精軋螺紋鋼筋反力裝置在室內(nèi)基樁靜載試驗的應(yīng)用研究

黃林偉

董 躍1

吳寶杰2

徐芫蕾2

黃永豐1

1.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司，浙江 杭州 3100122.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012

1 概述

既有建筑加固改造工程對于既有樁基等地基基礎(chǔ)承載力提出了更高要求。在室內(nèi)空間受限等情況下，如何對加固前和加固后的樁基等地基基礎(chǔ)承載力開展簡潔、有效、可靠地檢測成為一個難題。

傳統(tǒng)基樁檢測的反力裝置有壓重平臺反力裝置、錨樁橫梁反力裝置和錨樁壓重聯(lián)合反力裝置。但既有建筑的場地條件限制，壓重平臺反力裝置即堆載法不可行，而錨樁橫梁反力裝置需要利用現(xiàn)有工程樁或重新進(jìn)行打樁，該方法受施工條件、施工成本限制，現(xiàn)場可操作性較?。?-2］。

近年來，隨著各種建筑結(jié)構(gòu)維修改造技術(shù)的不斷發(fā)展，植筋技術(shù)被廣大科技人員關(guān)注，已有研究資料及工程應(yīng)用實踐證明，植筋具有性能可靠、操作簡單、施工工期短的特點。于是，根據(jù)既有建筑特點，并結(jié)合植筋工藝進(jìn)行技術(shù)改造，可為既有建筑基樁檢測技術(shù)提供一個新的研究方向。

2 裝置研發(fā)

精軋螺紋鋼筋反力裝置，也稱預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋反力裝置，主要由精軋螺紋鋼筋錨桿、反力鋼梁和千斤頂組成，其優(yōu)點是作業(yè)面小、自重輕、操作靈活，且可利用既有建筑自重實現(xiàn)室內(nèi)基樁靜載試驗。

根據(jù)工程要求，設(shè)計一套適用于單樁豎向抗壓靜載試驗最大加載量不超過600 t 的精軋螺紋鋼筋反力裝置，該反力裝置主要應(yīng)用于樁筏基礎(chǔ)的單樁豎向抗壓靜載試驗。若需應(yīng)用于單樁單柱基礎(chǔ)或多樁承臺基礎(chǔ)的單樁豎向抗壓靜載試驗，則需通過增強底板剛度、擴大承臺或增設(shè)傳力梁等措施以滿足錨桿布設(shè)需求。

反力裝置的主要構(gòu)件如下：

1）既有建筑≥0.9 m 厚筏板及其滿足反力要求的建筑自重，筏板混凝土強度等級≥C35；

2）12 根φ32 mm 的PSB930 精軋螺紋鋼筋，長度為0.9 m，植筋孔孔徑為90 mm，灌漿材料采用H-40無收縮高強灌漿料；

3）長度2.4 m 的焊接箱形鋼梁，鋼材采用Q345，最大截面為300 mm×800 mm×40 mm，為減輕鋼梁自重，荷載最大處采用加腋、疊梁措施。

4）根據(jù)靜載試驗結(jié)果，若受檢樁承載力滿足設(shè)計要求，可通過傳力鋼柱將受檢樁樁頂壓力加載至柱底反力計算所需荷載，并且采取穩(wěn)壓措施，再進(jìn)行底板封閉；若受檢樁承載力不滿足設(shè)計要求，則根據(jù)加固設(shè)計要求進(jìn)行處理。

精軋螺紋鋼筋反力裝置見圖1，根據(jù)相關(guān)規(guī)范［3-5］，各構(gòu)件驗算如下：

1）單根錨桿錨固體與混凝土的粘結(jié)強度驗算：

滿足要求。

2）錨固體與精軋螺紋鋼筋的粘結(jié)強度驗算：

滿足要求。

3）精軋螺紋鋼筋的屈服強度驗算：

滿足要求。

4）筏板抗沖切驗算：

取單根精軋螺紋鋼筋錨桿最大拉力FL=500 kN，查表得：βs=2.0，βhp=0.983，ft=1570 kPa

受沖切混凝土沖切抗力：

沖切臨界截面上的剪應(yīng)力最大值：

滿足要求。

5）鋼梁截面驗算

取鋼梁最大剪切力Fy=3000 kN，最大彎矩My=3000 kN·m；材料抗拉強度f=295 MPa，材料抗剪強度fv=170 MPa。

鋼梁截面正應(yīng)力驗算：

滿足要求。

國際競爭力最弱的是9類產(chǎn)品，比較優(yōu)勢指數(shù)小于0.1。通過對中、約兩國的比較優(yōu)勢分析，可以發(fā)現(xiàn)中國再制成品、機械設(shè)備等方面具有優(yōu)勢，而約旦在原材料等方面具有優(yōu)勢，中約貿(mào)易的互補性較強。

鋼梁截面剪應(yīng)力驗算：

平均剪應(yīng)力

最大剪應(yīng)力值：

滿足要求。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某房地產(chǎn)住宅開發(fā)項目位于浙江省嘉興市，項目有21～24F 的高層住宅4 幢、11F 的洋房9 幢、1 幢多層物業(yè)用房，設(shè)1層整體地下室，總建筑面積約1.58×105m2。

項目場地屬沖海積平原，地貌形態(tài)較單一，場地比較平坦，局部略有起伏，長期受人類活動的影響，場地內(nèi)存在多處暗浜和暗塘。在樁基影響深度范圍內(nèi)，各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各巖土層相關(guān)地質(zhì)參數(shù)

本工程西側(cè)主樓和地庫設(shè)計采用高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，管樁樁徑為500 mm 和600 mm，樁長36、43 m，樁端持力層為7層或8層，單樁豎向抗壓承載力特征值為1200 kN和2100 kN。

表2 受檢樁樁長檢測情況

為進(jìn)一步了解樁長不足基樁的實際抗壓承載力特征值，為后續(xù)加固設(shè)計提供技術(shù)支持，需對該樁進(jìn)行豎向抗壓承載力檢測。

3.2 加載反力裝置

受檢樁的加載反力裝置布設(shè)于主樓（上部結(jié)構(gòu)已施工至5層）地下室底板上內(nèi)，通過靜力取芯法解除受檢樁樁頂上方筏板與周邊筏板的約束，在周邊筏板上根植精軋螺紋鋼筋，利用建筑物自重設(shè)置高噸位錨桿橫梁反力裝置，通過630 t 液壓千斤頂對受檢樁進(jìn)行加載測試，現(xiàn)場加載反力裝置見圖2。

圖2 精軋螺紋鋼筋反力裝置實物

3.3 測試過程及測試結(jié)果

通過全自動靜載測試儀，采用慢速維持荷載法，對受檢樁進(jìn)行加載試驗，對設(shè)計要求最大加載值4200 kN的1/10進(jìn)行逐級等量加載，第一級加載取分級加載值的2倍。

1#樁按規(guī)定荷載分級加載到第一級荷載840 kN時，樁頂累計沉降量為1.93 mm；加到第四級荷載2100 kN 時，樁頂累計沉降量為8.17 mm；繼續(xù)加載到第六級荷載2940 kN 時，樁頂累計沉降量為63.63 mm，且本級沉降量（50 mm）大于上一級沉降量（5.46 mm）5倍，根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ 106—2014）》4.3.7 第1 條規(guī)定，終止加載，檢測結(jié)果見表3，Q-s曲線和s-lgt曲線見圖3。

表3 單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果

圖3 試驗曲線

1#樁試驗的Q-s曲線在第5 級荷載（2520 kN）處發(fā)生明顯陡降，因此1#樁的單樁豎向抗壓極限承載力檢測值Qu為2520 kN。

通過采用精軋螺紋鋼筋反力裝置在室內(nèi)基樁靜載試驗，1#樁的實測單樁豎向抗壓承載力特征值為1260 kN，與理論計算1010 kN 相近；該樁實測樁長為原設(shè)計樁長的62.6%，其實測單樁豎向抗壓承載力特征值也為原設(shè)計值的60%，該試驗成果符合巖土工程實踐經(jīng)驗，可為后續(xù)加固設(shè)計提供可靠依據(jù)。

4 結(jié)語

1）隨著既有建筑加固等改擴建逐漸增加，室內(nèi)基樁靜載試驗作為檢驗既有樁基礎(chǔ)承載力的最直觀、最可靠的方法將有廣泛的應(yīng)用前景。

2）精軋螺紋鋼筋反力裝置在室內(nèi)基樁靜載試驗的應(yīng)用，利用既有建筑自重實現(xiàn)了室內(nèi)基樁靜載試驗，具有作業(yè)面小、自重輕、操作靈活等顯著優(yōu)點；與使用普通鋼筋相比，錨桿數(shù)量更少，鋼梁更短，室內(nèi)作業(yè)靈活性更強。

3）設(shè)計反力裝置需驗算錨桿抗拉力、握裹力，錨固體抗拔力，板的抗沖切力，鋼梁正應(yīng)力和剪應(yīng)力；同時采用局部加腋或疊梁等措施，可有效減輕鋼梁自重，增加室內(nèi)作業(yè)機動性。通過精軋螺紋鋼筋反力裝置在室內(nèi)基樁靜載試驗的工程應(yīng)用，表明該反力裝置可滿足預(yù)設(shè)荷載要求。

4）靜載試驗結(jié)果表明，受檢樁實測單樁豎向抗壓承載力特征值與根據(jù)實測樁長理論計算值相近；試驗成果符合巖土工程的一般認(rèn)知，可為后續(xù)加固設(shè)計提供可靠依據(jù)。