小直径路堤桩静载试验桩头处理技术研究

饶延泉

(中铁十六局集团第三工程有限公司 浙江湖州 313000)

1 前言

在进行静载荷试验时，由于桩的顶面倾斜不平整，承压板在安装试验过程中易出现不水平，从而导致承压板上百分表测杆的滑移及读数不准确。工程实践表明避免桩偏心受压、准确控制压桩力及百分表准确量测桩的竖向变形是静载荷试验的关键所在[1-3]，对于小直径素混凝土桩尤为重要，因为小直径混凝土桩偏心受压时桩体内部产生弯矩，易进一步导致桩体发生压曲失稳破坏，导致承载力数据不准确，不能客观地判定实际受力状态下桩体的受力情况及成桩质量[4-5]。

针对上述问题，结合工程实际，在沪昆铁路客专云南段路堤桩静载试验过程中研发了“小直径路堤桩静载试验桩头处理技术”，较好地解决了传统方法静载荷试验的上述缺点，提高了桩基检测的准确率，保证了桩基的质量。

2 工程概况

新建沪昆铁路客运专线云南段TJ3标工程位于云南省昆明市嵩明县境内，管段站场及区间路基工程起讫里程为DK1108+110.45～DK1124+148.325，路基路堤大部分处在松软土地基，地基处理全部采用小直径(φ0.5 m)素混凝土桩进行加固处理。一般为路堤填筑全宽布置，桩长3～23.5 m，桩间距为1.4～1.6 m，矩形布置，素混凝土桩长共计45.5万m。成桩质量除采用小应变外，还采用锚桩横梁反力装置根据实际情况间隔一定距离来检测混凝土桩极限承载力。

3 工艺原理

小直径路堤桩静载试验桩头处理技术工艺原理是：将水平固定板和竖向护板焊接在一起形成桩头承压套箍，对于异形桩桩头承压套箍可设置加固斜撑形成桩头承压套箍，如图1所示，然后通过螺栓固定在桩头上，如图2、图3所示；承压板通过活动连接固定在水平固定板上，在承压板上部的千斤顶固定环内安装千斤顶，并在千斤顶的两侧对称设置水平仪；千斤顶的上方设置荷重传感器，荷重传感器固定在上方的工字钢上并与频率仪连接，打设基准桩，安装基准梁，在基准梁上安装百分表，百分表测杆端部插入承压板上的卡槽内[6]，如图4所示。安装时桩头承压套箍、承压板、千斤顶、荷重传感器、工字钢处于同一轴线，防止试验时桩体的偏心受压。

图1 不带尖头Y(X)形桩水平固定板和竖向护板连接示意

图2 不带尖头反拱曲面Y形桩桩头套箍装置结构示意

该技术采用调平脚螺旋和千斤顶两侧水平仪联合控制试验装置保持水平，可以有效避免桩体的偏心受压；试验时，荷重传感器与油压表相互结合控制压桩力，并按要求分级加载和卸载，能够准确控制压桩力，从而保证了静载荷试验数据的准确性；该技术针对圆形桩或异形桩分别提供了其桩头套箍装置及安装方法，有效解决了小直径桩，尤其是异形桩静载荷试验中的常见问题。

图3 带尖头反拱曲面X形桩桩头套箍装置结构示意

图4 圆形桩竖向静载荷试验桩头处理装置

4 施工工艺流程

本技术以带尖头的Y形桩的竖向静载荷试验为例，其桩头处理装置安装施工工艺流程见图5。

图5 小直径路堤桩静载试验桩头处理施工工艺流程

5 操作要点

5.1 安装桩头承压套箍

水平固定板与竖向护板均采用12 mm厚的钢板，两者通过焊接固定在一起，其中水平固定板为扇形，其上开0.05 m×0.025 m的矩形螺栓滑动槽，滑动槽长边方向中心线与半径方向重合。将水平固定板和竖向护板焊接在一起，即形成了桩头承压套箍，为了使焊缝最小，扇形水平固定板和反拱曲面竖向护板的圆心处于同一直线上[7]，并在其之间设置斜撑连接固定。斜撑采用圆形钢管或角钢，一端呈45°夹角焊接于水平固定板边缘处，另一端焊接于反拱曲面竖向护板上，斜撑数量为4根，均匀布置。在竖向护板上开螺栓孔，螺栓孔设置3个并成正三角形分布，螺栓孔孔径25 mm，螺栓孔上增设固定垫片，螺栓孔和固定垫片均设置内螺纹。

5.2 安装承压板

桩头承压板外形呈方形，采用0.9 m×0.9 m×12 mm(长×宽×厚)的钢板，承压板上对称均匀布置9个0.1 m×0.025 m的螺栓滑动槽。在承压板的中心粘贴水平仪[8]。

5.3 安装千斤顶

将千斤顶放入承压板上的千斤顶固定环内，安装时清除固定环内的杂物，防止千斤顶倾斜[9]。

5.4 安装荷重传感器

(1)将荷重传感器固定装置与工字钢连接。

(2)将荷重传感器放置于荷重传感器固定装置内[10]。

(3)试验过程中采用频率仪，全程检测荷重传感器的频率变化[11]。

5.5 调平承压板

反复通过扳手调节承压板调平脚螺旋，使条式水平仪中的主副气泡全部居中。试验过程中应及时调节调平脚螺旋，保证承压板的水平[12-13]。

5.6 安装百分表

在基准梁上安装测沉降百分表。

5.7 堆载

在堆载反力平台上堆载，荷载应一次堆上，保持荷载的平衡，确保荷载重心穿过试桩中心，荷载总量不得少于预定最大加载的1.2倍。

6 效益分析

6.1 技术效益

(1)该技术中的小直径刚性路堤桩竖向静载荷试验桩头处理装置，采用承压板上的调平脚螺旋和千斤顶两侧水平仪联合控制试验装置保持水平，能够解决小直径刚性桩桩中心定位困难、容易偏心受压的问题。

(2)该技术能够准确测量小直径刚性路堤桩的竖向变形，避免桩体偏心受压，从而保证了静载荷试验数据的准确性。

(3)本技术针对圆形桩或异形桩分别提供了其桩头套箍装置及安装方法，有效解决了小直径桩，尤其是异形桩静载荷试验中的常见问题。

6.2 经济效益

本技术保证了静载荷试验数据的准确性，属于技术先进、经济适用的静载荷试验施工方法；与传统的静载荷试验装置相比，本技术具有节省桩体维修费用的优点，具有较好的技术经济效益。

7 结论

小直径路堤桩静载试验桩头处理技术适用于普通的小直径圆形桩的静载荷试验，同时也适用于异形桩静载荷试验。经过实际工程应用得到如下结论：

(1)该技术中的小直径刚性路堤桩竖向静载荷试验桩头处理装置，采用承压板上的调平脚螺旋和千斤顶两侧水平仪联合控制试验装置保持水平，能够解决小直径刚性桩桩中心定位困难、容易偏心受压的问题。

(2)该技术中的静载荷试验桩头装置采用荷重传感器与油压表相互结合控制压桩力，并按要求分级加载和卸载，能够准确控制压桩力。

(3)本技术针对圆形桩或异形桩分别提供了其桩头套箍装置及安装方法，有效解决了小直径桩，尤其是异形桩静载荷试验中的常见问题。