灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)反力鋼盤(pán)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(wú)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(wú)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(guò)程中因焊接質(zhì)量問(wèn)題個(gè)別鋼筋開(kāi)焊，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，須補(bǔ)焊后再重新開(kāi)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(pán)，將灌注樁鋼筋籠的預(yù)留鋼筋通過(guò)錨具固定在若干鋼隔板上，鋼隔板平行吊裝穿過(guò)灌注樁頂各預(yù)留鋼筋間隙，置于反力鋼盤(pán)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(guò)反力鋼盤(pán)圓孔，旋入鋼盤(pán)底端螺母固定，主力鋼筋上端穿入千斤頂上部的反力鋼盤(pán)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(yǔ)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(kāi)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(pán)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(pán)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)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(pán)快速連接工藝

2.1 適用范圍

1）適用于樁徑不超過(guò) 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(guò) 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(guò) 400 mm；

4）當(dāng)試驗(yàn)荷載超出 2 200 kN 時(shí)，可通過(guò)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(jiàn)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(pán)、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(pán)傳導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

1）下部反力鋼盤(pán)。

①本工法下部使用反力鋼盤(pán)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(pán)形，圓盤(pán)下部焊接兩條長(zhǎng)條形鋼板，反力盤(pán)直徑 570 mm、厚度 60 mm（見(jiàn)圖 3）。

圖3 反力鋼盤(pán)實(shí)物圖

②反力鋼盤(pán)距中心 200 mm 對(duì)稱開(kāi)孔φ50，用于旋入并固定直徑 40 mm 的主力鋼筋；旁邊開(kāi)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(pán)開(kāi)孔具體部位及尺寸見(jiàn)圖 4。反力鋼盤(pán)下方焊接 100 mm 高 60 mm 寬 1 100 mm 長(zhǎng)的鋼板。反力鋼盤(pán)底部主力鋼筋套筒設(shè)置如圖 5 所示。

圖4 反力裝置開(kāi)孔部位及尺寸示意圖（單位：mm）

圖5 反力鋼盤(pán)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(jiàn)圖 6）；反力鋼隔板放置于下部反力鋼盤(pán)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(pán)。

①上部反力鋼盤(pán)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(pán)直徑 570 mm、厚度 60 mm。距中心 200 mm 對(duì)稱開(kāi)孔φ50，用于旋入并固定直徑 40 mm 的主力鋼筋；旁邊開(kāi)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(jiàn)圖 8）。

圖8 上部反力鋼盤(pán)

5）主力鋼筋。

①主力鋼筋主要作用是將下部反力鋼盤(pán)與上部反力鋼盤(pán)相連接，將千斤頂?shù)捻斏奢d傳遞到上部反力鋼盤(pán)，經(jīng)由主力鋼筋傳給下部反力鋼盤(pán)再由下部鋼盤(pán)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(pán)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(pán)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(jiàn)圖 10）。將鋼板以平行于反力鋼盤(pán)圓孔連線的方向放置在下部反力鋼盤(pán)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(jiàn)圖 11）。

圖11 試驗(yàn)支墩位置鋪設(shè)鋼板

3）吊裝反力鋼盤(pán)置于樁頂鋼筋籠內(nèi)。

①起吊反力鋼盤(pán)，反力鋼盤(pán)正面朝上吊放。底部放置墊塊，保證反力鋼盤(pán)放置水平。

②反力鋼盤(pán)接近樁頂預(yù)留鋼筋時(shí)，人工旋轉(zhuǎn)角度使反力鋼盤(pán)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(pán)

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(pán)預(yù)留孔，與盤(pán)底螺母螺紋固定。

③主力鋼筋底端安裝最少露出反力鋼盤(pán)底部螺母 50 mm（見(jiàn)圖 13）。

圖13 主力鋼筋連接反力鋼盤(pán)

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(kāi)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(pán)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)圖 15）。

圖15 安裝上部反力鋼盤(pán)

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(pán)開(kāi)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(pán)，在反力鋼隔板頂面通過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)螺母與反力鋼盤(pán)底面相連，反力鋼隔板通過(guò)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(pán)頂面，反力鋼盤(pán)放置時(shí)調(diào)至水平，確保試驗(yàn)過(guò)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(wèn)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(pán)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(guò)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(pán)、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(wú)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(yǔ)

灌注樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)反力鋼盤(pán)快速連接工法，采用一種新型的反力傳導(dǎo)鋼盤(pán)，將灌注樁鋼筋籠的預(yù)留鋼筋通過(guò)錨具固定在若干鋼隔板上，鋼隔板平行吊裝穿過(guò)灌注樁頂各預(yù)留鋼筋間隙，置于反力鋼盤(pán)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(guò)反力鋼盤(pán)圓孔，旋入鋼盤(pán)底端螺母固定；主力鋼筋上端穿入千斤頂上部的反力鋼盤(pán)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)?，F(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