静载试验基准系统的轻便化设计与应用

肖艺光，谢永桥，刘捷华

（1、广州市从化区建筑工程质量监督检测室 广州 510900；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

静载试验是目前公认的检测基桩承载力最直观、最可靠，同时也是使用最普遍的一种试验方法［1-4］。为了保证静载试验数据的科学性和准确性［5］，提高基桩检测工作的质量和检测评定结果的可靠性，基准梁和基准桩的安装与设置起到了非常关键的作用。基准梁和基准桩问题是实际试验中看似简单却容易忽视的问题，譬如某些试验项目为了便捷而不打基准桩、将基准梁随意放置、基准桩打入深度不够或不牢固、基准梁的长度不符合规范要求、基准梁的刚度不够而产生较大的挠曲变形等原因都将影响试验数据的准确性。因此，设计出一款方便安装和使用，同时其刚度与长度又能满足规范要求的基准桩和基准梁，在基桩检测中具有非常重要的意义。

1 静载试验基准系统的设计

1.1 静载试验基准系统的研发思路

该基准系统是由基准桩和基准梁组成。基准桩与基准梁的设置应考虑以下因素：要具有一定刚度，不易产生较大的挠曲变形；焊接性能好，切削性能好，基准桩的一端能较容易进行切削，切削环境不讲究；当基准桩桩尖锤击入土时，桩尖不容易发生明显变形；对基准桩和基准梁进行安装时，应满足《建筑基桩检测技术规范：JGJ 106—2014》［6］要求：基准梁的一端应固定在基准桩上，另一端应简支于基准桩上；构件尺寸要适宜，要满足便于人力安装和运送的条件。

在基准系统中，基准梁的尺寸、长度是重要关注点。为了让基准梁便于人力运送和安装，往往采用将两节或以上的构件进行拼接，考虑构件长度不超过3 m。从工程实践经验得知，目前基准梁多采用工字钢等制作［7］，其优点是刚度大，缺点是质量较重，拼接难度大，不利于人工安装搬运。对于长度较大的基准梁，一般采用钢管制作［8］，也可直接采用12 m 工字钢［9］。钢管制作的基准梁既能保证长度要求又能保证其刚度要求，但不管是采用钢管，还是采用工字钢拼接，依然无法避免其尺寸大、重量大而导致安装运输困难。为了解决以上问题，我们采用铝合金制作的方管作为基准梁体，铝合金方管具有密度小、重量轻的特点，因此是基准梁体比较理想的材料。

1.2 静载试验基准系统构件的设计

本文中基准系统的设计考虑采用螺栓连接、构件拼接的方式使基准系统达到尺寸适宜、安装简单，灵活实用的效果。对于基准桩，可采用槽钢或圆钢作为桩体材料，材料为不宜少于1 200 mm 的8#槽钢或者40#圆钢。为了使基准桩更容易打入土中，将基准桩一端加工成尖角形状，切削角度宜为60°，切削高度宜为200 mm。同时为避免基准桩打入土里太深或太浅，在基准桩体沿桩体长度每间隔100 mm 设置一个定位孔以满足基准桩与基准梁的安装高度（见图1）。配套设计一个锁紧构件作为基准桩与基准梁连接的配件，锁紧构件的工作原理是使用螺栓穿过基准桩上的定位孔与基准桩固定在一起，锁紧构件设置为凹槽形状，可根据基准桩不同的打入深度要求而调整高度，凹槽的另一端设置限位螺栓，使基准梁的一端紧紧固定在凹槽内（见图2）。对于基准梁，采用截面尺寸为100 mm×50 mm×6 mm、长度均为3 m 的矩形铝合金方管作为一个基准梁节段，并配套设计活动套筒，通过活动套筒将基准梁节段连接起来，根据试验规模的大小拼接成6 m、9 m的基准梁（见图3）。

图1 8#槽钢基准桩Fig.1 8# Channel Steel Benchmark Pile

图2 锁紧构件及基准桩与锁紧构件连接Fig.2 Locking Component and Connection between Benchmark Pile and Locking Component

图3 基准桩与基准梁连接示意图及基准梁拼接局部安装Fig.3 Installation of Benchmark Beam and Partial Installation of Benchmark Beam Splicing

2 静载试验基准系统的工程应用

该工程位于广州市从化区，需进行单桩竖向抗拔静载试验来验证检测桩的竖向抗拔承载力是否满足设计要求。该工程通过使用轻便型基准系统，达到了安装快捷，稳定牢固的效果，其安装情况如图3所示。

静载试验基准系统安装完成后，根据《建筑地基基础检测规范：广东省标准DBJ/T 15-60—2019》［10］要求进行单桩竖向抗拔静载试验，试验采用快速维持荷载法进行加载，加载时每级荷载维持时间不应少于1 h，最后15 min时间间隔的桩顶上拔增量小于相邻15 min时间间隔的桩顶上拔增量，当桩顶上拔速率达到相对收敛标准时，再施加下一级荷载。每级加载为要求最大试验荷载的1/10，第一级和第二级可按2 倍分级荷载加载。试验过程中基准梁、基桩准协调工作良好，无出现异常情况。本文选择了其中一根检测桩进行了分析，其U-δ曲线和δ-lgt曲线如图4所示。

图4 桩1在上拔荷载作用下的U-δ 曲线和δ-lgt曲线Fig.4 U-δ Curve and δ-lgt Curve of Pile 1 under Uplift Load

由图4 的单桩竖向抗拔静载试验的上拔荷载-桩顶上拔量（U-δ）关系曲线和桩顶上拔量-时间对数（δ-lgt）关系曲线可知，U-δ曲线平缓，δ-lgt曲线呈平缓规则排列，试验数据能客观真实地反映抗拔桩的工作性能，证明本文设计的静载试验基准系统工作性能良好，能很好地满足规范的试验要求。

3 结论

本文立足当前静载试验基准系统的安装、运输以及试验过程中的稳定性等问题，针对目前常用的试验基准系统，采用拼接的方式，对构件的材质和尺寸进行了轻量化并大大拓展了构件的功能性、便捷性和稳定性，通过实际工程应用，验证了其能很好地解决基桩梁安装运输不便、基准桩与基准梁的连接不稳定的难题，保证了试验数据的准确性，本次静载试验轻便化基准系统的研制成功，对静载试验设备专业化研究具有重要作用。