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支盤樁抗拔性能原位檢測試驗設計?

隨著城市高層建築的興起和發展,樁基工程應用越來越廣泛。壹般樁基工程中,樁基承受上部壓荷載的作用,相關的理論及試驗研究已有不少文獻述及。而對於壹些特殊的建築物,如高聳的電視塔、煙囪以及承受浮托力作用的地下建築等,基礎常采用抗拔樁。目前對於擠擴支盤抗拔樁承載特性試驗研究比較少[1],且原位試驗更是少之又少。

1 場地水文地質條件

1.1 工程概況

本工程是北京地鐵奧運支線第三座車站,車站基坑分地下兩層,地下壹層采用放坡開挖,地下二層基坑采用鉆孔灌註樁圍護,內支撐采用鋼支撐系統。由於車站站址處地下水位較高,車站結構自重及頂板上覆土不能滿足抗浮要求,在結構底板下設置抗拔樁,抗拔樁采用擠擴支盤灌註樁。樁頂位於結構底板以下,標高為 27.80m。本試驗將模擬工程樁在基坑中標高為 35.50m 的地下壹層打 3 根試驗樁(位置見圖 1),對試驗樁單樁豎向抗拔性能進行原位試驗檢測。

1.2 地質概述

本工程場地位於永定河沖積扇的北部邊緣。地層自上而下分布如下:

人工堆積層:人工填土層總厚為 0.70 m~4.00m,層底標高為 40.34m~43.59m。

第四紀沖洪積層:本大層總厚度為 7.40m~13.00m,層底標高為 30.51m~33.93m。

粉質黏土層:本大層總厚度為 3.80m~11.90m,層底標高為 22.56m~26.60m。

卵石層。

1.3 水文條件

據北京市勘察設計院提供的數據,地下水分三層,分別為潛水、層間水和承壓水、層間水和承壓水以側向徑流和越流方式補給為主,以側向徑流和人工開采方式排泄。

第壹層地下水為潛水,水位標高為 36.28m~39.39m(水位埋深為 5.00m~8.20m)。

第二層地下水為層間水,水位標高為 25.46m~34.74m(水位埋深為 9.30m~18.70m)。

第三層地下水為承壓水,水位標高 11.06m~19.69m(水位埋深為 25.00m~33.10m),水頭高度為2m~5m。

2 樁基設計及施工方法

2.1試驗樁設計簡述

本試驗設計 3 根試驗樁,4 根錨樁。設計樁長為24.50m,樁徑 850mm,樁身混凝土強度 C30,設計要求單樁豎向抗拔承載力特征值 4040kN。樁徑、樁身混凝土強度、主配筋規格與工程樁相同。試驗樁在基坑開挖的地下壹層打樁,地下壹層標高比工程樁樁頂標高高出 7.70m,故試驗樁施工時混凝土只需灌註到樁長 24.50m 處,上部的 7.70m 的部分不必灌註。

2.2 擠擴支盤灌註樁的施工(參見中國工程建設標準送審稿《擠擴支盤灌註樁技術規程》)

1)測量定位及護筒埋設;

2)成孔設備就位及鉆具檢驗;

3)成孔、成盤及支盤檢驗;

4)鋼筋籠制作、吊放並吊放導漿管和清孔;

5)灌註水下混凝土並做成樁質量檢測。

為了研究擠擴支盤抗拔樁的受荷特征和與樁身側摩阻力傳遞規律,在支盤上下和兩支盤間的樁身內預埋了鋼弦式鋼筋應力計,埋設位置見圖 2。

3 測試方案

3.1 承載力測試

3.1.1 方法原理與設備

根據現場實際情況,本試驗采用錨樁法。錨樁法試驗是利用錨樁給試驗樁提供反力的試驗方法。本試驗在每根試驗樁的兩側各打 1 根反力樁作為錨樁。試驗樁上部的 7.70m 只配主筋不灌註混凝土,主筋露出地面 1m。將試驗樁主筋錨固在加載鋼梁上,鋼梁兩端支撐於反力樁樁頂。確定試驗樁與反力樁中心距離不小於 3.4m[2]。試驗樁與反力樁之間的相對位置如圖 3 所示,中間兩根反力樁重復使用壹次。每根反力樁需要提供不低於 5000kN 的抗壓承載力,根據勘察報告經計算表明,反力樁樁端需進入卵石層 800mm,樁長約 25.50m,樁頂位於標高 35.50m,樁徑、樁身混凝土強度與試驗樁相同。配筋在樁頂附近適當加強,以防試驗壓力過大,樁頭破碎。

試驗設備包括:反力系統、自動化荷載加載裝置及荷載、樁頂上拔、反力樁沈降觀測系統。反力系統為 1 根反力主梁,長 8m,兩端為中點供力能力大於 10 000kN,觀測系統由 4 支電子位移計、2 支數顯百分表、壓力傳感器和靜載荷試驗儀組成。布置示意圖如圖 4 所示。

3.1.2 試驗加載、卸載方式

試驗樁設計單樁豎向抗拔承載力特征值為 4040kN,試驗最大加載值不小於單樁豎向抗拔承載力特征值的 2 倍,即不小於 8080kN,加載采用慢速維荷法,分 10 級進行。

本試驗選用 2 臺千斤頂分別置於反力樁上。通過安置在千斤頂上的測力傳感器測讀壓力,兩儀器的壓力讀數之和即為試樁樁頂荷載。在試樁樁頂安裝 4 支電子位移計測讀各級荷載作用下的樁頂上拔量,並用數顯百分表測量反力樁沈降量。

3.1.3 位移量觀測

1)基準梁的安裝

每樁試驗樁設 2 個 I 32a 工字鋼作為基準梁,基準梁架在基準樁上,壹端固定,壹端自由支撐。2根基準樁間距至少大於 6.8m。基準樁可用鋼管樁或灌註樁,埋入地下 2m。位移計通過磁性表座固定在基準梁上。

2)樁頂上拔量觀測方式[3]

a. 每級荷載施加後按第 5min、15min、30min、45min、60min 測讀樁頂上拔量,以後每隔 30min 測讀壹次。

b.試驗樁上拔穩定標準:每壹小時內的樁頂上拔量不超過 0.1mm,並連續出現兩次(從分級荷載施加後第 30min 開始,按 1.5h 連續三次每 30min 上拔觀測值計算)。

c.當樁頂上拔速率達到相對穩定標準時,再施加下壹級荷載。

d. 卸載時,每級荷載維持 1h,按第 15min、30min、60min 測讀樁頂上拔量後,即可卸下壹級荷載。卸載至零後,應測讀樁頂殘余上拔量,維持時間為 3h,測讀時間為第 15 min、30min,以後每隔30min 測讀壹次。

3.2 支盤探測

3.2.1 地層勘探

在試驗樁旁布置地質鉆孔 1 個,孔深 34.00m。SH30 型鉆機沖擊鉆進、套管護壁。要求查明地面以下 34.00m 深度內的地層,準確分層。

3.2.2 支盤位置、大小、厚度探查

在每根樁上布置 3 個鉆芯孔,孔外徑 100mm,孔均勻對稱分布在距樁中心 850mm 處,孔深以鉆穿支盤為準。記錄支盤深度,厚度。支盤混凝土芯樣全部保存。

4 試驗中應註意的問題

4.1 鋼筋計安裝

支盤樁的實際成盤位置與設計成盤位置會有偏差,應根據場地實際土質條件確定成盤位置後方可安裝鋼筋計。

4.2 鋼筋計安裝方式

可以采用綁條焊接和套管對接兩種方式。采用綁焊式時,應註意對鋼筋計降溫,避免焊接溫度過高對鋼筋計造成損害,導致數據不準確;套管對接連接,鋼筋計套絲時應將其可靠固定,避免松動而導致損壞。

4.3 鋼筋計數據線的保護

鋼筋計數據線引出時,應把數據線出頭處放置於樁體鋼筋籠的環狀面上,以防混凝土灌註設備碰壞。此外,還應該做好施工前的鋼筋計保護工作。

4.4 數據線標識

本次試驗測點較多,樁體較長且是分段施工,因此應提前貼好標簽。建議每隔 0.5m 貼壹個防水標簽,導線最好能伸出地面 3m~5m。

4.5 數據線註意保護

鋼筋計導線比較脆弱,為防止導線受損,采用給導線套管的方式來解決這壹問題。推薦采用防火金屬套管,該套管本身具有壹定強度,導線在該套管內可自由滑動,而且該管還具有防高溫效果,很好解決擠壓拉扯和高溫問題。

4.6 分段施工註意防水

由於樁體較長,分段施工時導線必須斷開,接頭處的防水至關重要。推薦采用連接套管,導線內的銅絲連接好後用塑封管封好,然後用套管套好,塗抹防水膠,擰死套管兩頭,此時導線被扣在套管內,避免被拉斷。

5 結語

本試驗是國內首次支盤樁的原位靜載抗拔試驗,通過對試驗中各環節的闡述以及試驗過程中註意事項的分析,可以為同類基樁的試驗提供參考。

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