基于空間受限的非對稱基樁錨樁法靜載試驗技術

宋茂興SONG Mao-xing

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001）

0 引言

為充分利用既有樁基做為試樁和錨樁，在保證試驗安全可靠的前提下，針對空間受限和采用試樁周邊的4 根非對稱基樁做為錨樁的既有條件，且在不增加施工成本的前提下，需對現有錨樁法靜載試驗方法進行優化改進，來克服現有問題。

針對上述問題，中國水利水電第十一工程局有限公司結合泰國MEA 孔提地下變電站項目，開展了《基于空間受限的非對稱基樁錨樁法靜載試驗技術研究》，總結出《空間受限條件下非對稱基樁錨樁法試樁施工工法》，并在泰國MEA 孔提地下變電站項目、泰國奧恩115kV 變電站工程得以應用，并取得良好的安全、經濟效果。同時獲取了實用新型專利1 項。

1 適用范圍

本工法適用于施工場地空間受限條件、現場運輸道路條件差，工程樁基分布不規則，尤其在樁頂高程低于周邊場地高程，可采用工程樁做為錨樁的工程中具有較好的適用性。

2 工藝原理

本工法在錨樁法靜載試驗施工中結合地下變電站的周邊既有建筑的實際情況和自身建筑的平面布局，選取一組由5 根樁基組成的非對稱布置形式的試裝，其中4 根錨樁是以1 根試樁為中心的（如圖1 所示）。首先對樁基施工完成后對試樁進行樁頭加固，并對其余4 根樁基樁頭鑿出1m 長有效鋼筋，其次根據非對稱錨樁與試樁的相對平面尺寸選擇合適的反力梁并采取有效的措施保證非對稱的受力梁在試驗過程中安全可靠，然后按照試驗設備的安裝順序進行設備安裝，同時采用豎向高強鋼筋將反力架通過一種經改進的蜂窩型鋼與錨樁鋼筋連接，最后按照既定的加載和卸載流程完成樁基靜載試驗，待靜載試驗完成后破除試驗時的樁頭加固處理部分仍作為主體受載樁基使用。

圖1 非對稱基樁錨樁法平面布置圖

3 施工工藝流程

空間受限條件下非對稱基樁錨樁法試樁施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

4 應用實例

本工法是以泰國MEA 孔提地下變電站項目為依托，占地面積1296m2，總建筑面積4860m2，項目結構為地下5層，地上局部1 層的框架結構，項目于2021 年10 月開工，至今主體結構地下5 層施工完成。受既有建筑影響，項目布局緊湊，施工紅線緊鄰辦公樓、住宅樓及交通支路，該項目在主體立柱下方共設置57 根鉆孔灌注樁用于支撐和傳遞地下變電站主體結構荷載，鑒于海外項目為總價承包且設計圖紙申報為承包商業務范圍，如何選擇經濟成本低、試驗技術可靠的靜載試驗方案是項目實施的重點。通過對基于空間受限的地下變電站項目的可選擇的幾種靜載經濟成本對比與實際操作可行的論證，同時結合試樁和錨樁可依托工程實體樁的基礎上進行加強后即可試驗的可行性及該工藝優化改進后的優越性，選擇該試驗方案。

通過該施工工法在泰國MEA 孔提地下變電站項目、泰國曼谷拉差達至拉查普地下通道項目成功應用，為后續類似空間受限和基于既有非對稱設計的基樁的施工項目樁基靜載試驗提供了一種成熟的試驗技術，有利于建筑節能和可持續發展的樁基設計，具有顯著的社會、經濟效益和廣泛的推廣應用價值，在未來樁基靜載試驗中應用前景廣闊。

4.1 施工方法

4.1.1 樁位測量放樣

根據設計提供的控制點，使用全站儀進行現場布置控制網并仔細復核。根據主體結構樁位布置圖中的樁基中心軸線坐標值，采用坐標法來放樣樁基中心線、樁基中心點等，并打入標樁。在距離樁中心約2m 的安全地帶設置十字形控制樁，以便于校核。在樁上標記試樁或錨樁的樁號（如圖3 所示）。

圖3 樁位測量放樣示意圖

4.1.2 樁基施工

采用“+”字交叉法準確埋入護筒，合理配置泥漿，采用旋挖鉆鉆孔，樁孔鉆至設計標高后，對成孔的孔徑、孔深和傾斜度等進行檢查。清孔完成后下方鋼筋籠（針對空樁較長的情況采用加粗吊筋的同時輔以安全繩的措施）二次清孔完成后澆筑水下混凝土，灌注接近樁頂時，及時用測錘或測桿檢查樁頂標高，使灌注樁的樁頂標高比設計標高高出0.8～1m 以保證樁頂混凝土施工質量（如圖4 所示）。

圖4 鉆孔灌注樁成樁示意圖

4.1.3 成樁檢驗

成樁后，應進行以下項目檢查：

①樁位檢查：此時樁的中心以鋼筋籠的中心為準，樁的中心偏位要求不大于5cm（建筑樁基技術規范6.2.4）；

②樁頂標高檢查；

③樁的無破損檢查；該項檢測主要目的是檢測樁的完整性。

4.1.4 樁頭鑿除

待混凝土強度達到設計強度的70%后，采用挖掘機將試樁和錨樁周邊開挖，具備后期錨樁的作業面，采用空壓機對樁頭鑿除，保證至少1m 的有效鋼筋長度，施工示意圖如圖5 所示。

圖5 樁頭鑿除施工示意圖

4.1.5 試樁樁帽制作

樁帽底高出墊層300mm，以保證荷載全部通過試樁有效向下傳遞。樁頭混凝土鑿除并清理干凈后，調直樁頭主筋。在樁頭內按照樁帽加固設計圖紙進行鋼筋網片的安裝，模板安裝完成后及時澆筑樁帽混凝土，樁帽混凝土等級高于樁身混凝土等級一級，混凝土振搗密實，并采用水平尺檢測樁帽頂部混凝土平整度。見圖6。

圖6 試樁樁帽加固圖

4.1.6 錨樁鋼筋連接器安裝

在樁帽混凝土等強期間，進行錨樁鋼筋調直，針對非對稱錨樁的位置和鋼筋的分布，選擇合適的錨盤，充分適應分對稱的特點以保證加載過程中受力為豎向軸力不產生水平。錨樁鋼筋穿過錨盤孔后采用夾片式錨具固定，較常規采用錨樁鋼筋與反力架的豎向鋼筋焊接的連接方式，豎向傳力均有，且可重復使用。

4.1.7 安裝試驗裝置

樁帽混凝土養護達到設計要求強度后，首先將加載千斤頂放置在試驗樁樁帽頂部，保證千斤頂的力通過試驗樁的中心。然后安裝主梁和次梁，并將錨樁主筋與次梁上方的扁擔梁用高強精軋螺紋鋼連接在一起，高強螺紋鋼上端穿過反力架、下端穿過錨盤采用高強螺母固定。在樁頂以下200mm 位置對稱安防4 個位移計并固定在基準梁上，用于檢測試驗樁的沉降量。

4.1.8 靜載試驗加載、卸載

樁基承載力檢測靜載試驗如圖7 所示結構組成，具體流程如下：①對測試樁進行承載能力測試，采用慢速維持荷載法加載，加載需要分級進行，每級加載是逐級等量的。②在加載的過程中，要持續觀測樁頂的沉降量。每次加載后，需要在第5 分鐘、第15 分鐘、第30 分鐘、第45 分鐘和第60 分鐘測讀樁頂的沉降量，之后每30 分鐘測讀一次樁頂沉降量。③當樁頂沉降量在一個小時內不超過0.1mm，并且連續出現兩次這樣的觀測值時，可以認為達到了沉降相對穩定的條件。這個計算是從分級荷載施加后的第30分鐘開始的，連續三個30 分鐘的觀測值用于計算。④當試驗達到加載終止條件時，開始卸載。卸載是分級進行的，每級為加載時的2 倍，逐級等量卸載。每級荷載應維持1 小時，在維持過程中，分別在第15 分鐘、第30 分鐘和第60 分鐘測讀樁頂沉降量后，就可以卸下一級荷載，卸載至零后，需要測讀樁頂殘余沉降量。⑤在加、卸載的過程中，需要確保荷載能夠均勻、連續、無沖擊地傳遞。每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%。

圖7 樁基承載力檢測靜載試驗結構圖

4.2 測試結果分析

靜載試驗的Q-s 曲線，從宏觀層面展現了荷載傳遞的特性、樁與土之間的相互作用以及樁受到荷載破壞的模式。因此，對Q-s 曲線進行分析，可以深入了解樁身的豎向承載能力。圖8 是對試驗區試樁的Q-s 曲線圖的分析。

圖8 試樁靜載Q-s 曲線

圖8 所示，在各級荷載作用下，試樁沉降均較小，樁承載性能較好。試樁的Q-s 曲線為緩慢型，在整個加載過程中，無陡降段，隨著荷載的增大沉降速率基本保持不變，總沉降量較小，在1.60-3.20mm 之間，為典型的抗壓靜載試驗曲線，說明試樁滿足設計要求，且有較大的承載潛力，證明本法改進工藝效果較好。

4.3 效益分析

基于空間受限的非對稱基樁錨樁法靜載試驗技術研究的施工過程和控制要點，通過科學的組織和統籌規劃，強化錨樁法靜載試驗技術，克服了施工場地狹小，節約常規堆載塊運輸成本，規避了采用自平衡試驗平衡點不易確定和樁基斷樁的風險，并避免了試樁和錨樁在后期無使用價值進而造成的資源浪費，隨著樁基統籌設計和錨樁法靜載不斷優化改進，其憑借成本低，占位小的優勢，應用將更加廣泛。該技術為后續類似空間受限的施工項目樁基靜載試驗提供了一種成熟的試驗技術，具有顯著的社會、經濟效益和廣泛的推廣應用價值，經濟效益顯著。本工法應用于本項目為單位縮短施工工期3 天，節約成本2.3 萬元。

5 結束語

總之，在工程項目基樁靜載試驗體系建立和應用過程中，要對規范性行為和要求給予高度重視，提高管理水平的同時，確保試驗樁、錨樁結構、參數核算過程等都符合標準，滿足試驗要求，在試驗中總結經驗，落實解決問題的最佳路徑，通過基樁的靜載試驗合理的評價沉降量和樁土體系承載力的關系，為工程項目的可持續發展奠定堅實基礎。