基于安全性設計的整體式基樁大噸位豎向抗壓靜載試驗裝置

蔡煜煜 黃舜濤

（潮州市建設工程技術服務中心）

單樁豎向抗壓靜載荷試驗是目前檢測樁基承載力的各種方法中應用最廣，且被公認為試驗結果最準確、最可靠的一種，被列入各國樁基工程規范或規定中。我國的《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）規定，設計等級為乙級及以上的地基基礎，其單樁承載力必須通過豎向抗壓靜載試驗確定。樁基靜載試驗是一項復雜、大型的系統工作，其中，試驗加載反力裝置在整個試驗系統中起到舉足輕重的作用。隨著工程建設水平的不斷提高，樁基礎正朝向大型化、高承載力的趨勢發展，而基樁靜載試驗的加載極限需求也不斷提高，試驗安全風險凸現，試驗現場安全事故時有發生。本著整體性、安全性的原則，對當前樁基檢測行業普遍采用的組合式樁基靜載壓重平臺進行系統改造，經嚴謹的理論驗算、充分的應用驗證，效果良好，值得在實踐中推廣應用。

1 樁基豎向抗壓靜載試驗加載方式

傳統的樁基豎向抗壓靜載試驗中，作用于樁上的荷載由反力裝置提供。反力裝置的易用程度直接影響著試驗過程的安全性和試驗結果的準確性。常用的加載方式有堆載反力裝置和錨樁反力裝置。

1.1 壓重平臺反力裝置

常見堆載反力裝置就是在樁項使用組合鋼梁設置一承重平臺，上堆重物，依靠放在樁頭上的千斤頂將平臺逐步項起，從而將力施加到樁身。反力裝置的主梁可以選用型鋼，也可用自行加工的箱梁，平臺形狀可以根據需要設置為方型或矩形，堆載用的重物可以選用砂袋、水箱、混凝土預制塊等。

1.2 錨樁橫梁反力裝置

錨樁反力裝置是將被測樁周圍對稱的幾根錨樁用錨筋與鋼箱梁連接起來作為反力裝置，樁頂的千斤頂通過主梁將反力裝置頂起，由被連接的錨樁提供反力，提供反力的大小由錨樁數量，鋼箱梁反力架強度和被連接錨樁的抗拔力決定。錨樁反力裝置不會受現場條件和加載噸位數的限制，通常需另外施工試驗專用的錨樁，經濟性和時效性較差，實踐中應用較少。

1.3 其它反力裝置

另外還有一些其它反力裝置比如描樁反力裝置、堆重平臺聯合裝置，以及利用現有建筑物或特殊地形提供反力的。

實際上，長期以來，在工程實踐中應用最廣泛的加載裝置還是傳統的重物堆載壓重平臺反力裝置。在廣東，最傳統、最常見的堆載反力裝置由組合式鋼制反力平臺和混凝土配重自由堆疊組成（如圖1），組合平臺中主梁與次梁沒有鎖固，呈自由疊放狀態，存在巨大的安全隱患。特別是試驗樁，經常為破壞性試驗，當試驗樁破壞時，大部分堆載重量將瞬間完全由反力裝置承擔，傾倒的概率更大，容易引發安全事故。

圖1 壓重平臺反力裝置

2 傳統的堆載反力裝置的安全問題

由組合式鋼制反力平臺和混凝土配重自由堆疊組成的傳統反力裝置，存在諸多安全隱患，主要表現在：

平臺松散搭設，無論是主梁還是次梁、支墩，全部自由疊放，未作錨固、鎖定，整體性、穩定性差，易出現滑移、傾覆、垮塌。

作為壓載配重的混凝土預制塊，沒有限位或鎖定的構造設計，一旦出現堆疊不規范、地基不均勻沉陷、平臺過載變形等情況，易導致混凝土預制塊散落、垮塌、傾覆，產生檢測安全事故。

大噸位樁基豎向抗壓靜載試驗對場地要求較高，檢測單位作為第三方技術服務機構，提出的試驗場地處理技術要求常得不到滿足。敷衍處理的地基給整個反力平臺的搭設帶來各種安全隱患，例如，地基軟弱引起的不均勻沉降容易使平臺失去平衡，從而造成平臺的傾覆、垮塌。

為了在盡量節省鋼材、減輕自重的前提下提高反力平臺的承載能力，常見的技術措施是提升主梁的高度。例如，某檢測機構3000T 級的組合式鋼制反力平臺，采用三根規格為12m×1.8m×0.7m 的鋼箱梁并排作為主梁，主梁凈高達到1.8m，這種結構形式雖提高了平臺的承載能力，卻因抬高了平臺重心而犧牲了平臺的穩定性，且增加了吊裝的難度和危險性。甚至發生過吊裝過程主梁失穩傾覆、吊裝輔助工人被鋼箱梁覆壓身亡的慘劇。

3 基于安全性設計的整體式反力平臺

為改進傳統反力裝置松散組裝、整體性差、易傾覆倒塌的缺點，盡可能消除檢測現場安全隱患，確保人員和設備安全，我們設計制造了一款整體式安裝、易組裝拆卸的反力平臺。平臺設計極限堆載荷載20000kN，基本滿足房屋建筑與市政工程樁基豎向抗壓靜載試驗的技術要求。

3.1 平臺尺寸與材質

⑴平臺尺寸：鋼平臺展開面積為10m×8m=80m2，次梁兩端擱置于支墩上，主梁置于次梁之上，通過高強螺桿連接鎖固成為整體，未加載時主次梁間為脫離狀態。

⑵平臺材質：主梁、次梁均為鋼梁，采用Q345B 鋼材。按《鋼結構設計標準》（GB50017-2017），Q345 鋼材的強度設計值取值如見表1。

表1 選用鋼材強度參數值一覽表

⑶配重：平臺的配重采用鋼筋混凝土預制構件，設計強度等級為C35，目的是為提高構件抗撞擊能力，減少吊裝過程碰撞破損率，延長構件使用周期。構件外觀尺寸為1m×1m×2m，單塊2m3，重量為5000kg。

3.2 平臺各組合部件的構成

⑴主梁1 根：規格為10m×0.75m×1.6m 鋼箱梁，為提高主梁剛度和承重能力，箱體內部增設兩片通長等高鋼板作為加勁肋板，中間4m 范圍內橫向均布多道加勁肋板。

⑵次梁4根：規格為8m×3m×0.56m柵欄式板梁，其中預留柵欄的中空間隔主要用來錨固螺桿。

⑶高強螺桿24 根，規格為φ45，如圖2 所示，下端穿過次梁，上部枕頭，通過螺桿將主梁和次梁鎖定成為一個整體式平臺。

圖2 整體式靜載試驗裝置豎向布置設計圖

⑷支墩4 個：規格為2.5m×2.2m×315mm，主要起整平作用，為次梁提供可靠支撐。

3.3 平臺組裝方法

反力平臺組裝后其展開面積達到，配合混凝土預制塊交叉碼放。平面按正方形布置，第一層混凝土試塊沿主梁方向碼放，第二層交錯碼放，逐層堆碼，隔層丁順結合，高寬比不超過1.5，平臺組裝完成后的外觀見圖2。

3.4 平臺力學性能分析

平臺設計目標檢測荷載2000kN,極限堆載25000kN，各組成部件受力分析如下：

3.4.1 平臺次梁受力分析

平臺面積A= 10 × 8 = 80m2，故面荷載為q== 250kN/m2，最不利板梁受荷為D=qS= 250 ×8 × 3 = 6000kN，故次梁線荷載q1==750kN/m，平臺次梁受力分兩種情況：

⑴平臺在堆載時，次梁兩端支撐于兩墩上，受力情況如圖3所示。

圖3 次梁兩端支撐于兩墩上的受力情況

支 座 剪 力QA左=q1L1= 750 × 1.15 = 863kN，QA右=RA-QA左= 3000 - 863 = 2137kN

⑵次梁在靜載工作時最不利情況即次梁被主梁頂起,兩端脫離支墩時，受力情況如圖4所示。

圖4 兩端脫離支墩時的受力情況

3.4.2 次梁承載力驗算

根據上面兩種情況的內力分折次梁的最大彎矩和剪力分別為：

剪切強度：

3.4.3 平臺主梁內力分析

平臺面滿載q= 250kN/m2

故主梁線荷載q2=qL= 250 × 8 = 2000kN/m2，主梁受力情況圖5所示。

圖5 主梁受力情況

支座反力RD= 2q2L3= 2 × 2000 × 5 = 20000kN支座彎矩：

支座剪力：

3.4.4 主梁承載力驗算

根據上面內力分析，主梁的最大彎矩和剪力分別為：

根據上述計算結果，該反力平臺的主要受力構件(主梁，次梁)均能滿足受力要求，而且結構合理、安全穩定。

4 結語

整體式豎向抗壓靜載試驗反力平臺是一種全新的壓重平臺反力裝置，具有諸多優點，在靜載試驗的安全性中將發揮重要作用。本文僅以2000kN 的壓重反力平臺裝置舉例介紹，具有極大的推廣價值，可為同類工程提供借鑒與參考。