高層建筑灌注樁試樁樁身強(qiáng)度分析

【摘要】高層建筑灌注樁設(shè)計(jì)中，是否應(yīng)提高試樁強(qiáng)度的比較分析；本文通過規(guī)范公式及設(shè)計(jì)實(shí)例，闡述了實(shí)際工程中試樁提高混凝土等級及樁身配筋的具體原因。

【關(guān)鍵詞】灌注樁；工程樁；試樁；樁身強(qiáng)度；混凝土等級

高層建筑尤其是超高層建筑中，灌注樁作為一種經(jīng)濟(jì)、安全的樁基類型，受到越來越廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)單位普遍在設(shè)計(jì)試樁時提高試樁的混凝土強(qiáng)度和鋼筋面積，這對設(shè)計(jì)院來講已經(jīng)是常規(guī)做法，也得到了審圖認(rèn)可；而施工過程中，質(zhì)檢和監(jiān)理往往要求試樁和工程樁強(qiáng)度等級相同，甚至隨機(jī)抽檢；是什么原因?qū)е铝嗽O(shè)計(jì)和施工對試樁強(qiáng)度的不同理解？

開始分析之前，我們要先理清一個問題：試樁的目的。

試樁一般分為前試樁和后試樁，前試樁目的是為設(shè)計(jì)提供計(jì)算依據(jù)；因地勘報(bào)告的數(shù)據(jù)往往偏保守，所以用試樁來判斷實(shí)際承載力，同時確定所選樁型在該場地的施工可行性；

而后試樁，是在工程樁全面施工后，抽取一定數(shù)量的工程樁進(jìn)行樁身完整性和承載力檢測，驗(yàn)證樁身質(zhì)量和單樁豎向承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

試樁除了檢驗(yàn)土體對樁的承載力，還要檢驗(yàn)樁身本身的強(qiáng)度是否能滿足要求。工程樁試樁，其結(jié)果是施工驗(yàn)收的重要依據(jù)，是判斷施工質(zhì)量的最直觀手段，一旦提高試樁混凝土強(qiáng)度等級，就相當(dāng)于用高強(qiáng)度的樁替代低強(qiáng)度的樁，等于不考慮試樁樁身強(qiáng)度，只檢驗(yàn)土體承載力，這和工程樁檢測的目的相悖，可能出現(xiàn)試樁滿足要求而工程樁達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的情況，那么設(shè)計(jì)中為何要提高試樁強(qiáng)度呢？

在實(shí)際工程中，試樁的破壞形式有土體破壞和樁身破壞，對于灌注樁，樁身破壞一般是樁頭破壞或樁身上部破壞；導(dǎo)致樁頭破壞的原因有幾種：1.樁身超灌不足，截樁后樁頭部位混凝土雜質(zhì)較多，樁頂混凝土再處理后強(qiáng)度過低；2.過早試樁，樁身混凝土齡期未到；3.樁頭未進(jìn)行有效加強(qiáng)，未設(shè)置鋼筋網(wǎng)片和鋼板套箍；4.樁頂千斤頂接觸面不平整引起應(yīng)力集中，致使樁頭部分開裂；設(shè)計(jì)人員有時為避免樁頭破壞而提高樁身強(qiáng)度，其實(shí)這種由于試驗(yàn)處置不當(dāng)而引發(fā)無法真實(shí)評價單樁承載力的現(xiàn)象，完全可以通過加強(qiáng)樁頭構(gòu)造和提高施工管控來杜絕。

從規(guī)范的角度講，新版建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.8.2條在特定條件下（樁頂以下5d范圍內(nèi)的樁身螺旋式箍筋間距不大于100mm）計(jì)入了鋼筋受壓的影響，將樁身抗壓承載力提高，

N≤ψcfcAp+0.9fy'As' （5.8.2-1）

Nk≤R （5.2.1-1）

以上兩個公式實(shí)現(xiàn)了承載力雙控，既樁身強(qiáng)度和單樁承載力特征值要同時滿足；需要注意的是，公式一中上部荷載設(shè)計(jì)值對應(yīng)的是材料設(shè)計(jì)值，公式二上部荷載標(biāo)準(zhǔn)值對應(yīng)承載力特征值，式中As'為樁身主筋截面積，采用后注漿工藝時尚應(yīng)包含后注漿鋼管截面積。

理清了對應(yīng)關(guān)系，要判斷試樁是否應(yīng)提高強(qiáng)度，只需證明Quk/Ap

Quk=2R （5.2.2）

Quk/Ap=2（N/1.35）/ Ap

=2（ψcfcAp/1.35） / Ap 由混凝土規(guī)范可知fck=1.4fc，取ψc=0.8

=0.847fck

可見按規(guī)范公式計(jì)算的樁身強(qiáng)度，在尚未考慮鋼筋受壓的條件下，也足夠保證安全。

工程前期試樁時，為了獲得樁的最大承載力，往往加載至破壞，大量的工程實(shí)踐表明，試樁加載至Qmax>Quk時均未破壞，有的工程甚至加載到1.4～1.5倍Quk也未破壞。對此，樁基規(guī)范的條文說明中也引用了很多工程案例，并給出結(jié)論“⑴影響混凝土受壓承載力的成樁工藝系數(shù)，對于泥漿護(hù)壁非擠土樁一般取ψc=0.8是合理的；⑵在樁頂5d范圍箍筋加密情況下計(jì)入縱向主筋承載力是合理的；⑶按本規(guī)范公式計(jì)算樁身受壓承載力的安全系數(shù)高于由土的支撐阻力確定的單樁承載力特征值安全系數(shù)K = 2，樁身承載力的安全可靠性處于合理水平。”

樁基規(guī)范條文說明5.8-表14：

也就是說，按照樁基規(guī)范公式5.8.2-1計(jì)算得出的樁身強(qiáng)度，是合理的，在不提高強(qiáng)度等級的情況下試樁不會有任何問題，那么這就是結(jié)論嗎？

我們正在建設(shè)的超高層項(xiàng)目就遇到了這個問題，項(xiàng)目共四層地下室，地下室底板至室外地坪近20m，若基坑土方開挖后做靜載試驗(yàn)，設(shè)備進(jìn)場難度大，可行性很低，這也是目前高層項(xiàng)目的共性問題；而要在開挖前完成靜載試驗(yàn)，加長試樁長度至地面標(biāo)高，試樁的單樁承載力就因多出的20m側(cè)阻而增加，按樁基規(guī)范公式5.8.2-1，樁身強(qiáng)度應(yīng)同步提高。

以該項(xiàng)目為例進(jìn)行工程樁、試樁樁身強(qiáng)度驗(yàn)算：

項(xiàng)目為超高層辦公樓，地上五十七層、地下四層，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長61m，

樁徑900mm，樁身截面積Ap=635850 mm2，

工程樁單樁承載力特征值R=8000 KN，極限值Quk=2R=16000 KN，樁身配筋18φ16，混凝土等級C40；

設(shè)計(jì)試樁單樁承載力特征值R=8750 KN，極限值Quk=2R=17500 KN，樁身配筋18φ25，混凝土等級C45；

①工程樁樁身強(qiáng)度驗(yàn)算

N≤ψcfcAp+0.9fy'As' （5.8.2-1） N=1.35R=10800 KN

ψcfcAp+0.9fy'As'≥10800 KN 取成樁工藝系數(shù)ψc=0.8

fc*0.8*635850+0.9*360*18*201≥10800*1000

fc≥18.93 N/ mm2 取C40，fc=19.1 N/ mm2

②試樁樁身強(qiáng)度驗(yàn)算

N≤ψcfcAp+0.9fy'As' （5.8.2-1） N=1.35R=11812.5 KN

（下轉(zhuǎn)127頁）

（上接125頁）

ψcfcAp+0.9fy'As'≥11812.5 KN 取成樁工藝系數(shù)ψc=0.8

若按工程樁樁身混凝土強(qiáng)度和配筋驗(yàn)算：

fc*0.8*635850+0.9*360*18*201≥11812.5*1000

fc≥20.92 N/ mm2 原C40無法滿足要求

提高樁身混凝土強(qiáng)度和配筋后：

fc*0.8*635850+0.9*360*18*491≥11812.5*1000

fc≥17.6 N/ mm2 試樁強(qiáng)度滿足

可見，靜載試驗(yàn)在地面處進(jìn)行時，試樁承載力較工程樁有所提高，試樁強(qiáng)度也應(yīng)相應(yīng)提高方可滿足規(guī)范要求。

結(jié)論：

對于有多層地下室結(jié)構(gòu)的灌注樁基礎(chǔ)，無論是為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的前試樁還是作為驗(yàn)收依據(jù)的工程樁試樁，最理想的試樁狀態(tài)是在基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時進(jìn)行試樁，這樣得到的結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確，最能反映實(shí)際情況；但因施工工藝、工期等因素的影響，基坑開挖前在地面進(jìn)行試樁在所難免，地面試樁結(jié)果由于未開挖土層的影響，與坑底試樁結(jié)果存在較大差異，當(dāng)在地面試樁時，試樁樁身強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)試樁的極限承載力由建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式5.8.2-1計(jì)算確定。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

楊振宇（身份證號：232700198206050011），工程師，男，1982.6.5 ，上海，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué) 。