（中国电建集团核电工程有限公司 山东济南 250102）
摘要：现阶段国标普遍采用自由式试验检测桩基的水平承载力，本项目通过定向式水平支撑，确保了振动设备筏板基础桩基试验参数的精确性，有效解决了混凝土灌注桩采用自由式试验无法得到可靠数据产生的设计超设问题。
关键词：设备基础；灌注桩；定向式
1 引言
电站设计中如何保证设备安全平稳运行，基础设计是其中关键一环。桩基础作为一种常用地基处理型式，其单桩承载力成为设计中最关键的问题。如何有效对单桩承载力进行检测，获得试验数据，为设计优化提供有效支撑，需要准确的荷载试验类型。
2 正文
2.1 水平承载力试验方法比较
灌注桩水平荷载试验现阶段国标普遍使用自由式试验方法，简便快捷，满足单桩设计参数。但对于大型震动设备基础，却无法模拟桩基在基础内水平受力表现，并且在加载过程中会出现侧向位移，不能很好的获得水平荷载作用下群桩在基础内的工作数据，造成超设问题。
美标中水平荷载试验普遍使用定向式，要求将试验桩桩头进行固定，避免了桩头侧向位移所产生的试验数据偏差，可模拟桩基在基础内的受力状态分布，得到准确的试验参数，提高桩基使用的经济性能。
2.2 定向式水平支撑系统组成
试验支撑系统包括：钢性固定支撑架、固定支墩、滑轨。支撑框架为钢性结构，在桩身两端；框架柱距离长度≧2m；钢结构连接牢固；框架连接角度为30°/60°/90°，直角结构；支撑端有足够的承载力；测试桩与支撑段距离≧3m；支撑端和钢结构项端中要设置钢平板及滑管(滑管直径不小于50mm)。
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图1 定向式试验支撑系统
2.3 定向式水平支撑系统的研究
沙特吉赞阿美电站属于砂砾质海岸堆积地貌，每台机组设计758颗灌注桩改善地质。为取得水平承载力等试验参数，设计试验桩为直径800mm的摩擦桩，长22m，水平荷载230KN，最大试验荷载460KN，最大荷载桩身允许位移12mm。
2.3.1 支架的选择
支架分为桩头顶部固定支架，桩身两侧固定支架。
桩头顶部固定支架：支架埋入桩身内连接钢筋笼，顶部灌浆与桩身连为一体，待灌浆层强度达到设计标准开始试验。加载中灌浆支架在桩顶连接部位受压，通过水平支撑进行压力传导。
桩身两侧固定支架：采用钢包箍将支架与桩身紧固。包箍根据桩型尺寸进行设计。加载中包箍支架底部及顶部受压，通过斜撑和水平梁同步传导。
通过检测包箍支架在受压过程中压力传导均匀，钢性达到安全要求，试验精度和适用桩型及安装的便捷性方面优于灌浆支撑。
2.3.2 支架连接方式的选择
支架连接有螺栓铰接和焊接等。
螺栓铰接：将支架拆分为柱体、水平梁、斜撑、包箍。安装时将柱体通过包箍安装于试验桩身，检测垂直度，将水平梁与斜撑组装一体后，安装到支撑架柱体上，检测水平度。安装完成后，紧固所有螺栓。螺栓铰接施工方便快捷；受压后稳固性较低，多次拆装螺栓易磨损造成安全隐患。
结构焊接：将支架分为固定架和包箍。把各配件焊接成一个整体固定支架作为主体部分，整体运输安装，现场焊接固定包箍部分。焊接整体强度高，稳固性强；安装拆卸用时长，耗材投入及人工成本相对较高，变形后不易处理。
通过采用ANSYS有限元受力分析，在桩体受力后支架的水平梁，顶部前端包箍和底部后端包箍为主要受力点。为保证支架的整体钢性，采用前部固定支撑架整体焊接，包箍采用直径20mm，10.9级高强螺栓连接，并在受力较大的水平支撑和顶部前端包箍位置增设加劲肋预防受力变形。
2.3.3 项端支撑的选择
项端支撑主要有支撑桩、混凝土压块、钢性支墩等。其中支撑桩是支撑架项端通过灌注桩的承载力和摩擦力给予试验支撑，混凝土压块是采用大吨位混凝土压块埋设到支撑项端位置，通过稳固性进行支撑。钢性支墩采用大面积的钢性路基板将支架压力均匀传导至地面给予支撑。在精度控制和安装的便捷性方面，钢性支墩有明显优势。
2.4 具体工艺流程
2.4.1 水平支撑系统制作
桩头固定支架加工，包箍直径根据试验桩直径加工。斜撑与立柱、横梁的连接进行满焊，保证立柱与横梁的垂直度要求。单榀制作完成后，焊接定位槽钢，进行包箍定位。定位完成进行加固及受力点支撑；在包箍外侧设直径21mm的螺栓孔；支架固定槽钢安装，连接方式为焊接。外设包箍安装提升把手，并标明安装方向。
2.4.2 钢支墩制作
采用工字钢并排焊接成钢支墩，顶部使用钢板找平焊接。试验布放后使用压块进行2小时静载。
2.4.3 现场安装
将试验区域开挖，要求桩头露出2.5m；铺设固定支墩，中心距试验桩中心为3m，顶标高为桩顶标高-2m，并检测整体平整度；安放滚轮组，校正支架水平度；安装桩头固定支架，立柱垂直于桩身，使用钢箍进行包箍桩头，在桩身不平整时进行研磨，调整横向梁的水平度，紧固钢箍高强螺栓。从下往上安装包箍，螺母先带入螺栓。完成安装后检查水平度满足试验要求，外部螺栓全部紧固，进行下部试验准备。在水平荷载试验检测过程中，同步检测桩头侧向位移及支撑系统沉降情况。
2.5 试验检测及数据分析
试验共设定四个检测点：支架垂直度检测，在支架顶端加固梁位置安装垂直线坠；观察钢支墩沉降；在柱体两侧各设一个检测点，检测桩身扭曲；在支撑项端两边各设一个检测点，检测支架水平位移。对试验全程进行检测，并记录桩身位移数据。
通过试验数据发现支撑架可保证受压过程中桩身的定向水平位移，未产生桩身扭曲现象。加载到设计荷载时桩身位移为3.010mm，加载至最大试验荷载时桩身位移为7.975mm，小于设计要求最大试验荷载允许位移12mm。
根据定向式水平荷载试验参数设计的桩基，目前基础已完成，设备安装完毕并开始正常运行，取得了良好的效果。
3结束语
定向式水平荷载试验作为桩基性能测试中水平承载力的专项试验方法，体现出桩基础在工业建筑项目混凝土大筏板基础中模拟水平受力状态得到相应的试验参数，用以复核桩基整体设计是否满足使用承载要求，确保了桩基试验的特定技术参数，为设计提供可靠数据，提高了整体的安全系数。
参考文献
[1]曾壮丽，大直径钻孔灌注桩承载力试验研究，《湖南城市学院学报：自然科学版》，2010年01期.
作者简介
尤洪涛 高级工程师，现任中国电建集团核电工程有限公司高级主管。