錨樁橫梁法檢測大噸位單樁豎向抗壓承載力的研究與應用

【摘要】

結合中海成都天府新區超高層項目采用錨樁橫梁法在單樁豎向抗壓承載力試驗中的應用，分析了檢測方案的選擇、反力驗算、錨樁樁測土阻力驗算、鋼筋主筋驗算及現場檢測結論等關鍵問題，也為類似超高層大噸位工程單樁豎向抗壓承載力的檢測提供了有益借鑒。

【關鍵詞】旋挖樁， 單樁豎向抗壓承載力， 錨樁橫梁法， 傳力裝置， 大噸位

【中圖分類號】T

【中圖分類號】U413.4【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-04-29

［作者簡介］崔亮（1983—），男，本科，高級工程師，從事地基與基礎檢測工作；趙遂南（1995—），男，碩士，主要從事超高層項目工程管理工作；楊巖（1979—），男，本科，高級工程師，從事工程檢測鑒定工作；華萬剛（1981—），男，本科，高級工程師，從事工程檢測鑒定工作；梁春盛（1990—），男，碩士，工程師，從事檢測與鑒定工作；何勝彬（1988—），男，本科，工程師，從事地基與基礎檢測工作；陳楊春（1982—），男，本科，工程師，從事地基與基礎檢測工作。

［通信作者］黃國順（1980—），男，本科，工程師，一級注冊建造師，主要從事超高層項目開發與管理工作。

0 引言

隨著社會的高速發展，高樓大廈比比皆是，樓層是越來越高，對基礎的要求也越來越高［1］。在采用樁基礎的地區，其上部越來越大的荷載對單樁豎向抗壓承載力也越來越高。旋挖樁由于其承載力高、施工安全性高、施工效率快等特點在樁基礎中應用得非常廣泛。旋挖樁施工后應進行單樁豎向抗壓承載力檢測，單樁豎向抗壓承載力檢測最可靠的方式是單樁豎向抗壓靜載荷試驗［2］。常用的單樁豎向抗壓靜載荷試驗反力裝置有幾種方式實現：堆載法、錨樁橫梁法、錨樁堆載結合法［3］。在15 000 kN即1 500 t以上級檢測中，堆載法實施難度大，且不經濟。在滿足適應條件下，錨樁橫梁法可以解決這種大噸位的單樁豎向抗壓承載力檢測。

1 工程概況

中海高489 m成都天府新區超高層項目位于四川省成都市天府新區福州路東段與寧波路東段交叉處。基礎設計等級為甲級，塔樓范圍內采用考慮樁土共同作用的樁筏基礎。該工程共布置旋挖樁429根，樁徑1.0 m，樁長不小于24.0 m。樁身混凝土強度等級為C50水下混凝土，樁間距約為6 m，設計單樁豎向抗壓承載力特征值Ra≥14000 kN。筏板持力層為中等風化泥巖④-3或中等風化砂巖⑤-2，地基承載力特征值fak≥2100 kPa。基底以下3 m范圍內的中等風化泥巖④-3-1、中等風化砂巖⑤-2-1應采用C25素混凝土置換。超塔范圍內采用1000 mm后注漿鉆孔灌注樁，樁端持力層為④-3中等風化泥巖（極限側阻力標準值qsk≥320 kPa、極限端阻力標準值qpk≥7800 kPa）或⑤-2中等風化砂巖（極限側阻力標準值qsk≥380kPa、極限端阻力標準值qpk≥9000 kPa）。

2 靜載荷試驗檢測方案設計

2.1 檢測背景

2.1.1 傳統堆載法

本工程樁試驗荷載較大，最大加載量為28 000 kN即2 800 t。按照DBJ 51/014-2021《四川省地基基礎檢測技術規程》［4］4.9.2款第1條壓重平臺反力裝置提供的反力不得小于最大加載值的 1.2 倍，若采用堆載法，要求堆載平臺上部堆載荷載量為33 600 kN即3 360 t。四川省內的配重試塊尺寸大多數為1.5 m×0.9 m×0.75" m，1塊約為2.5 t，上部堆載荷載加平臺支撐墩總需配重試塊約1500塊。目前省內最長的大梁為12 m，按12 m平臺需要堆的配重試塊為14層（次梁高度忽略），平臺高度為12.6 m，接近5層樓那么高的平臺，需50 t及以上吊車。試塊的空隙非常多，平臺的對中及垂直度非常難控制精確。假設以上都能滿足，這樣的堆載加載平臺所需要平整的場地要求也很高，應平整一個至少13 m×13 m的場地，且平整范圍內樁間地基土需夯實且不能有高差。且會產生大量的平整場地費、靜載設備及配重試塊進出場費、場內轉運輸費、吊裝成本費。

2.1.2 傳統錨樁橫梁法

傳統錨樁橫梁法多為“U”字型，錨筋繞過大梁上面放置的“馬鞍”。這樣做的缺點在于，大梁下部投影部位的錨筋需加長，造成各部位錨筋長度不一，且受力方向有偏移。當荷載作用時，容易產生兩大問題：

（1）錨筋受力不均，先行受力錨筋已接近屈服強度，甚至產生塑性位移甚至斷裂，而后受力鋼筋還處于彈性位移階段。

（2）錨筋受力角度不一致，在荷載作用下，鋼筋非軸向受力容易產生局部砼拉裂，使樁體產生破壞，影響承載力（圖1、圖2）。另錨筋焊點太多，變形后不能重復使用，造成材料浪費。

由此可見，圖1中傳統型的錨樁橫梁法“U”字型“馬鞍”安裝方式，對于小噸位的單樁豎向抗壓承載力靜載荷試驗適用。對于大噸位，特別是1 000 t以上荷載，試驗不易順利進行。

2.2 檢測方案確定

結合本工程具體情況，經建設、設計、監理、地勘、施工、檢測多單位共同商議論證檢測方案。考慮到樁呈等間距梅花形布置，正好可以用工程樁作為反力實施錨樁橫梁法單樁豎向抗壓靜載荷試驗。現場樁分布見圖3。

還有一個重要因素，所有樁樁體全部置于中等風化泥巖④-3或中等風化砂巖⑤-2，且樁長一致，反力樁的摩擦力發揮差異不大。只要傳力裝置足夠穩固，不用考慮樁摩擦力發揮不均勻的問題。為使每根錨樁試驗時最大限度的發揮其摩擦力，傳力裝置設計成4根樁單獨成套。傳力裝置通過整體性的鋼板傳力，替代一部分錨筋出力，縮短錨筋的長度，使其變形更小，使整體裝置更具備一定的穩定性，且可重復使用，連接示意見圖4。且相對于傳統堆載法而言，以上裝置解決好了受力不均的問題。

工程結構崔亮， 黃國順， 趙遂南， 等： 錨樁橫梁法檢測大噸位單樁豎向抗壓承載力的研究與應用

2.3 反力驗算

根據JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術規范》4.2.2款第3條：應對錨樁的樁測土阻力、鋼筋、接頭進行驗算，并滿足抗拔承載力的要求。

2.3.1 錨樁樁側土阻力驗算

用中風化相對薄弱的最不利勘察孔旁的受檢樁進行驗算，查閱勘察報告及平面圖，最不利勘察孔旁樁頭以下土層厚度見表1，巖土層工程物理力學性質參數綜合建議如表2所示。根據JGJ 79-2008《建筑基樁技術規范》［5］，如下列算式可計算出單樁極限側阻力標準值（kN）。

Qsk=uΣqsikLi

式中：u為樁周長（m）；qsik為極限側阻力標準值（kPa）；Li為第i層土的厚度（m）。

后注漿部位因各樁成型后注漿高度不一，且通過鉆芯法抽檢結果得知本工程樁底沉渣厚度控制得較好，均無明顯沉渣，故本次驗算忽略后注漿部位對側阻力的影響。由上式計算得出單樁極限側阻力標準值為23 267.4 kN，單根錨樁大于檢測要求的每根錨樁所需提供單樁抗拔承載力（28000 kN/4=7000 kN），因此單根錨樁樁側摩擦力滿足錨樁反力試驗要求。

2.3.2 錨樁主筋驗算

單根錨樁反力樁錨筋為20根HRB400 mm 36 mm鋼筋抗拉，通過查閱鋼筋原材報告，錨筋的實際屈服強度值：440 MPa。考慮一定的安全儲備，反力計算式中按照主筋實際屈服強度值0.9倍進行取值。

錨樁主筋提供反力計算式：

20×3.14×36×36/4×440=8952768N=8952.8 kN

取值：8952.8×0.9=8057.5 kN

由上式得出結論，單根錨桿主筋提供反力大于單根樁的試驗下荷載（28000kN/4=7000 kN），因此單根錨樁主筋滿足錨樁反力試驗要求。以上檢測方案順利通過專家論證。

3 現場檢測

連接裝置的關鍵控制點是圓形鋼筒上的主筋焊接，根據JGJ18-2012《鋼筋焊接及驗收規程》［6］規范要求鋼筋與鋼板的搭接焊接長度不應小于5D，現場采用10D嚴控焊接質量。

現場檢測采用慢速維持荷載法進行加載，共分荷載等級10級，第二級為每級分級荷載的2倍，第一根樁201#樁的載荷試驗成果如圖6、表3所示。

5根靜載荷試驗通過錨樁橫梁法順利完成檢測，單樁豎向抗壓靜載試驗Q-s曲線可見，在最大荷載下各試驗樁均未出現樁破壞現象，Q-s曲線呈緩變形，各試驗點承載力特征值按規定取s=40 mm所對應的荷載，其值不應大于最大加載荷載的一半，以第一根樁數據為例，檢測結果見表4。

201#樁單樁豎向抗壓承載力特征值14 061 kN，其他4根樁檢測結論均是單樁豎向抗壓承載力特征值為14 061 kN，均滿足設計要求單樁豎向抗壓承載力特征值14 000 kN。

結合樁間土巖基載荷試驗、低應變、聲波透射法、鉆芯法

檢測報告及其他驗收資料，本工程塔樓部位樁基礎工程順利通過驗收。

4 結論

大噸位錨樁橫梁法在現場滿足其適用條件時，解決好傳力裝置后，相對傳統堆載法，具有更好的可操作性、安全性、穩定性、經濟性，可為特定工程節約造價及工期。

參考文獻

［1］ 林立. 大噸位靜載檢測技術的應用與研究［J］. 工程質量， 2022，40（10）： 83-86.

［2］ 王煜之. 大噸位基樁豎向抗拔靜載試驗的分析與應用［J］. 建筑安全， 2023，38（3）： 65-67.

［3］ 中國建筑科學研究院." 建筑基樁檢測技術規范： JGJ106-2014［S］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2014.

［4］ 四川省建筑工程質量檢測中心有限公司， 四川省建設工程質量安全總站. 四川省地基基礎檢測技術規程： DBJ51/014-2021［S］. 成都： 西南交通大學出版社， 2021.

［5］ 中國建筑科學研究院." 建筑樁基技術規范： JGJ 94-2008［S］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2008.

［6］ 山西省建筑科學研究院. 鋼筋焊接及驗收規程： JGJ 18-2012［S］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2012.