小直徑路堤樁靜載試驗樁頭處理技術研究

饒延泉

(中鐵十六局集團第三工程有限公司 浙江湖州 313000)

1 前言

在進行靜載荷試驗時，由于樁的頂面傾斜不平整，承壓板在安裝試驗過程中易出現不水平，從而導致承壓板上百分表測桿的滑移及讀數不準確。工程實踐表明避免樁偏心受壓、準確控制壓樁力及百分表準確量測樁的豎向變形是靜載荷試驗的關鍵所在[1-3]，對于小直徑素混凝土樁尤為重要，因為小直徑混凝土樁偏心受壓時樁體內部產生彎矩，易進一步導致樁體發生壓曲失穩破壞，導致承載力數據不準確，不能客觀地判定實際受力狀態下樁體的受力情況及成樁質量[4-5]。

針對上述問題，結合工程實際，在滬昆鐵路客專云南段路堤樁靜載試驗過程中研發了“小直徑路堤樁靜載試驗樁頭處理技術”，較好地解決了傳統方法靜載荷試驗的上述缺點，提高了樁基檢測的準確率，保證了樁基的質量。

2 工程概況

新建滬昆鐵路客運專線云南段TJ3標工程位于云南省昆明市嵩明縣境內，管段站場及區間路基工程起訖里程為DK1108+110.45～DK1124+148.325，路基路堤大部分處在松軟土地基，地基處理全部采用小直徑(φ0.5 m)素混凝土樁進行加固處理。一般為路堤填筑全寬布置，樁長3～23.5 m，樁間距為1.4～1.6 m，矩形布置，素混凝土樁長共計45.5萬m。成樁質量除采用小應變外，還采用錨樁橫梁反力裝置根據實際情況間隔一定距離來檢測混凝土樁極限承載力。

3 工藝原理

小直徑路堤樁靜載試驗樁頭處理技術工藝原理是：將水平固定板和豎向護板焊接在一起形成樁頭承壓套箍，對于異形樁樁頭承壓套箍可設置加固斜撐形成樁頭承壓套箍，如圖1所示，然后通過螺栓固定在樁頭上，如圖2、圖3所示；承壓板通過活動連接固定在水平固定板上，在承壓板上部的千斤頂固定環內安裝千斤頂，并在千斤頂的兩側對稱設置水平儀；千斤頂的上方設置荷重傳感器，荷重傳感器固定在上方的工字鋼上并與頻率儀連接，打設基準樁，安裝基準梁，在基準梁上安裝百分表，百分表測桿端部插入承壓板上的卡槽內[6]，如圖4所示。安裝時樁頭承壓套箍、承壓板、千斤頂、荷重傳感器、工字鋼處于同一軸線，防止試驗時樁體的偏心受壓。

圖1 不帶尖頭Y(X)形樁水平固定板和豎向護板連接示意

圖2 不帶尖頭反拱曲面Y形樁樁頭套箍裝置結構示意

該技術采用調平腳螺旋和千斤頂兩側水平儀聯合控制試驗裝置保持水平，可以有效避免樁體的偏心受壓；試驗時，荷重傳感器與油壓表相互結合控制壓樁力，并按要求分級加載和卸載，能夠準確控制壓樁力，從而保證了靜載荷試驗數據的準確性；該技術針對圓形樁或異形樁分別提供了其樁頭套箍裝置及安裝方法，有效解決了小直徑樁，尤其是異形樁靜載荷試驗中的常見問題。

圖3 帶尖頭反拱曲面X形樁樁頭套箍裝置結構示意

圖4 圓形樁豎向靜載荷試驗樁頭處理裝置

4 施工工藝流程

本技術以帶尖頭的Y形樁的豎向靜載荷試驗為例，其樁頭處理裝置安裝施工工藝流程見圖5。

圖5 小直徑路堤樁靜載試驗樁頭處理施工工藝流程

5 操作要點

5.1 安裝樁頭承壓套箍

水平固定板與豎向護板均采用12 mm厚的鋼板，兩者通過焊接固定在一起，其中水平固定板為扇形，其上開0.05 m×0.025 m的矩形螺栓滑動槽，滑動槽長邊方向中心線與半徑方向重合。將水平固定板和豎向護板焊接在一起，即形成了樁頭承壓套箍，為了使焊縫最小，扇形水平固定板和反拱曲面豎向護板的圓心處于同一直線上[7]，并在其之間設置斜撐連接固定。斜撐采用圓形鋼管或角鋼，一端呈45°夾角焊接于水平固定板邊緣處，另一端焊接于反拱曲面豎向護板上，斜撐數量為4根，均勻布置。在豎向護板上開螺栓孔，螺栓孔設置3個并成正三角形分布，螺栓孔孔徑25 mm，螺栓孔上增設固定墊片，螺栓孔和固定墊片均設置內螺紋。

5.2 安裝承壓板

樁頭承壓板外形呈方形，采用0.9 m×0.9 m×12 mm(長×寬×厚)的鋼板，承壓板上對稱均勻布置9個0.1 m×0.025 m的螺栓滑動槽。在承壓板的中心粘貼水平儀[8]。

5.3 安裝千斤頂

將千斤頂放入承壓板上的千斤頂固定環內，安裝時清除固定環內的雜物，防止千斤頂傾斜[9]。

5.4 安裝荷重傳感器

(1)將荷重傳感器固定裝置與工字鋼連接。

(2)將荷重傳感器放置于荷重傳感器固定裝置內[10]。

(3)試驗過程中采用頻率儀，全程檢測荷重傳感器的頻率變化[11]。

5.5 調平承壓板

反復通過扳手調節承壓板調平腳螺旋，使條式水平儀中的主副氣泡全部居中。試驗過程中應及時調節調平腳螺旋，保證承壓板的水平[12-13]。

5.6 安裝百分表

在基準梁上安裝測沉降百分表。

5.7 堆載

在堆載反力平臺上堆載，荷載應一次堆上，保持荷載的平衡，確保荷載重心穿過試樁中心，荷載總量不得少于預定最大加載的1.2倍。

6 效益分析

6.1 技術效益

(1)該技術中的小直徑剛性路堤樁豎向靜載荷試驗樁頭處理裝置，采用承壓板上的調平腳螺旋和千斤頂兩側水平儀聯合控制試驗裝置保持水平，能夠解決小直徑剛性樁樁中心定位困難、容易偏心受壓的問題。

(2)該技術能夠準確測量小直徑剛性路堤樁的豎向變形，避免樁體偏心受壓，從而保證了靜載荷試驗數據的準確性。

(3)本技術針對圓形樁或異形樁分別提供了其樁頭套箍裝置及安裝方法，有效解決了小直徑樁，尤其是異形樁靜載荷試驗中的常見問題。

6.2 經濟效益

本技術保證了靜載荷試驗數據的準確性，屬于技術先進、經濟適用的靜載荷試驗施工方法；與傳統的靜載荷試驗裝置相比，本技術具有節省樁體維修費用的優點，具有較好的技術經濟效益。

7 結論

小直徑路堤樁靜載試驗樁頭處理技術適用于普通的小直徑圓形樁的靜載荷試驗，同時也適用于異形樁靜載荷試驗。經過實際工程應用得到如下結論：

(1)該技術中的小直徑剛性路堤樁豎向靜載荷試驗樁頭處理裝置，采用承壓板上的調平腳螺旋和千斤頂兩側水平儀聯合控制試驗裝置保持水平，能夠解決小直徑剛性樁樁中心定位困難、容易偏心受壓的問題。

(2)該技術中的靜載荷試驗樁頭裝置采用荷重傳感器與油壓表相互結合控制壓樁力，并按要求分級加載和卸載，能夠準確控制壓樁力。

(3)本技術針對圓形樁或異形樁分別提供了其樁頭套箍裝置及安裝方法，有效解決了小直徑樁，尤其是異形樁靜載荷試驗中的常見問題。