李 峰，李天寶, 黃安虎

(安徽省建設(shè)工程測(cè)試研究院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230051)

0 引 言

對(duì)于超大噸位灌注樁靜載試驗(yàn)，受限于檢測(cè)設(shè)備、地質(zhì)條件等原因，采用單一反力方式的常規(guī)靜載檢測(cè)難以實(shí)施，而采用兩種反力方式共同作用則存在諸多技術(shù)難點(diǎn)。本文以一個(gè)工程實(shí)例介紹采用錨樁反力加補(bǔ)償荷載靜載檢測(cè)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，效果良好。

1 工程概況

某工程位于合肥市廬陽(yáng)區(qū)，商辦樓擬建40層，樓高180 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，附屬2～3層框架結(jié)構(gòu)商業(yè)及1～2層地下車庫(kù)。設(shè)計(jì)采用旋挖成孔水下灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.0～16.0 m，樁徑1 200 mm，設(shè)計(jì)總樁數(shù)188根，樁端持力層為⑦層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，巖石飽和抗壓強(qiáng)度fr標(biāo)準(zhǔn)值為16.16 Pa，設(shè)計(jì)單樁承載力極限值28 200～32 500 kN，樁端進(jìn)入持力層不小于4.0d(d為樁身直徑)?；鶚妒┕み^程中發(fā)現(xiàn)部分基樁在進(jìn)入樁端持力層后鉆進(jìn)較容易，且各樁樁端持力層巖石性狀也不盡相同。根據(jù)以上情況，建設(shè)單位委托勘察專家對(duì)樁端基巖進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)施工過程中易鉆進(jìn)基樁的樁端基巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)不到16.16 MPa，擬根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果決定后續(xù)的補(bǔ)強(qiáng)方案。

擬建場(chǎng)地土層自上而下為：

①層雜填土，層厚0.30～7.20 m，層底標(biāo)高12.34～19.74 m。

②層粉質(zhì)黏土，軟塑～可塑狀，層厚1.10～8.90 m，層底標(biāo)高4.16～11.06 m。

③黏土，硬塑，層厚0.50～5.00 m，層底標(biāo)高10.26～14.90 m。

④層粉質(zhì)黏土夾粉土，可塑～硬塑，層厚2.00～10.60 m，層底標(biāo)高4.01～9.64 m。

⑤層粉土夾砂，中密～密實(shí)，層厚3.60～10.50 m，層頂埋深6.00～12.30 m，層頂標(biāo)高-2.72～1.82 m。

⑥層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，場(chǎng)地中普遍分布。

⑦層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

2 技術(shù)難點(diǎn)分析

本工程的樁基檢測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要來自常規(guī)大噸位的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，因試驗(yàn)最大加載值要求達(dá)到32 500 kN，最大試驗(yàn)反力能力要求近3 900t。如此大噸位的常規(guī)靜載試驗(yàn)，無論是對(duì)設(shè)備、場(chǎng)地處理，還是對(duì)裝配及組織實(shí)施等工作都提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。項(xiàng)目組經(jīng)仔細(xì)研討分析，認(rèn)為本次大噸位樁基靜載試驗(yàn)的重難點(diǎn)主要有以下三個(gè)方面：

(1) 受場(chǎng)地條件限制，本工程采用常規(guī)的錨樁法或堆載法均不能夠?qū)崿F(xiàn)，需采用錨樁結(jié)合堆載兩種反力形式，利用補(bǔ)償荷載解決錨樁反力不足的問題，但與此同時(shí)，需解決反力協(xié)調(diào)工作的技術(shù)問題，主要涉及設(shè)備安裝、地基沉降和千斤頂行程等問題。

(2) 雖采用錨樁提供反力，但補(bǔ)償荷載(堆載量)仍達(dá)到2 400 t左右，因受錨樁的影響，所以使支墩底面積過小，且形狀不規(guī)則，致使支墩底面壓力平均值達(dá)400 kPa，而本工程場(chǎng)地位于合肥地區(qū)的河漫灘與一級(jí)階地的過渡帶地貌單元上，支墩持力層位于④層粉質(zhì)黏土夾粉砂層，地基承載力特征值僅為160 kPa，且地下水位幾乎位于支墩底標(biāo)高，還需隨時(shí)降水和排水，以免因水泡使地基承載力進(jìn)一步降低，故地基需要加固處理。

(3) 錨樁結(jié)合堆載兩種反力形式較復(fù)雜，同時(shí)本次靜載試驗(yàn)加載噸位較大，經(jīng)計(jì)算，使用的鋼梁總重量約達(dá)185 t，再加上2 400 t的堆載量及堆錨結(jié)合，使堆載設(shè)備最高達(dá)14 m，設(shè)備的裝配難度較大。

3 解決方案

針對(duì)本工程樁基靜載試驗(yàn)所采用的堆錨結(jié)合兩種反力協(xié)調(diào)工作的技術(shù)問題，由建設(shè)單位組織，設(shè)計(jì)單位及檢測(cè)單位召開的關(guān)于本工程承載力檢測(cè)的專題會(huì)議，形成最終檢測(cè)技術(shù)方案，即本工程采用堆錨結(jié)合法為單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)提供反力，錨樁數(shù)量6根，設(shè)計(jì)每根提供反力3 000 kN，加固支墩所處土層，補(bǔ)償荷載與錨樁反力共同協(xié)調(diào)作用，同時(shí)保證錨樁安全使用。

3.1 補(bǔ)償荷載安裝

3.1.1 補(bǔ)償荷載系統(tǒng)支墩與千斤頂?shù)募茉O(shè)

在試樁頂面鋪設(shè)20 mm中粗砂并整平，將加載用5個(gè)800t千斤頂以試樁中心為對(duì)稱點(diǎn)，均勻布置在試樁頂面。然后在處理后的碎石墊層上用石灰線標(biāo)出各支墩的具體位置，進(jìn)行支墩架設(shè)(圖1)。每架設(shè)完一層支墩后需用精密水準(zhǔn)儀對(duì)各支墩頂標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)各支墩頂高差超過20 mm時(shí)，需用中粗砂對(duì)各支墩頂面進(jìn)行調(diào)平。

圖1 補(bǔ)償荷載系統(tǒng)支墩架設(shè)示意圖

3.1.2 堆錨平臺(tái)架設(shè)

堆錨平臺(tái)架設(shè)前，調(diào)直錨樁鋼筋，使錨樁鋼筋處于豎直狀態(tài),然后依次架設(shè)樁頭墊板、千斤頂、主梁、堆錨主梁、錨樁次梁、錨樁吊籃、堆載次梁(圖2)。架設(shè)過程中，嚴(yán)格控制各個(gè)堆載設(shè)備的位置及標(biāo)高，確保堆載平臺(tái)水平端正、千斤頂能順利頂出并向試樁頂面施加壓力。先加載設(shè)備將整個(gè)堆錨平臺(tái)抬升50 mm并進(jìn)行水平調(diào)整，然后進(jìn)行錨樁鋼筋與錨樁吊籃之間進(jìn)行焊接，錨樁鋼筋焊接好后，再將堆錨平臺(tái)降到正常位置，進(jìn)行配重塊架設(shè)。配重塊架設(shè)要求上部配重塊分層相互咬合，每堆載2層后進(jìn)行水平測(cè)量，高差大于20 mm的需進(jìn)行墊砂調(diào)平(圖3)。

圖2 堆錨平臺(tái)架設(shè)示意圖

圖3 堆錨平臺(tái)安裝完成效果圖

3.2 補(bǔ)償系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作

由于本次試驗(yàn)需要錨樁系統(tǒng)與補(bǔ)償荷載系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)工作，方可完成本次靜載試驗(yàn)，為了試驗(yàn)過程中很好的控制各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作，設(shè)計(jì)如下：

(1)考慮錨樁上拔量不能過大，擬計(jì)劃讓堆載(補(bǔ)償荷載)先充分發(fā)揮作用，再讓錨樁開始提供反力，即在此過程中已考慮了設(shè)備的裝配間隙、千斤頂行程和地基的沉降量等因素。

(2)試驗(yàn)開始后，補(bǔ)償荷載先發(fā)揮作用，錨樁反力處于等待狀態(tài)，利用事先測(cè)算好的位移量，當(dāng)加載達(dá)到24 000 kN，錨樁反力發(fā)揮作用。

(3)整個(gè)試驗(yàn)過程，實(shí)時(shí)監(jiān)控錨樁上拔量，要求不大于4 mm。

3.3 樁周地基及樁頭部位處理

3.3.1 樁周地基處理

本工程地處河漫灘與一級(jí)階地過度帶，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，堆載平臺(tái)底面位于④層粉質(zhì)黏土夾粉砂層，地基承載力特征值僅為160 kPa，不能滿足支墩的壓力要求，經(jīng)綜合考慮，同時(shí)采用補(bǔ)償設(shè)計(jì)和換填處理兩種地基處理方案。此方案既能提高地基承載力，又能降低堆載難度，增加吊裝的安全性。處理后的堆載平臺(tái)地基承載力不得小于400 kPa，壓實(shí)系數(shù)大于0.96(圖4)。

圖4 樁周地基處理示意圖

3.3.2 樁頭部位處理

(1)試驗(yàn)樁的樁頭澆筑同樁身一同澆筑完成；

(2)按原設(shè)計(jì)基樁尺寸制作鋼筋籠并同心；鋼筋籠螺旋箍筋為φ8 mm@100 mm,鋼筋籠外側(cè)采用10 mm厚鋼護(hù)筒進(jìn)行加強(qiáng)圍裹，鋼護(hù)筒內(nèi)直徑1 800 mm，高1 800 mm，鋼護(hù)筒中心與樁中心重合，且頂部水平。

(3) 加固鋼筋籠頂部鋪設(shè)1層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片采用φ20 mm@100 mm×100 mm制作，鋼筋網(wǎng)片距離樁頂75 mm。

(4)澆筑樁頭的混凝土標(biāo)號(hào)，采用C45混凝土，澆筑后樁頂平整，無鋼筋外露。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

考慮到該試驗(yàn)樁后期將作為工程樁使用，根據(jù)設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值16 250 kN，預(yù)估最大加載值為32 500 kN，分九級(jí)，樁頂堆載24 000 kN，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用2套EGO監(jiān)控平臺(tái)，其中一套監(jiān)控試驗(yàn)樁位移，測(cè)試通道4道，另外一套監(jiān)控6根錨樁樁頂位移，每根錨樁測(cè)試通道1道。

以其中120#樁為例，靜載檢測(cè)效果非常好，錨樁反力與補(bǔ)償荷載系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，未出現(xiàn)偏心、不均勻等異常情況，檢測(cè)工作順利結(jié)束。從靜載曲線看，Q-S曲線(圖5)平滑，當(dāng)荷載最大加至32 500 kN時(shí)，樁頂最大沉降量為11.92 mm，曲線未出現(xiàn)陡降，末級(jí)荷載作用下的樁頂沉降量為4.53 mm；從S-lgt曲線看，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的沉降曲線均較平坦，未見明顯下彎；從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為5.46 mm，最大回彈量為6.46 mm，回彈率為54.19%。6根錨樁上拔量監(jiān)控均未超過3 mm。試驗(yàn)結(jié)束后，分別對(duì)六根錨樁及試驗(yàn)樁進(jìn)行低應(yīng)變法完整性檢測(cè)，樁身完整性均為Ⅰ類，樁身完好，可以作為工程樁繼續(xù)使用。

圖5 120#樁靜載Q-S曲線圖

5 結(jié)束語(yǔ)

超大噸位灌注樁，往往采用單一反力方式的常規(guī)靜載試驗(yàn)難以檢測(cè)，需要根據(jù)工程實(shí)際制定專門的檢測(cè)方案。在制定檢測(cè)方案時(shí)，要充分考慮并利用場(chǎng)地現(xiàn)有條件，對(duì)于采用錨樁法檢測(cè)的，特別要驗(yàn)算側(cè)摩阻力情況及工程樁保護(hù)，當(dāng)錨樁反力不足以實(shí)施檢測(cè)時(shí)，可以采用補(bǔ)償荷載，但要采取措施保證錨樁反力與補(bǔ)償荷載系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)。