精轧螺纹钢筋反力装置在室内基桩静载试验的应用研究

黄林伟

董 跃1

吴宝杰2

徐芫蕾2

黄永丰1

1.浙江省建设工程质量检验站有限公司，浙江 杭州 3100122.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012

1 概述

既有建筑加固改造工程对于既有桩基等地基基础承载力提出了更高要求。在室内空间受限等情况下，如何对加固前和加固后的桩基等地基基础承载力开展简洁、有效、可靠地检测成为一个难题。

传统基桩检测的反力装置有压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置和锚桩压重联合反力装置。但既有建筑的场地条件限制，压重平台反力装置即堆载法不可行，而锚桩横梁反力装置需要利用现有工程桩或重新进行打桩，该方法受施工条件、施工成本限制，现场可操作性较小［1-2］。

近年来，随着各种建筑结构维修改造技术的不断发展，植筋技术被广大科技人员关注，已有研究资料及工程应用实践证明，植筋具有性能可靠、操作简单、施工工期短的特点。于是，根据既有建筑特点，并结合植筋工艺进行技术改造，可为既有建筑基桩检测技术提供一个新的研究方向。

2 装置研发

精轧螺纹钢筋反力装置，也称预应力混凝土用螺纹钢筋反力装置，主要由精轧螺纹钢筋锚杆、反力钢梁和千斤顶组成，其优点是作业面小、自重轻、操作灵活，且可利用既有建筑自重实现室内基桩静载试验。

根据工程要求，设计一套适用于单桩竖向抗压静载试验最大加载量不超过600 t 的精轧螺纹钢筋反力装置，该反力装置主要应用于桩筏基础的单桩竖向抗压静载试验。若需应用于单桩单柱基础或多桩承台基础的单桩竖向抗压静载试验，则需通过增强底板刚度、扩大承台或增设传力梁等措施以满足锚杆布设需求。

反力装置的主要构件如下：

1）既有建筑≥0.9 m 厚筏板及其满足反力要求的建筑自重，筏板混凝土强度等级≥C35；

2）12 根φ32 mm 的PSB930 精轧螺纹钢筋，长度为0.9 m，植筋孔孔径为90 mm，灌浆材料采用H-40无收缩高强灌浆料；

3）长度2.4 m 的焊接箱形钢梁，钢材采用Q345，最大截面为300 mm×800 mm×40 mm，为减轻钢梁自重，荷载最大处采用加腋、叠梁措施。

4）根据静载试验结果，若受检桩承载力满足设计要求，可通过传力钢柱将受检桩桩顶压力加载至柱底反力计算所需荷载，并且采取稳压措施，再进行底板封闭；若受检桩承载力不满足设计要求，则根据加固设计要求进行处理。

精轧螺纹钢筋反力装置见图1，根据相关规范［3-5］，各构件验算如下：

1）单根锚杆锚固体与混凝土的粘结强度验算：

满足要求。

2）锚固体与精轧螺纹钢筋的粘结强度验算：

满足要求。

3）精轧螺纹钢筋的屈服强度验算：

满足要求。

4）筏板抗冲切验算：

取单根精轧螺纹钢筋锚杆最大拉力FL=500 kN，查表得：βs=2.0，βhp=0.983，ft=1570 kPa

受冲切混凝土冲切抗力：

冲切临界截面上的剪应力最大值：

满足要求。

5）钢梁截面验算

取钢梁最大剪切力Fy=3000 kN，最大弯矩My=3000 kN·m；材料抗拉强度f=295 MPa，材料抗剪强度fv=170 MPa。

钢梁截面正应力验算：

满足要求。

国际竞争力最弱的是9类产品，比较优势指数小于0.1。通过对中、约两国的比较优势分析，可以发现中国再制成品、机械设备等方面具有优势，而约旦在原材料等方面具有优势，中约贸易的互补性较强。

钢梁截面剪应力验算：

平均剪应力

最大剪应力值：

满足要求。

3 工程应用

3.1 工程概况

某房地产住宅开发项目位于浙江省嘉兴市，项目有21～24F 的高层住宅4 幢、11F 的洋房9 幢、1 幢多层物业用房，设1层整体地下室，总建筑面积约1.58×105m2。

项目场地属冲海积平原，地貌形态较单一，场地比较平坦，局部略有起伏，长期受人类活动的影响，场地内存在多处暗浜和暗塘。在桩基影响深度范围内，各土层主要物理力学指标见表1。

表1 各岩土层相关地质参数

本工程西侧主楼和地库设计采用高强度预应力混凝土管桩，管桩桩径为500 mm 和600 mm，桩长36、43 m，桩端持力层为7层或8层，单桩竖向抗压承载力特征值为1200 kN和2100 kN。

表2 受检桩桩长检测情况

为进一步了解桩长不足基桩的实际抗压承载力特征值，为后续加固设计提供技术支持，需对该桩进行竖向抗压承载力检测。

3.2 加载反力装置

受检桩的加载反力装置布设于主楼（上部结构已施工至5层）地下室底板上内，通过静力取芯法解除受检桩桩顶上方筏板与周边筏板的约束，在周边筏板上根植精轧螺纹钢筋，利用建筑物自重设置高吨位锚杆横梁反力装置，通过630 t 液压千斤顶对受检桩进行加载测试，现场加载反力装置见图2。

图2 精轧螺纹钢筋反力装置实物

3.3 测试过程及测试结果

通过全自动静载测试仪，采用慢速维持荷载法，对受检桩进行加载试验，对设计要求最大加载值4200 kN的1/10进行逐级等量加载，第一级加载取分级加载值的2倍。

1#桩按规定荷载分级加载到第一级荷载840 kN时，桩顶累计沉降量为1.93 mm；加到第四级荷载2100 kN 时，桩顶累计沉降量为8.17 mm；继续加载到第六级荷载2940 kN 时，桩顶累计沉降量为63.63 mm，且本级沉降量（50 mm）大于上一级沉降量（5.46 mm）5倍，根据《建筑基桩检测技术规范（JGJ 106—2014）》4.3.7 第1 条规定，终止加载，检测结果见表3，Q-s曲线和s-lgt曲线见图3。

表3 单桩竖向抗压静载荷试验结果

图3 试验曲线

1#桩试验的Q-s曲线在第5 级荷载（2520 kN）处发生明显陡降，因此1#桩的单桩竖向抗压极限承载力检测值Qu为2520 kN。

通过采用精轧螺纹钢筋反力装置在室内基桩静载试验，1#桩的实测单桩竖向抗压承载力特征值为1260 kN，与理论计算1010 kN 相近；该桩实测桩长为原设计桩长的62.6%，其实测单桩竖向抗压承载力特征值也为原设计值的60%，该试验成果符合岩土工程实践经验，可为后续加固设计提供可靠依据。

4 结语

1）随着既有建筑加固等改扩建逐渐增加，室内基桩静载试验作为检验既有桩基础承载力的最直观、最可靠的方法将有广泛的应用前景。

2）精轧螺纹钢筋反力装置在室内基桩静载试验的应用，利用既有建筑自重实现了室内基桩静载试验，具有作业面小、自重轻、操作灵活等显著优点；与使用普通钢筋相比，锚杆数量更少，钢梁更短，室内作业灵活性更强。

3）设计反力装置需验算锚杆抗拉力、握裹力，锚固体抗拔力，板的抗冲切力，钢梁正应力和剪应力；同时采用局部加腋或叠梁等措施，可有效减轻钢梁自重，增加室内作业机动性。通过精轧螺纹钢筋反力装置在室内基桩静载试验的工程应用，表明该反力装置可满足预设荷载要求。

4）静载试验结果表明，受检桩实测单桩竖向抗压承载力特征值与根据实测桩长理论计算值相近；试验成果符合岩土工程的一般认知，可为后续加固设计提供可靠依据。