×1.5 m×0.25/7.0 m× 1.5 m×0.25 m，重量为 1.5 t/个。

7）悬挑梁平台上堆载重量。上部堆载平台上的试块为：8×12×12×2.5=2 880 t；下部两个墩台提供的总重量为：2×2.5×4×12 ×2.4=576 t；

钢结构平台及混凝土梁部分重量为：

2×15+4×1+4×10+10×2+24+4.6×20+1.5×8=222 t；

故上部堆载总荷载为：2880+576+222=3 678 t＞1.2×2 980=3 576 t。

2.4.7 基准桩的安装

本次试验采用 2 根长的 63 B 型钢作为基准桩（具有一定的刚度），基准桩在开挖换填土时，就进行埋设，基准桩进入 4 层稳定土，尽可能减小加载测试过程对基准桩的影响。基准桩一侧为简支，另一侧为铰支。

2.5 试验过程

1）加载和卸载分级如表4 所示。

表4 加载和卸载分级 kN

2）沉降观测和稳定标准严格按照 JGJ 106－2014《建筑基桩检测技术规范》执行。加载过程将采用自动化控制，严格按照昆山市住建局关于桩基检测的要求，实施检测数据远程上传，并密切关注桩顶 4 个百分表的位移，如果位移相差较大（2 mm 以上），应分析偏心的原因，对于其他有关检测数据异常情况应严格按照中心规定进行上报。在加载过程，对基准桩的变形采用水准仪进行人工观测（观测时间同桩顶的沉降采集时间），进而对桩顶的沉降观测进行修正，确保数据的准确性。

加载过程中的安全控制包括以下几点。①在静载平台边缘 10 m 范围内设置试验区域，用警示绳标注，并设施相应指示牌。在检测期间，该区域内不得停放吊车、检测用房等设备，不经试验人员同意，非相关人员不得进入检测现场；②在试验过程中，在堆载平台上 4 个角设置反光贴片，采用全站仪进行平台的倾斜控制，相邻点差异沉降达到 1 cm，应停止试验，分析原因，并对试验平台进行加强处理，如增加外包设施，确保平台不发生倾翻。

通过高吨位基桩静载试验的应用与分析，对静载试验过程中的地基土的承载力、平台的平整性、加载的偏心控制以及各构件的承载能力等方面进行控制，保障了高吨位基桩静载试验的顺利开展。