灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)反力鋼盤快速連接技術(shù)

王光輝，鄧志宇，宋晨旭

（1.深圳市鹽田區(qū)工程質(zhì)量安全監(jiān)督中心，廣東 深圳 518000；2.深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518063）

0 引言

目前，在進(jìn)行混凝土灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)時(shí)，反力裝置大多使用反力加筋鋼墩焊接法，采用在抗拔試驗(yàn)樁兩側(cè)支墩上方架設(shè)一條反力主梁，梁頂中間放置千斤頂，千斤頂上再放置反力加筋圓鋼墩。試驗(yàn)前，先截取數(shù)根與樁身主筋直徑相同的延長(zhǎng)鋼筋，延長(zhǎng)鋼筋的一端分別與主梁投影外側(cè)的樁頂鋼筋采用搭接焊接，另一端再逐根依次焊接在千斤頂上方的圓鋼墩側(cè)面。試驗(yàn)結(jié)束后，再將延長(zhǎng)鋼筋兩端分別從圓鋼墩側(cè)面和樁頂逐一燒割解除廢棄，當(dāng)進(jìn)行下一根樁試驗(yàn)時(shí)，再重新上述步驟［1-3］。具體抗拔靜載荷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖 1 所示。

圖1 傳統(tǒng)抗拔靜載試驗(yàn)裝置

該試驗(yàn)方法有三個(gè)明顯的弊端，一是受樁頂上方反力主梁阻礙，主梁下端有 4～8 根樁頂預(yù)留鋼筋不能延長(zhǎng)焊接至千斤上方的圓鋼墩側(cè)面上，無法承擔(dān)試驗(yàn)抗拔力，尤其是在設(shè)計(jì)配筋儲(chǔ)備有限的情況下，無法滿足檢測(cè)規(guī)范要求最大加載至 2 倍抗拔力設(shè)計(jì)特征值的要求；二是該方法需現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)，耗費(fèi)人力物力，既浪費(fèi)時(shí)間、材料，且常常在試驗(yàn)加載過程中因焊接質(zhì)量問題個(gè)別鋼筋開焊，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，須補(bǔ)焊后再重新開始試驗(yàn)；三是試驗(yàn)結(jié)束切割鋼筋后焊渣清除困難，安裝、拆卸時(shí)間太長(zhǎng)，檢測(cè)效率很低，影響試驗(yàn)進(jìn)度［4，5］。

為了提高灌注樁抗拔靜載試驗(yàn)檢測(cè)效率，克服傳統(tǒng)抗拔樁試驗(yàn)存在的弊端，深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“公司”）項(xiàng)目部采用一種新型的反力傳導(dǎo)鋼盤，將灌注樁鋼筋籠的預(yù)留鋼筋通過錨具固定在若干鋼隔板上，鋼隔板平行吊裝穿過灌注樁頂各預(yù)留鋼筋間隙，置于反力鋼盤上，采用錨具將灌注樁頂預(yù)留鋼筋逐一鎖緊在相鄰的鋼隔板頂面，將主力鋼筋下端穿過反力鋼盤圓孔，旋入鋼盤底端螺母固定，主力鋼筋上端穿入千斤頂上部的反力鋼盤圓孔，用螺母固定，形成一種新型反力傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行灌注樁抗拔試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝拆卸快捷、安全可靠、循環(huán)使用、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效，形成了檢測(cè)連接新技術(shù)。

1 工程概況

1.1 工程施工情況

鹽田區(qū)外國(guó)語小學(xué)項(xiàng)目位于深圳市鹽田區(qū)。該項(xiàng)目灌注樁樁徑 800 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) 18～34 m，抗拔承載力設(shè)計(jì)值為 800 kN，抗拔試驗(yàn)樁共3根。

1.2 檢測(cè)情況

2021 年 4 月，由公司協(xié)助勘察院開展了灌注樁抗拔靜載試驗(yàn)。由于現(xiàn)場(chǎng)工期緊張，為盡快完成檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采用新型反力鋼盤進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。本工程灌注樁采用 20 根φ25 預(yù)留連接鋼筋。要求最大試驗(yàn)抗拔力為 1 600 kN，由于采用新型反力鋼盤，現(xiàn)場(chǎng)無需焊接，安裝方便，大大縮短了準(zhǔn)備工作時(shí)間，工作人員全天駐場(chǎng)，以 1.5 d 1 根的速度完成了檢測(cè)，顯著提高了檢測(cè)效率。

2 灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)反力鋼盤快速連接工藝

2.1 適用范圍

1）適用于樁徑不超過 800 mm 的灌注樁抗拔靜載荷試驗(yàn)；

2）適用于試驗(yàn)荷載不超過 2 200 kN 的抗拔靜載試驗(yàn)（配置主力抗拔精軋螺紋鋼鋼筋直徑 40 mm）；

3）主梁寬度不超過 400 mm；

4）當(dāng)試驗(yàn)荷載超出 2 200 kN 時(shí)，可通過在兩根螺紋鋼之間穿中空橫梁中轉(zhuǎn)，橫梁兩側(cè)再向上連接螺紋鋼以滿足抗拔力要求。

2.2 工藝原理

本工法采用的新型灌注樁抗拔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置，主要由加載系統(tǒng)、反力支座系統(tǒng)、反力傳導(dǎo)系統(tǒng)組成（見圖 2）。本工法中的加載系統(tǒng)、反力支座系統(tǒng)沿用通常的操作方法，主要針對(duì)傳統(tǒng)抗拔樁靜載荷試驗(yàn)的反力傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，其反力傳導(dǎo)系統(tǒng)主要由下部反力鋼盤、反力鋼隔板、上部承壓鋼板、錨具、主力鋼筋構(gòu)成。

圖2 反力鋼盤傳導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

1）下部反力鋼盤。

①本工法下部使用反力鋼盤作為抗拔樁力傳導(dǎo)的連接樞紐，其為主要的受力結(jié)構(gòu)裝置，材料選用合金鋼，形狀為圓盤形，圓盤下部焊接兩條長(zhǎng)條形鋼板，反力盤直徑 570 mm、厚度 60 mm（見圖 3）。

圖3 反力鋼盤實(shí)物圖

②反力鋼盤距中心 200 mm 對(duì)稱開孔φ50，用于旋入并固定直徑 40 mm 的主力鋼筋；旁邊開寬度 50 mm 的弧形槽，用于增加主力鋼筋。弧形槽兩端與圓孔連線夾角分別為 25°和 50°。反力鋼盤開孔具體部位及尺寸見圖 4。反力鋼盤下方焊接 100 mm 高 60 mm 寬 1 100 mm 長(zhǎng)的鋼板。反力鋼盤底部主力鋼筋套筒設(shè)置如圖 5 所示。

圖4 反力裝置開孔部位及尺寸示意圖（單位：mm）

圖5 反力鋼盤底部焊接鋼板設(shè)置

2）反力鋼隔板。

①反力鋼隔板主要用于連接灌注樁鋼筋籠預(yù)留鋼筋，單片尺寸長(zhǎng) 1 500 mm，寬 50～60 mm，高 100 mm。

②反力鋼隔板兩端焊接U型鋼筋，便于人工搬運(yùn)（見圖 6）；反力鋼隔板放置于下部反力鋼盤上，用錨具連接預(yù)留鋼筋。

圖6 反力鋼隔板

3）錨具。

①根據(jù)灌注樁樁頭填芯鋼筋的直徑選擇適用的單孔錨具。

②錨具為專用產(chǎn)品，為圓形夾片式錨具，由錨套及 3 片工作夾片組成，錨套及夾片如圖 7 所示。

圖7 單孔錨具

③錨具的錨套為錐形孔，錨固原理是先將鋼筋穿入錨套的錐孔內(nèi)，然后將 3 片內(nèi)有凹紋的楔形夾片置于錨套和鋼筋間隙并用錘敲緊，承受拉力后鋼筋與錨具呈自鎖狀態(tài)，越拉越緊。

4）上部反力鋼盤。

①上部反力鋼盤放置于千斤頂上部，承擔(dān)受反力的作用。主力鋼筋使用螺母與上下兩塊鋼隔板連接。

②反力鋼盤直徑 570 mm、厚度 60 mm。距中心 200 mm 對(duì)稱開孔φ50，用于旋入并固定直徑 40 mm 的主力鋼筋；旁邊開寬度 50 mm 的弧形槽，弧形槽兩端與圓孔連線夾角分別為 25°和 50°（見圖 8）。

圖8 上部反力鋼盤

5）主力鋼筋。

①主力鋼筋主要作用是將下部反力鋼盤與上部反力鋼盤相連接，將千斤頂?shù)捻斏奢d傳遞到上部反力鋼盤，經(jīng)由主力鋼筋傳給下部反力鋼盤再由下部鋼盤傳遞到放置其上的鋼隔板。

②主力鋼筋直徑選擇主要考慮抗拔荷載的大小，本工法目前采用兩根φ40 的 1 080 MPa 精軋螺紋鋼，單根抗拉強(qiáng)度為 1 450 kN，適用于 2 500 kN 的抗拔靜載試驗(yàn)，如試樁需要更大噸位，可增加主力鋼筋數(shù)量。

③主力鋼筋分為上下兩段，下段兩根主力鋼筋底端旋入反力鋼盤預(yù)留孔下的螺母，上下兩段主力鋼筋中間用連接套筒相連。

2.3 工藝流程

灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)反力鋼盤快速連接工藝流程如圖 9 所示。

圖9 試驗(yàn)工藝流程圖

2.4 操作要點(diǎn)

1）受檢灌注樁樁頂處理。

①灌注樁樁頭鑿至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高并磨平，保證位移傳感器不會(huì)發(fā)生偏移（見圖 10）。將鋼板以平行于反力鋼盤圓孔連線的方向放置在下部反力鋼盤上，每?jī)善摪鍔A住兩根鋼筋。

圖10 灌注樁樁頂處理

②檢測(cè)前受檢灌注樁的鋼筋籠預(yù)留鋼筋進(jìn)行鋼筋矯正，確保鋼筋豎直。

2）檢測(cè)場(chǎng)地處理、吊裝反力支墩。

①對(duì)受檢灌注樁周邊 8 m×8 m 范圍內(nèi)進(jìn)行場(chǎng)地平整。

②試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行硬底化或鋪設(shè)磚渣，以確保反力支墩放置平穩(wěn)。

③在反力支墩位置下鋪設(shè)鋼板，以增大地表受力面積（見圖 11）。

圖11 試驗(yàn)支墩位置鋪設(shè)鋼板

3）吊裝反力鋼盤置于樁頂鋼筋籠內(nèi)。

①起吊反力鋼盤，反力鋼盤正面朝上吊放。底部放置墊塊，保證反力鋼盤放置水平。

②反力鋼盤接近樁頂預(yù)留鋼筋時(shí)，人工旋轉(zhuǎn)角度使反力鋼盤下部的鋼板間保留 3 根鋼筋，現(xiàn)場(chǎng)安裝具體如圖 12 所示。

圖12 安裝下部反力鋼盤

4）下段主力鋼筋連接。

①先清理主力鋼筋上的雜質(zhì)，確保插入時(shí)順暢。

②將主力鋼筋底端人工插入反力鋼盤預(yù)留孔，與盤底螺母螺紋固定。

③主力鋼筋底端安裝最少露出反力鋼盤底部螺母 50 mm（見圖 13）。

圖13 主力鋼筋連接反力鋼盤

5）吊裝鋼隔板。

①兩根主力鋼筋旋入螺母，使螺母在同一水平位置。

②從上部穿入一塊距中心 400 mm 對(duì)稱開孔φ50 的長(zhǎng)方形鋼片，使主力鋼筋位置固定。

6）連接樁頂預(yù)留鋼筋。

①將反力鋼隔板人工抬起放置于下部反力鋼盤上，放置方向與兩根主筋連線平行。

②灌注樁預(yù)留鋼筋通過錨具鎖緊在兩條鋼隔板頂面，夾片纏一層電工膠布，用錘敲實(shí)卡緊，方便試驗(yàn)結(jié)束后拆卸（見圖 14）。

圖14 樁頂預(yù)留鋼筋錨具安裝

7）吊裝主梁、千斤頂及上部承壓鋼板。

①在兩根主力鋼筋中間安放主梁，主梁的端部超過支墩寬度的一半以上，保證主梁穩(wěn)固。

②保證主梁中心與受檢樁幾何中心重合，避免受力不均勻。

③主梁安放時(shí)要保證水平，防止偏壓失穩(wěn)。

④將千斤頂放置在主梁中部頂面上，千斤頂最大荷載不小于最大試驗(yàn)荷載的 1.2 倍且≤2.5 倍。

⑤將上部承壓鋼板正面朝上吊裝到千斤頂上，承壓鋼板底部同心圓標(biāo)記與千斤頂重合（見圖 15）。

圖15 安裝上部反力鋼盤

8）上段主力鋼筋連接。

①先清理主力鋼筋上的雜質(zhì)，確保插入時(shí)順暢。

②將上段主力鋼筋的底端人工插入反力鋼盤開口，與主力鋼筋下段使用連接套筒連接。

③將鋼筋連接套筒或六角螺母人工順時(shí)針旋入上段主力鋼筋頂端并擰緊在承壓鋼板頂面。

9）按規(guī)范進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

①安裝基準(zhǔn)梁及位移傳感器。

②連接千斤頂油壓加載系統(tǒng)，之后按照規(guī)范進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

2.5 施工工藝特點(diǎn)

1）檢測(cè)效率高。本技術(shù)采用新型的反力傳導(dǎo)鋼盤，在反力鋼隔板頂面通過錨具鎖定連接灌注樁各預(yù)留鋼筋，采用螺母固定主力鋼筋兩端，現(xiàn)場(chǎng)無需焊接作業(yè)，大大縮短了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高了檢測(cè)效率，縮短了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間。

2）檢測(cè)效果好。本工法在加載系統(tǒng)頂部采用主力鋼筋穿過千斤頂上方的反力承壓鋼板，并用螺母連接，主力鋼筋下端通過螺母與反力鋼盤底面相連，反力鋼隔板通過錨具與灌注樁的預(yù)留鋼筋相連接，反力鋼隔板置于反力鋼盤頂面，反力鋼盤放置時(shí)調(diào)至水平，確保試驗(yàn)過程中受力均勻，錨具鎖定及螺母固定連接安全可靠，可避免傳統(tǒng)方法因焊接質(zhì)量問題而產(chǎn)生的脫焊現(xiàn)象。

3）裝卸快捷。本工法所采用的反力鋼盤體積小、重量輕，吊裝輕便，反力鋼隔板分散式設(shè)計(jì)，兩端設(shè)置把手，可人工抬放安裝，通過錨具與預(yù)留鋼筋連接，主力鋼筋采用螺母連接固定，可實(shí)現(xiàn)快速安裝。

4）綜合成本低。本工法采用新穎的現(xiàn)場(chǎng)組裝及拆卸設(shè)計(jì)，反力傳導(dǎo)鋼盤、反力鋼隔板及主力拉拔鋼筋可重復(fù)使用，樁頂預(yù)留鋼筋也無需焊接延長(zhǎng)鋼筋，減少了材料浪費(fèi)，裝拆簡(jiǎn)便，節(jié)省了安裝材料和人力成本，大大提升了檢測(cè)工效，總體降低了檢測(cè)成本。

3 結(jié)語

灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)反力鋼盤快速連接工法，采用一種新型的反力傳導(dǎo)鋼盤，將灌注樁鋼筋籠的預(yù)留鋼筋通過錨具固定在若干鋼隔板上，鋼隔板平行吊裝穿過灌注樁頂各預(yù)留鋼筋間隙，置于反力鋼盤上，采用錨具將灌注樁頂預(yù)留鋼筋逐一鎖緊在相鄰的鋼隔板頂面；將主力鋼筋下端穿過反力鋼盤圓孔，旋入鋼盤底端螺母固定；主力鋼筋上端穿入千斤頂上部的反力鋼盤圓孔，用螺母固定；形成一種新型反力傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行灌注樁抗拔試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)安裝拆卸快捷、安全可靠、循環(huán)使用、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。Q