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支盘桩抗拔性能原位检测试验设计
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内容提示：挤扩支盘桩的抗拔承载性能和荷载传递机理的试验研究比较缺乏，且都局限于缩尺模型桩的抗拔试验分析，其试验结果的可靠性不具有普遍指导意义。北京奥运地铁某支线站施工现场进行的我国首次支盘桩原位竖向抗拔静载试验，对支盘桩的抗拔试验全过程进行阐述。通过对试验过程以及试验注意事项的分析，对同类基桩的原位试验检测具有借鉴意义。
【摘 要】挤扩支盘桩的抗拔承载性能和荷载传递机理的试验研究比较缺乏，且都局限于缩尺模型桩的抗拔试验分析，其试验结果的可靠性不具有普遍指导意义。北京奥运地铁某支线站施工现场进行的我国首次支盘桩原位竖向抗拔静载试验，对支盘桩的抗拔试验全过程进行阐述。通过对试验过程以及试验注意事项的分析，对同类基桩的原位试验检测具有借鉴意义。（参考《建筑中文网》）
【关键词】支盘桩;抗拔;试验设计
随着城市高层建筑的兴起和发展，桩基工程应用越来越广泛。一般桩基工程中，桩基承受上部压荷载的作用，相关的理论及试验研究已有不少文献述及。而对于一些特殊的建筑物，如高耸的电视塔、烟囱以及承受浮托力作用的地下建筑等，基础常采用抗拔桩。目前对于挤扩支盘抗拔桩承载特性试验研究比较少[1]，且原位试验更是少之又少。本文将针对奥运地铁某支线站进行的支盘桩竖向抗拔原位静载试验，对该试验过程以及试验中的注意事项进行分析，为同类基桩的原位试验检测提供依据。
1 场地水文地质条件
1.1 工程概况
本工程是北京地铁奥运支线第三座车站，车站基坑分地下两层，地下一层采用放坡开挖，地下二层基坑采用钻孔灌注桩围护，内支撑采用钢支撑系统。由于车站站址处地下水位较高，车站结构自重及顶板上覆土不能满足抗浮要求，在结构底板下设置抗拔桩，抗拔桩采用挤扩支盘灌注桩。桩顶位于结构底板以下，标高为 27.80m。本试验将模拟工程桩在基坑中标高为 35.50m 的地下一层打 3 根试验桩（位置见图 1），对试验桩单桩竖向抗拔性能进行原位试验检测。
1.2 地质概述
本工程场地位于永定河冲积扇的北部边缘。地层自上而下分布如下：
人工堆积层：人工填土层总厚为 0.70 m～4.00m，层底标高为 40.34m～43.59m。
第四纪冲洪积层：本大层总厚度为 7.40m～13.00m，层底标高为 30.51m～33.93m。
粉质黏土层：本大层总厚度为 3.80m～11.90m，层底标高为 22.56m～26.60m。
卵石层。
1.3 水文条件
据北京市勘察设计院提供的数据，地下水分三层，分别为潜水、层间水和承压水、层间水和承压水以侧向径流和越流方式补给为主，以侧向径流和人工开采方式排泄。
第一层地下水为潜水，水位标高为 36.28m～39.39m（水位埋深为 5.00m～8.20m）。
第二层地下水为层间水，水位标高为 25.46m～34.74m（水位埋深为 9.30m～18.70m）。
第三层地下水为承压水，水位标高 11.06m～19.69m（水位埋深为 25.00m～33.10m），水头高度为2m～5m。
2 桩基设计及施工方法
2.1试验桩设计简述
本试验设计 3 根试验桩，4 根锚桩。设计桩长为24.50m，桩径 850mm，桩身混凝土强度 C30，设计要求单桩竖向抗拔承载力特征值 4040kN。桩径、桩身混凝土强度、主配筋规格与工程桩相同。试验桩在基坑开挖的地下一层打桩，地下一层标高比工程桩桩顶标高高出 7.70m，故试验桩施工时混凝土只需灌注到桩长 24.50m 处，上部的 7.70m 的部分不必灌注。
2.2 挤扩支盘灌注桩的施工（参见中国工程建设标准送审稿《挤扩支盘灌注桩技术规程》）
1）测量定位及护筒埋设；
2）成孔设备就位及钻具检验；
3）成孔、成盘及支盘检验；
4）钢筋笼制作、吊放并吊放导浆管和清孔；
5）灌注水下混凝土并做成桩质量检测。
为了研究挤扩支盘抗拔桩的受荷特征和与桩身侧摩阻力传递规律，在支盘上下和两支盘间的桩身内预埋了钢弦式钢筋应力计，埋设位置见图 2。
3 测试方案
3.1 承载力测试
3.1.1 方法原理与设备
根据现场实际情况，本试验采用锚桩法。锚桩法试验是利用锚桩给试验桩提供反力的试验方法。本试验在每根试验桩的两侧各打 1 根反力桩作为锚桩。试验桩上部的 7.70m 只配主筋不灌注混凝土，主筋露出地面 1m。将试验桩主筋锚固在加载钢梁上，钢梁两端支撑于反力桩桩顶。确定试验桩与反力桩中心距离不小于 3.4m[2]。试验桩与反力桩之间的相对位置如图 3 所示，中间两根反力桩重复使用一次。每根反力桩需要提供不低于 5000kN 的抗压承载力，根据勘察报告经计算表明，反力桩桩端需进入卵石层 800mm，桩长约 25.50m，桩顶位于标高 35.50m，桩径、桩身混凝土强度与试验桩相同。配筋在桩顶附近适当加强，以防试验压力过大，桩头破碎。
试验设备包括：反力系统、自动化荷载加载装置及荷载、桩顶上拔、反力桩沉降观测系统。反力系统为 1 根反力主梁，长 8m，两端为中点供力能力大于 10 000kN，观测系统由 4 支电子位移计、2 支数显百分表、压力传感器和静载荷试验仪组成。布置示意图如图 4 所示。
3.1.2 试验加载、卸载方式
试验桩设计单桩竖向抗拔承载力特征值为 4040kN，试验最大加载值不小于单桩竖向抗拔承载力特征值的 2 倍，即不小于 8080kN，加载采用慢速维荷法，分 10 级进行。
本试验选用 2 台千斤顶分别置于反力桩上。通过安置在千斤顶上的测力传感器测读压力，两仪器的压力读数之和即为试桩桩顶荷载。在试桩桩顶安装 4 支电子位移计测读各级荷载作用下的桩顶上拔量，并用数显百分表测量反力桩沉降量，如图 5所示。试桩主筋直接伸出地面并焊接在反力梁侧壁上如图 6 所示。
3.1.3 位移量观测
1）基准梁的安装
每桩试验桩设 2 个 I 32a 工字钢作为基准梁，基准梁架在基准桩上，一端固定，一端自由支撑。2根基准桩间距至少大于 6.8m。基准桩可用钢管桩或灌注桩，埋入地下 2m。位移计通过磁性表座固定在基准梁上。
2）桩顶上拔量观测方式[3]
a. 每级荷载施加后按第 5min、15min、30min、45min、60min 测读桩顶上拔量，以后每隔 30min 测读一次。
b.试验桩上拔稳定标准：每一小时内的桩顶上拔量不超过 0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第 30min 开始，按 1.5h 连续三次每 30min 上拔观测值计算）。
c.当桩顶上拔速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。
d. 卸载时，每级荷载维持 1h，按第 15min、30min、60min 测读桩顶上拔量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余上拔量，维持时间为 3h，测读时间为第 15 min、30min，以后每隔30min 测读一次。
3.2 支盘探测
3.2.1 地层勘探
在试验桩旁布置地质钻孔 1 个，孔深 34.00m。SH30 型钻机冲击钻进、套管护壁。要求查明地面以下 34.00m 深度内的地层，准确分层。
3.2.2 支盘位置、大小、厚度探查
在每根桩上布置 3 个钻芯孔，孔外径 100mm，孔均匀对称分布在距桩中心 850mm 处，孔深以钻穿支盘为准。记录支盘深度，厚度。支盘混凝土芯样全部保存。
4 试验中应注意的问题
4.1 钢筋计安装
支盘桩的实际成盘位置与设计成盘位置会有偏差，应根据场地实际土质条件确定成盘位置后方可安装钢筋计。
4.2 钢筋计安装方式
可以采用绑条焊接和套管对接两种方式。采用绑焊式时，应注意对钢筋计降温，避免焊接温度过高对钢筋计造成损害，导致数据不准确；套管对接连接，钢筋计套丝时应将其可靠固定，避免松动而导致损坏。
4.3 钢筋计数据线的保护
钢筋计数据线引出时，应把数据线出头处放置于桩体钢筋笼的环状面上，以防混凝土灌注设备碰坏。此外，还应该做好施工前的钢筋计保护工作。
4.4 数据线标识
本次试验测点较多，桩体较长且是分段施工，因此应提前贴好标签。建议每隔 0.5m 贴一个防水标签，导线最好能伸出地面 3m～5m。
4.5 数据线注意保护
钢筋计导线比较脆弱，为防止导线受损，采用给导线套管的方式来解决这一问题。推荐采用防火金属套管，该套管本身具有一定强度，导线在该套管内可自由滑动，而且该管还具有防高温效果，很好解决挤压拉扯和高温问题。
4.6 分段施工注意防水
由于桩体较长，分段施工时导线必须断开，接头处的防水至关重要。推荐采用连接套管，导线内的铜丝连接好后用塑封管封好，然后用套管套好，涂抹防水胶，拧死套管两头，此时导线被扣在套管内，避免被拉断。
5 结语
本试验是国内首次支盘桩的原位静载抗拔试验，通过对试验中各环节的阐述以及试验过程中注意事项的分析，可以为同类基桩的试验提供参考。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/9131.htm
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