526國(guó)道改建工程反拉拔單樁承載力檢測(cè)技術(shù)

尹 成 福，陳 小 銳

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

526國(guó)道岱山段改建工程主線起點(diǎn)位于雙合，與在建寧波舟山港主通道(魚(yú)山石化疏港公路)相接，路線往東在北部圍墾區(qū)靠北側(cè)海岸線采用路堤結(jié)合方式至拷門(mén)大壩后，經(jīng)東沙養(yǎng)殖塘、鹽田區(qū)轉(zhuǎn)向東南方向經(jīng)江二村至泥峙附近，再往東穿越村莊山嶺后經(jīng)岱東鎮(zhèn)、雙峰鹽場(chǎng)至南峰村，然后路線在新城區(qū)東側(cè)采用路堤結(jié)合方式至江南大橋，并在現(xiàn)狀江南大橋東側(cè)新建雙幅江南大橋，終點(diǎn)位于江南島，與在建岱山至舟山疏港公路相接，主線全長(zhǎng)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(jié)合斷面)，K22+350至終點(diǎn)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(qū)段，需進(jìn)行大量的軟基處理，該工程最常見(jiàn)的深層軟基處理方式為預(yù)應(yīng)力管樁處理，整個(gè)工程預(yù)應(yīng)力管樁的總長(zhǎng)度達(dá)210萬(wàn)m，總根數(shù)達(dá)84 500根。

由于海域段路基采用PHC400/600型預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)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(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，管樁大面積施工前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和施工經(jīng)驗(yàn)選擇具有典型地質(zhì)特征的位置(非過(guò)渡段)試樁且單個(gè)工點(diǎn)試樁數(shù)不少于10根；試樁前，需根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)合理配樁并每隔2 m在樁身上用紅色油漆做好標(biāo)注；施工過(guò)程中，每隔2 m入土深度均需對(duì)壓樁力進(jìn)行記錄；施工完成后，需檢測(cè)樁身垂直度、完整性并靜置1個(gè)月進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)，連同施工記錄形成試樁報(bào)告提交設(shè)計(jì)單位用以指導(dǎo)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，完善各項(xiàng)施工質(zhì)量控制指標(biāo)。對(duì)于抽檢預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)，傳統(tǒng)的管樁單樁承載力試驗(yàn)是采取在管樁上部設(shè)置型鋼承載平臺(tái)、堆載混凝土預(yù)制塊進(jìn)行沉降觀測(cè)試驗(yàn)。傳統(tǒng)的單樁承載力檢測(cè)試驗(yàn)因堆載過(guò)高易出現(xiàn)安全事故，逐塊吊裝和拆卸工作時(shí)間長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高、成本高[1]。因此，為解決以上問(wèn)題，項(xiàng)目部組織力量設(shè)計(jì)了管樁單樁承載力檢測(cè)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(gòu)成，結(jié)構(gòu)輕便、造價(jià)低廉、移動(dòng)靈活，安拆方便。筆者對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了介紹。

2 反拉拔單樁承載力檢測(cè)技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

526國(guó)道岱山段改建工程軟基處理預(yù)應(yīng)力管樁為群樁布置，管樁為PHC400/600型鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，按均勻排縱距的矩形布置，在進(jìn)行單樁承載力檢測(cè)前需要對(duì)路基內(nèi)的管樁開(kāi)挖出樁頭(合計(jì)五根，即需要被檢測(cè)承載力單樁的前后左右四個(gè)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(cè)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(cè)單樁頂部設(shè)置一個(gè)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(yù)應(yīng)力管樁頂部，通過(guò)不斷加壓油頂增加壓力并觀測(cè)樁頭垂直方向的位移檢測(cè)單樁承載力是否滿足要求。

其受力途徑為：檢測(cè)單樁頂部油頂加壓→油頂對(duì)下部管樁產(chǎn)生向下的壓力(管樁受承載力)和對(duì)上部工字鋼梁產(chǎn)生向上的頂力→工字鋼受到向上的頂推力后傳導(dǎo)至四周連接的預(yù)應(yīng)力管樁(管樁產(chǎn)生拉拔力)→4根樁的拉拔力大于中部1根樁的承載力進(jìn)行相互反制。通過(guò)液壓千斤頂?shù)膲毫陀^測(cè)中間單樁的沉降變形來(lái)判定單樁承載力的大小是否滿足要求。

預(yù)應(yīng)力管樁的布置：PHC400/600預(yù)應(yīng)力管樁布置的間排距為2 m×2 m(中心對(duì)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(zhǎng)度為5 m；工字鋼對(duì)應(yīng)十字交叉部位處于中間位置，且其交叉位置作用于需檢測(cè)單樁的正樁頂部位，對(duì)應(yīng)工字鋼端頭處于四周四根PHC400/600預(yù)應(yīng)力管樁的頂部，采用厚2 cm、寬20 cm、長(zhǎng)80 cm的鋼板條(作為壓板)加螺旋桿和抱箍進(jìn)行工字鋼梁端頭與預(yù)應(yīng)力管樁鎖定、達(dá)到持力狀態(tài)。

液壓油頂?shù)牟贾茫涸诠ぷ咒摿航徊娌课幌虏颗c需要檢測(cè)的單樁樁頂之間設(shè)置一臺(tái)50 t液壓油頂，作為對(duì)管樁和工字鋼梁產(chǎn)生壓力的動(dòng)力源。

沉降監(jiān)測(cè)表的布置：沉降監(jiān)測(cè)表采用千分表。該監(jiān)測(cè)表采用獨(dú)立的支撐架(Ф48鋼管，壁厚3 mm,長(zhǎng)度為1.5 m,設(shè)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(dāng)管樁出現(xiàn)下沉?xí)r，千分表讀數(shù)發(fā)生變化，則反映出管樁的沉降位移情況。

該實(shí)用新型裝置取得的效果：結(jié)構(gòu)輕便、造價(jià)低廉、移動(dòng)靈活，安拆方便、制作簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，達(dá)到了快速、高效、安全檢測(cè)單樁承載力的效果，加快了檢測(cè)單樁承載力的施工進(jìn)度，降低了工程成本。

2.2 反拉拔單樁承載力檢測(cè)裝置的研制

錨固式鋼梁反作用力法檢測(cè)單樁承載力裝置的設(shè)計(jì)情況見(jiàn)圖1～4。

圖1 檢測(cè)單樁承載力裝置俯視圖

圖2 檢測(cè)單樁承載力裝置側(cè)視圖

該裝置主要由15個(gè)部分構(gòu)成：(1)預(yù)應(yīng)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(zhǎng)度5 m，I40雙工字鋼梁(縱向)；(5)長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiān)測(cè)表；(12)可調(diào)式支撐桿；(13)液壓油管；(14)壓力表；(15)加壓油盒。

圖3 細(xì)部A-A剖面圖

圖4 細(xì)部B-B/C-C剖面圖

2.3 實(shí)施方式

2.3.1 單樁承載力檢測(cè)裝置的實(shí)施

實(shí)用新型單樁承載力檢測(cè)裝置的主要構(gòu)造包括：預(yù)應(yīng)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(gòu)成)。

實(shí)用新型單樁承載力檢測(cè)裝置的使用方法：首先，采用挖機(jī)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(jī)或吊車(chē)將液壓油頂、工字鋼梁等構(gòu)件輔助吊裝至預(yù)應(yīng)力管樁樁頂位置并分序安裝好；再次，人工進(jìn)行工字鋼梁的固定。固定采用壓板鋼條(長(zhǎng)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(chǎn)生作用力與反作用力，通過(guò)觀測(cè)中間(需檢測(cè)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(shè)計(jì)要求。

該實(shí)用新型裝置由預(yù)應(yīng)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(zhǎng)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(cè)的單樁)進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)檢測(cè)，施工方便，安全可靠，節(jié)約了施工成本，而且該裝置結(jié)構(gòu)輕便、造價(jià)低廉、移動(dòng)靈活、安拆方便、制作與操作簡(jiǎn)便。

2.3.2 單樁承載力的檢測(cè)步驟

(1)預(yù)備試驗(yàn)，檢驗(yàn)試驗(yàn)系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)。①檢查工字鋼梁四個(gè)反拉拔端頭是否固定牢固及穩(wěn)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(jìn)行過(guò)標(biāo)定，且標(biāo)定后的總使用時(shí)間不超過(guò)6個(gè)月或使用次數(shù)未超過(guò)300次；液壓千斤頂上下部是否放置在平面，若沒(méi)有則需采用支墊鋼板調(diào)平；④位移千分表是否正常，能否滿足位移移動(dòng)監(jiān)測(cè)的精度要求。

(2)加載方式：采用逐級(jí)加載方式，分級(jí)數(shù)不宜少于10級(jí)，一般按預(yù)估極限荷載的1/10～1/15Pu施加，第一級(jí)荷載可加倍施加(第一級(jí)荷載需加倍加力，但不超過(guò)一級(jí)荷載的2倍)，最大荷載不小于設(shè)計(jì)要求的2倍。

(3)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：記錄每次加載后沉降量的穩(wěn)定值，每級(jí)加載后，按5、10、15、30、60 min間隔測(cè)讀沉降。當(dāng)每小時(shí)沉降不超過(guò)0.1 mm并連續(xù)出現(xiàn)兩次，則認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，可加下一級(jí)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(jí)荷載作用下沉降量的5倍；②樁沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且24 h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定；③樁頂加載達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的最大加載量；④已達(dá)錨樁最大抗拉拔力或壓重平臺(tái)最大重量；⑤Q-s緩變型時(shí)，加載至樁頂沉降60～80 mm(特殊時(shí)考慮樁頂沉降80 mm以上)。

回彈變形：終止加載后，每級(jí)基本卸載量按每級(jí)基本加載量的2倍控制，并按15、30、60、90 min測(cè)讀回彈量，然后進(jìn)行下一級(jí)的卸載。全部卸載后，間隔3～4 h再測(cè)回彈量一次。上述方法為慢速維持荷載法。常規(guī)試驗(yàn)方法還有快速維持荷載法(每隔1 h加一級(jí)荷載)和循環(huán)加卸載方法(每級(jí)荷載相對(duì)穩(wěn)定后卸載至零)[2]。

(5)卸 載。每級(jí)卸載為加載量的2倍并記錄其回彈值；

(6)試驗(yàn)成果與承載力的確定：①Q(mào)-s曲線，表示樁頂荷載與沉降的關(guān)系；②s-lgt曲線，表示對(duì)應(yīng)荷載下沉降隨時(shí)間變化的關(guān)系。

3 應(yīng)用成果

3.1 傳統(tǒng)配重法測(cè)單樁承載力

(1)原理分析：利用桁架平臺(tái)層層堆載預(yù)制塊，利用重力加載測(cè)樁沉降差；

(2)設(shè)備配置：桁架平臺(tái)、固定裝置、若干噸預(yù)制塊、吊車(chē)、鋼絲繩等；

(3)操作時(shí)間：采用大型吊裝設(shè)備進(jìn)行預(yù)制塊逐塊吊裝、就位，并按12級(jí)實(shí)施分級(jí)加載，單樁檢測(cè)72 h左右；

(4)發(fā)生成本：350 kN承載力樁的一次檢測(cè)費(fèi)用為15 000元；

(5)安全穩(wěn)定性：堆載較高，一般達(dá)4 m左右時(shí)易發(fā)生失穩(wěn)傾覆而造成事故[3]。

3.2 反拉拔法測(cè)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(shè)置液壓千斤頂反頂待測(cè)樁樁頂，利用反作用力施加樁頭壓力并測(cè)樁沉降差；

(2)設(shè)備配置：千斤頂、工字鋼梁及抱箍等；

(3)操作時(shí)間：檢測(cè)時(shí)樁頂受力加載(以12級(jí)逐漸加載)進(jìn)行樁頂沉降監(jiān)測(cè)，單根單樁承載力檢測(cè)時(shí)間為18 h；

(4)發(fā)生成本：350 kN承載力樁的一次檢測(cè)費(fèi)用為2 500元；

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

3.3 綜合比較以上兩種方法的優(yōu)劣

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況見(jiàn)圖5。

傳統(tǒng)配重法測(cè)單樁承載力 反拉拔法測(cè)單樁承載力圖5 兩種方法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的對(duì)比照片

3.3.1 取得的數(shù)據(jù)結(jié)果

(1)受力效果一致；

(2)反拉拔法測(cè)單樁承載力使用的輔助設(shè)備更少、更容易操作；

(3)反拉拔法測(cè)單樁承載力檢測(cè)單樁的時(shí)間更少、操作更簡(jiǎn)單，僅為傳統(tǒng)方法用時(shí)的25%；

(4)反拉拔法測(cè)單樁承載力成本更低廉，是傳統(tǒng)配重法成本的16.7%；

(5)反拉拔法測(cè)單樁承載力更安全、更穩(wěn)定。

取得的效果：反拉拔法與傳統(tǒng)配重法測(cè)單樁承載力達(dá)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(shè)備更少、檢測(cè)操作時(shí)間更短、成本更低廉、操作更方便、安全穩(wěn)定性更高；較傳統(tǒng)配重法檢測(cè)樁基承載力節(jié)約檢測(cè)費(fèi)用[4]。

3.3.2 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

(1)經(jīng)濟(jì)效益：采用傳統(tǒng)配重法進(jìn)行單樁承載力檢測(cè)，其輔助設(shè)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(cè)單樁承載力的成本為2 500元/根，使用新裝置的應(yīng)用成本降低了83.3%。在整個(gè)526國(guó)道岱山段改建工程中，預(yù)應(yīng)力管樁(型號(hào)：PHC600/PHC400)總長(zhǎng)度為210萬(wàn)m(約8 4000根)，抽檢數(shù)量(2/1 000)為168根，其節(jié)約檢測(cè)成本210余萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

(2)社會(huì)效益：526國(guó)道岱山段改建工程在軟基單樁承載力檢測(cè)時(shí)，優(yōu)化了傳統(tǒng)的單樁檢測(cè)方法，通過(guò)更安全、低廉、簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行了單樁承載力檢測(cè)，極大地提高了預(yù)應(yīng)力管樁的檢測(cè)精度與準(zhǔn)確度，同時(shí)縮短了操作時(shí)間，加快了工序，提高了檢測(cè)過(guò)程中的安全穩(wěn)定系數(shù)[5]，為推動(dòng)526國(guó)道岱山段改建工程的通車(chē)以及地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有利支撐，同時(shí)也是一種新工藝、新技術(shù)的推廣，可為后續(xù)類(lèi)似工程提供參考。

4 結(jié) 語(yǔ)

526國(guó)道岱山段改建工程預(yù)應(yīng)力管樁(型號(hào)：PHC600/PHC400)總長(zhǎng)度為210萬(wàn)m(約84 000根)，抽檢數(shù)量(2/1000)為168根。軟基單樁承載力檢測(cè)時(shí)，優(yōu)化了傳統(tǒng)的單樁檢測(cè)方法，通過(guò)更安全、低廉、簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行單樁承載力檢測(cè)，極大地提高了預(yù)應(yīng)力管樁的檢測(cè)精度與準(zhǔn)確度，同時(shí)縮短了操作時(shí)間，降低了檢測(cè)成本，提高了檢測(cè)過(guò)程中的安全穩(wěn)定系數(shù)。