526國道改建工程反拉拔單樁承載力檢測技術

尹 成 福，陳 小 銳

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

526國道岱山段改建工程主線起點位于雙合，與在建寧波舟山港主通道(魚山石化疏港公路)相接，路線往東在北部圍墾區靠北側海岸線采用路堤結合方式至拷門大壩后，經東沙養殖塘、鹽田區轉向東南方向經江二村至泥峙附近，再往東穿越村莊山嶺后經岱東鎮、雙峰鹽場至南峰村，然后路線在新城區東側采用路堤結合方式至江南大橋，并在現狀江南大橋東側新建雙幅江南大橋，終點位于江南島，與在建岱山至舟山疏港公路相接，主線全長約23.6 km。K0+000～K2+500段整體式路基采用寬度為28.5 m斷面，K2+500～K22+350段整體式路基采用寬度為26.5 m斷面(其中海域段采用路堤結合斷面)，K22+350至終點段采用整體式路基寬度為25.5 m斷面(其中海域段采用U型槽斷面)。因路基工程大部分位于海域區段，需進行大量的軟基處理，該工程最常見的深層軟基處理方式為預應力管樁處理，整個工程預應力管樁的總長度達210萬m，總根數達84 500根。

由于海域段路基采用PHC400/600型預應力管樁進行軟基處理，為保證海域段軟基加固處理管樁的承載力滿足設計指標，根據設計圖紙要求，管樁大面積施工前，應根據現場情況和施工經驗選擇具有典型地質特征的位置(非過渡段)試樁且單個工點試樁數不少于10根；試樁前，需根據設計參數合理配樁并每隔2 m在樁身上用紅色油漆做好標注；施工過程中，每隔2 m入土深度均需對壓樁力進行記錄；施工完成后，需檢測樁身垂直度、完整性并靜置1個月進行單樁承載力試驗，連同施工記錄形成試樁報告提交設計單位用以指導動態設計，完善各項施工質量控制指標。對于抽檢預應力管樁進行單樁承載力試驗，傳統的管樁單樁承載力試驗是采取在管樁上部設置型鋼承載平臺、堆載混凝土預制塊進行沉降觀測試驗。傳統的單樁承載力檢測試驗因堆載過高易出現安全事故，逐塊吊裝和拆卸工作時間長、安全風險高、成本高[1]。因此，為解決以上問題，項目部組織力量設計了管樁單樁承載力檢測裝置，該裝置主要由工字鋼主次梁、液壓頂、千分表、管樁頂螺桿固定裝置等構成，結構輕便、造價低廉、移動靈活，安拆方便。筆者對該技術進行了介紹。

2 反拉拔單樁承載力檢測技術

2.1 技術原理

526國道岱山段改建工程軟基處理預應力管樁為群樁布置，管樁為PHC400/600型鋼筋混凝土預應力管樁，按均勻排縱距的矩形布置，在進行單樁承載力檢測前需要對路基內的管樁開挖出樁頭(合計五根，即需要被檢測承載力單樁的前后左右四個方向各露出一根樁頭)，樁頭外露出路基面50～100 cm，用于固定受檢測樁受力工字鋼梁(I40工字鋼)端頭。在四根反拉拔樁中間部位的待檢測單樁頂部設置一個液壓油頂，油頂上部頂在十字交叉工字鋼梁中間部位，下部坐落于預應力管樁頂部，通過不斷加壓油頂增加壓力并觀測樁頭垂直方向的位移檢測單樁承載力是否滿足要求。

其受力途徑為：檢測單樁頂部油頂加壓→油頂對下部管樁產生向下的壓力(管樁受承載力)和對上部工字鋼梁產生向上的頂力→工字鋼受到向上的頂推力后傳導至四周連接的預應力管樁(管樁產生拉拔力)→4根樁的拉拔力大于中部1根樁的承載力進行相互反制。通過液壓千斤頂的壓力和觀測中間單樁的沉降變形來判定單樁承載力的大小是否滿足要求。

預應力管樁的布置：PHC400/600預應力管樁布置的間排距為2 m×2 m(中心對中心)，管樁端頭外露50～100 cm。

受力工字鋼梁的布置：采取十字交叉布置(90°交叉角)兩根I40工字鋼梁，每根工字鋼的長度為5 m；工字鋼對應十字交叉部位處于中間位置，且其交叉位置作用于需檢測單樁的正樁頂部位，對應工字鋼端頭處于四周四根PHC400/600預應力管樁的頂部，采用厚2 cm、寬20 cm、長80 cm的鋼板條(作為壓板)加螺旋桿和抱箍進行工字鋼梁端頭與預應力管樁鎖定、達到持力狀態。

液壓油頂的布置：在工字鋼梁交叉部位下部與需要檢測的單樁樁頂之間設置一臺50 t液壓油頂，作為對管樁和工字鋼梁產生壓力的動力源。

沉降監測表的布置：沉降監測表采用千分表。該監測表采用獨立的支撐架(Ф48鋼管，壁厚3 mm,長度為1.5 m,設置鉸接臂與千分表連接)與管樁分離布置，千分表觸針與管樁頂部垂直接觸。當管樁出現下沉時，千分表讀數發生變化，則反映出管樁的沉降位移情況。

該實用新型裝置取得的效果：結構輕便、造價低廉、移動靈活，安拆方便、制作簡單，操作簡便，達到了快速、高效、安全檢測單樁承載力的效果，加快了檢測單樁承載力的施工進度，降低了工程成本。

2.2 反拉拔單樁承載力檢測裝置的研制

錨固式鋼梁反作用力法檢測單樁承載力裝置的設計情況見圖1～4。

圖1 檢測單樁承載力裝置俯視圖

圖2 檢測單樁承載力裝置側視圖

該裝置主要由15個部分構成：(1)預應力管樁(PHC600)；(2)底托鋼板(厚2 cm,圓形直徑為48 cm)；(3)液壓千斤頂(50 t量程)；(4)長度5 m，I40雙工字鋼梁(縱向)；(5)長度5 m，I40雙工字鋼梁(橫向)；(6)壓板鋼條板(帶螺栓孔,厚2 cm，長80 cm,寬20 cm)；(7)Φ32鋼棒(帶絲扣螺紋及螺帽)；(8)抱箍(帶扣件及螺帽)；(9)扣件；(10)立柱鋼管(直徑48 mm,壁厚3 mm)；(11)位移觸探監測表；(12)可調式支撐桿；(13)液壓油管；(14)壓力表；(15)加壓油盒。

圖3 細部A-A剖面圖

圖4 細部B-B/C-C剖面圖

2.3 實施方式

2.3.1 單樁承載力檢測裝置的實施

實用新型單樁承載力檢測裝置的主要構造包括：預應力管樁(4根+1根)，加壓油頂(50 t)，位移千分表，工字鋼梁(5 m的I40)，固定裝置(主要由抱箍、螺旋鋼棒、壓板鋼條等構成)。

實用新型單樁承載力檢測裝置的使用方法：首先，采用挖機及人工清理出樁頭(50～100 cm)并將樁頭沖洗干凈；其次，采用挖機或吊車將液壓油頂、工字鋼梁等構件輔助吊裝至預應力管樁樁頂位置并分序安裝好；再次，人工進行工字鋼梁的固定。固定采用壓板鋼條(長80 cm、寬20 cm、厚2 cm)與螺桿穿孔連接并采用螺帽固定，管樁采用抱箍和螺桿固定，將工字鋼梁與四周四根管樁鎖定；最后，加壓液壓油頂，在管樁頂及工字鋼梁之間產生作用力與反作用力，通過觀測中間(需檢測單樁承載力管樁)的沉降和變形情況判定單樁承載力是否滿足設計要求。

該實用新型裝置由預應力管樁(4根+1根)，加壓油頂(50 t)，位移千分表，工字鋼梁(5 m長的I40工字鋼)，固定裝置(抱箍、螺旋鋼棒、壓板鋼條等)組成，充分利用四根反挖拔管樁的拉拔力與承載力(處于中間位置需檢測的單樁)進行單樁承載力試驗檢測，施工方便，安全可靠，節約了施工成本，而且該裝置結構輕便、造價低廉、移動靈活、安拆方便、制作與操作簡便。

2.3.2 單樁承載力的檢測步驟

(1)預備試驗，檢驗試驗系統各部分的工作狀態。①檢查工字鋼梁四個反拉拔端頭是否固定牢固及穩定；②反拉拔樁樁頭抱箍是否均衡，抱箍角度是否滿足勁軋螺紋鋼的固定；③液壓千斤頂是否進行過標定，且標定后的總使用時間不超過6個月或使用次數未超過300次；液壓千斤頂上下部是否放置在平面，若沒有則需采用支墊鋼板調平；④位移千分表是否正常，能否滿足位移移動監測的精度要求。

(2)加載方式：采用逐級加載方式，分級數不宜少于10級，一般按預估極限荷載的1/10～1/15Pu施加，第一級荷載可加倍施加(第一級荷載需加倍加力，但不超過一級荷載的2倍)，最大荷載不小于設計要求的2倍。

(3)穩定標準：記錄每次加載后沉降量的穩定值，每級加載后，按5、10、15、30、60 min間隔測讀沉降。當每小時沉降不超過0.1 mm并連續出現兩次，則認為沉降已達到相對穩定，可加下一級荷載。

(4)終止加載。符合下列條件之一即可：①樁沉降量為前一級荷載作用下沉降量的5倍；②樁沉降量為前一級荷載作用下沉降量的2倍，且24 h尚未達到相對穩定；③樁頂加載達到設計規定的最大加載量；④已達錨樁最大抗拉拔力或壓重平臺最大重量；⑤Q-s緩變型時，加載至樁頂沉降60～80 mm(特殊時考慮樁頂沉降80 mm以上)。

回彈變形：終止加載后，每級基本卸載量按每級基本加載量的2倍控制，并按15、30、60、90 min測讀回彈量，然后進行下一級的卸載。全部卸載后，間隔3～4 h再測回彈量一次。上述方法為慢速維持荷載法。常規試驗方法還有快速維持荷載法(每隔1 h加一級荷載)和循環加卸載方法(每級荷載相對穩定后卸載至零)[2]。

(5)卸 載。每級卸載為加載量的2倍并記錄其回彈值；

(6)試驗成果與承載力的確定：①Q-s曲線，表示樁頂荷載與沉降的關系；②s-lgt曲線，表示對應荷載下沉降隨時間變化的關系。

3 應用成果

3.1 傳統配重法測單樁承載力

(1)原理分析：利用桁架平臺層層堆載預制塊，利用重力加載測樁沉降差；

(2)設備配置：桁架平臺、固定裝置、若干噸預制塊、吊車、鋼絲繩等；

(3)操作時間：采用大型吊裝設備進行預制塊逐塊吊裝、就位，并按12級實施分級加載，單樁檢測72 h左右；

(4)發生成本：350 kN承載力樁的一次檢測費用為15 000元；

(5)安全穩定性：堆載較高，一般達4 m左右時易發生失穩傾覆而造成事故[3]。

3.2 反拉拔法測單樁承載力

(1)原理分析：利用已有樁基樁頭固定工字鋼梁，并在工字鋼下部設置液壓千斤頂反頂待測樁樁頂，利用反作用力施加樁頭壓力并測樁沉降差；

(2)設備配置：千斤頂、工字鋼梁及抱箍等；

(3)操作時間：檢測時樁頂受力加載(以12級逐漸加載)進行樁頂沉降監測，單根單樁承載力檢測時間為18 h；

(4)發生成本：350 kN承載力樁的一次檢測費用為2 500元；

(5)安全穩定性：下挖樁頭外露0.5～1 m樁頭，螺栓+壓板錨固，安全穩定。

3.3 綜合比較以上兩種方法的優劣

現場試驗情況見圖5。

傳統配重法測單樁承載力 反拉拔法測單樁承載力圖5 兩種方法現場實施的對比照片

3.3.1 取得的數據結果

(1)受力效果一致；

(2)反拉拔法測單樁承載力使用的輔助設備更少、更容易操作；

(3)反拉拔法測單樁承載力檢測單樁的時間更少、操作更簡單，僅為傳統方法用時的25%；

(4)反拉拔法測單樁承載力成本更低廉，是傳統配重法成本的16.7%；

(5)反拉拔法測單樁承載力更安全、更穩定。

取得的效果：反拉拔法與傳統配重法測單樁承載力達到的受力效果一致，但錨固式鋼梁反作用力法配置的輔助設備更少、檢測操作時間更短、成本更低廉、操作更方便、安全穩定性更高；較傳統配重法檢測樁基承載力節約檢測費用[4]。

3.3.2 經濟及社會效益

(1)經濟效益：采用傳統配重法進行單樁承載力檢測，其輔助設備、器具、人力方面的成本為15 000元/根；而采用錨固式鋼梁反作用力法測單樁承載力的成本為2 500元/根，使用新裝置的應用成本降低了83.3%。在整個526國道岱山段改建工程中，預應力管樁(型號：PHC600/PHC400)總長度為210萬m(約8 4000根)，抽檢數量(2/1 000)為168根，其節約檢測成本210余萬元，經濟效益明顯。

(2)社會效益：526國道岱山段改建工程在軟基單樁承載力檢測時，優化了傳統的單樁檢測方法，通過更安全、低廉、簡單的方法進行了單樁承載力檢測，極大地提高了預應力管樁的檢測精度與準確度，同時縮短了操作時間，加快了工序，提高了檢測過程中的安全穩定系數[5]，為推動526國道岱山段改建工程的通車以及地方的經濟發展提供了有利支撐，同時也是一種新工藝、新技術的推廣，可為后續類似工程提供參考。

4 結 語

526國道岱山段改建工程預應力管樁(型號：PHC600/PHC400)總長度為210萬m(約84 000根)，抽檢數量(2/1000)為168根。軟基單樁承載力檢測時，優化了傳統的單樁檢測方法，通過更安全、低廉、簡單的方法進行單樁承載力檢測，極大地提高了預應力管樁的檢測精度與準確度，同時縮短了操作時間，降低了檢測成本，提高了檢測過程中的安全穩定系數。