526国道改建工程反拉拔单桩承载力检测技术

尹 成 福，陈 小 锐

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

526国道岱山段改建工程主线起点位于双合，与在建宁波舟山港主通道(鱼山石化疏港公路)相接，路线往东在北部围垦区靠北侧海岸线采用路堤结合方式至拷门大坝后，经东沙养殖塘、盐田区转向东南方向经江二村至泥峙附近，再往东穿越村庄山岭后经岱东镇、双峰盐场至南峰村，然后路线在新城区东侧采用路堤结合方式至江南大桥，并在现状江南大桥东侧新建双幅江南大桥，终点位于江南岛，与在建岱山至舟山疏港公路相接，主线全长约23.6 km。K0+000～K2+500段整体式路基采用宽度为28.5 m断面，K2+500～K22+350段整体式路基采用宽度为26.5 m断面(其中海域段采用路堤结合断面)，K22+350至终点段采用整体式路基宽度为25.5 m断面(其中海域段采用U型槽断面)。因路基工程大部分位于海域区段，需进行大量的软基处理，该工程最常见的深层软基处理方式为预应力管桩处理，整个工程预应力管桩的总长度达210万m，总根数达84 500根。

由于海域段路基采用PHC400/600型预应力管桩进行软基处理，为保证海域段软基加固处理管桩的承载力满足设计指标，根据设计图纸要求，管桩大面积施工前，应根据现场情况和施工经验选择具有典型地质特征的位置(非过渡段)试桩且单个工点试桩数不少于10根；试桩前，需根据设计参数合理配桩并每隔2 m在桩身上用红色油漆做好标注；施工过程中，每隔2 m入土深度均需对压桩力进行记录；施工完成后，需检测桩身垂直度、完整性并静置1个月进行单桩承载力试验，连同施工记录形成试桩报告提交设计单位用以指导动态设计，完善各项施工质量控制指标。对于抽检预应力管桩进行单桩承载力试验，传统的管桩单桩承载力试验是采取在管桩上部设置型钢承载平台、堆载混凝土预制块进行沉降观测试验。传统的单桩承载力检测试验因堆载过高易出现安全事故，逐块吊装和拆卸工作时间长、安全风险高、成本高[1]。因此，为解决以上问题，项目部组织力量设计了管桩单桩承载力检测装置，该装置主要由工字钢主次梁、液压顶、千分表、管桩顶螺杆固定装置等构成，结构轻便、造价低廉、移动灵活，安拆方便。笔者对该技术进行了介绍。

2 反拉拔单桩承载力检测技术

2.1 技术原理

526国道岱山段改建工程软基处理预应力管桩为群桩布置，管桩为PHC400/600型钢筋混凝土预应力管桩，按均匀排纵距的矩形布置，在进行单桩承载力检测前需要对路基内的管桩开挖出桩头(合计五根，即需要被检测承载力单桩的前后左右四个方向各露出一根桩头)，桩头外露出路基面50～100 cm，用于固定受检测桩受力工字钢梁(I40工字钢)端头。在四根反拉拔桩中间部位的待检测单桩顶部设置一个液压油顶，油顶上部顶在十字交叉工字钢梁中间部位，下部坐落于预应力管桩顶部，通过不断加压油顶增加压力并观测桩头垂直方向的位移检测单桩承载力是否满足要求。

其受力途径为：检测单桩顶部油顶加压→油顶对下部管桩产生向下的压力(管桩受承载力)和对上部工字钢梁产生向上的顶力→工字钢受到向上的顶推力后传导至四周连接的预应力管桩(管桩产生拉拔力)→4根桩的拉拔力大于中部1根桩的承载力进行相互反制。通过液压千斤顶的压力和观测中间单桩的沉降变形来判定单桩承载力的大小是否满足要求。

预应力管桩的布置：PHC400/600预应力管桩布置的间排距为2 m×2 m(中心对中心)，管桩端头外露50～100 cm。

受力工字钢梁的布置：采取十字交叉布置(90°交叉角)两根I40工字钢梁，每根工字钢的长度为5 m；工字钢对应十字交叉部位处于中间位置，且其交叉位置作用于需检测单桩的正桩顶部位，对应工字钢端头处于四周四根PHC400/600预应力管桩的顶部，采用厚2 cm、宽20 cm、长80 cm的钢板条(作为压板)加螺旋杆和抱箍进行工字钢梁端头与预应力管桩锁定、达到持力状态。

液压油顶的布置：在工字钢梁交叉部位下部与需要检测的单桩桩顶之间设置一台50 t液压油顶，作为对管桩和工字钢梁产生压力的动力源。

沉降监测表的布置：沉降监测表采用千分表。该监测表采用独立的支撑架(Ф48钢管，壁厚3 mm,长度为1.5 m,设置铰接臂与千分表连接)与管桩分离布置，千分表触针与管桩顶部垂直接触。当管桩出现下沉时，千分表读数发生变化，则反映出管桩的沉降位移情况。

该实用新型装置取得的效果：结构轻便、造价低廉、移动灵活，安拆方便、制作简单，操作简便，达到了快速、高效、安全检测单桩承载力的效果，加快了检测单桩承载力的施工进度，降低了工程成本。

2.2 反拉拔单桩承载力检测装置的研制

锚固式钢梁反作用力法检测单桩承载力装置的设计情况见图1～4。

图1 检测单桩承载力装置俯视图

图2 检测单桩承载力装置侧视图

该装置主要由15个部分构成：(1)预应力管桩(PHC600)；(2)底托钢板(厚2 cm,圆形直径为48 cm)；(3)液压千斤顶(50 t量程)；(4)长度5 m，I40双工字钢梁(纵向)；(5)长度5 m，I40双工字钢梁(横向)；(6)压板钢条板(带螺栓孔,厚2 cm，长80 cm,宽20 cm)；(7)Φ32钢棒(带丝扣螺纹及螺帽)；(8)抱箍(带扣件及螺帽)；(9)扣件；(10)立柱钢管(直径48 mm,壁厚3 mm)；(11)位移触探监测表；(12)可调式支撑杆；(13)液压油管；(14)压力表；(15)加压油盒。

图3 细部A-A剖面图

图4 细部B-B/C-C剖面图

2.3 实施方式

2.3.1 单桩承载力检测装置的实施

实用新型单桩承载力检测装置的主要构造包括：预应力管桩(4根+1根)，加压油顶(50 t)，位移千分表，工字钢梁(5 m的I40)，固定装置(主要由抱箍、螺旋钢棒、压板钢条等构成)。

实用新型单桩承载力检测装置的使用方法：首先，采用挖机及人工清理出桩头(50～100 cm)并将桩头冲洗干净；其次，采用挖机或吊车将液压油顶、工字钢梁等构件辅助吊装至预应力管桩桩顶位置并分序安装好；再次，人工进行工字钢梁的固定。固定采用压板钢条(长80 cm、宽20 cm、厚2 cm)与螺杆穿孔连接并采用螺帽固定，管桩采用抱箍和螺杆固定，将工字钢梁与四周四根管桩锁定；最后，加压液压油顶，在管桩顶及工字钢梁之间产生作用力与反作用力，通过观测中间(需检测单桩承载力管桩)的沉降和变形情况判定单桩承载力是否满足设计要求。

该实用新型装置由预应力管桩(4根+1根)，加压油顶(50 t)，位移千分表，工字钢梁(5 m长的I40工字钢)，固定装置(抱箍、螺旋钢棒、压板钢条等)组成，充分利用四根反挖拔管桩的拉拔力与承载力(处于中间位置需检测的单桩)进行单桩承载力试验检测，施工方便，安全可靠，节约了施工成本，而且该装置结构轻便、造价低廉、移动灵活、安拆方便、制作与操作简便。

2.3.2 单桩承载力的检测步骤

(1)预备试验，检验试验系统各部分的工作状态。①检查工字钢梁四个反拉拔端头是否固定牢固及稳定；②反拉拔桩桩头抱箍是否均衡，抱箍角度是否满足劲轧螺纹钢的固定；③液压千斤顶是否进行过标定，且标定后的总使用时间不超过6个月或使用次数未超过300次；液压千斤顶上下部是否放置在平面，若没有则需采用支垫钢板调平；④位移千分表是否正常，能否满足位移移动监测的精度要求。

(2)加载方式：采用逐级加载方式，分级数不宜少于10级，一般按预估极限荷载的1/10～1/15Pu施加，第一级荷载可加倍施加(第一级荷载需加倍加力，但不超过一级荷载的2倍)，最大荷载不小于设计要求的2倍。

(3)稳定标准：记录每次加载后沉降量的稳定值，每级加载后，按5、10、15、30、60 min间隔测读沉降。当每小时沉降不超过0.1 mm并连续出现两次，则认为沉降已达到相对稳定，可加下一级荷载。

(4)终止加载。符合下列条件之一即可：①桩沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；②桩沉降量为前一级荷载作用下沉降量的2倍，且24 h尚未达到相对稳定；③桩顶加载达到设计规定的最大加载量；④已达锚桩最大抗拉拔力或压重平台最大重量；⑤Q-s缓变型时，加载至桩顶沉降60～80 mm(特殊时考虑桩顶沉降80 mm以上)。

回弹变形：终止加载后，每级基本卸载量按每级基本加载量的2倍控制，并按15、30、60、90 min测读回弹量，然后进行下一级的卸载。全部卸载后，间隔3～4 h再测回弹量一次。上述方法为慢速维持荷载法。常规试验方法还有快速维持荷载法(每隔1 h加一级荷载)和循环加卸载方法(每级荷载相对稳定后卸载至零)[2]。

(5)卸 载。每级卸载为加载量的2倍并记录其回弹值；

(6)试验成果与承载力的确定：①Q-s曲线，表示桩顶荷载与沉降的关系；②s-lgt曲线，表示对应荷载下沉降随时间变化的关系。

3 应用成果

3.1 传统配重法测单桩承载力

(1)原理分析：利用桁架平台层层堆载预制块，利用重力加载测桩沉降差；

(2)设备配置：桁架平台、固定装置、若干吨预制块、吊车、钢丝绳等；

(3)操作时间：采用大型吊装设备进行预制块逐块吊装、就位，并按12级实施分级加载，单桩检测72 h左右；

(4)发生成本：350 kN承载力桩的一次检测费用为15 000元；

(5)安全稳定性：堆载较高，一般达4 m左右时易发生失稳倾覆而造成事故[3]。

3.2 反拉拔法测单桩承载力

(1)原理分析：利用已有桩基桩头固定工字钢梁，并在工字钢下部设置液压千斤顶反顶待测桩桩顶，利用反作用力施加桩头压力并测桩沉降差；

(2)设备配置：千斤顶、工字钢梁及抱箍等；

(3)操作时间：检测时桩顶受力加载(以12级逐渐加载)进行桩顶沉降监测，单根单桩承载力检测时间为18 h；

(4)发生成本：350 kN承载力桩的一次检测费用为2 500元；

(5)安全稳定性：下挖桩头外露0.5～1 m桩头，螺栓+压板锚固，安全稳定。

3.3 综合比较以上两种方法的优劣

现场试验情况见图5。

传统配重法测单桩承载力 反拉拔法测单桩承载力图5 两种方法现场实施的对比照片

3.3.1 取得的数据结果

(1)受力效果一致；

(2)反拉拔法测单桩承载力使用的辅助设备更少、更容易操作；

(3)反拉拔法测单桩承载力检测单桩的时间更少、操作更简单，仅为传统方法用时的25%；

(4)反拉拔法测单桩承载力成本更低廉，是传统配重法成本的16.7%；

(5)反拉拔法测单桩承载力更安全、更稳定。

取得的效果：反拉拔法与传统配重法测单桩承载力达到的受力效果一致，但锚固式钢梁反作用力法配置的辅助设备更少、检测操作时间更短、成本更低廉、操作更方便、安全稳定性更高；较传统配重法检测桩基承载力节约检测费用[4]。

3.3.2 经济及社会效益

(1)经济效益：采用传统配重法进行单桩承载力检测，其辅助设备、器具、人力方面的成本为15 000元/根；而采用锚固式钢梁反作用力法测单桩承载力的成本为2 500元/根，使用新装置的应用成本降低了83.3%。在整个526国道岱山段改建工程中，预应力管桩(型号：PHC600/PHC400)总长度为210万m(约8 4000根)，抽检数量(2/1 000)为168根，其节约检测成本210余万元，经济效益明显。

(2)社会效益：526国道岱山段改建工程在软基单桩承载力检测时，优化了传统的单桩检测方法，通过更安全、低廉、简单的方法进行了单桩承载力检测，极大地提高了预应力管桩的检测精度与准确度，同时缩短了操作时间，加快了工序，提高了检测过程中的安全稳定系数[5]，为推动526国道岱山段改建工程的通车以及地方的经济发展提供了有利支撑，同时也是一种新工艺、新技术的推广，可为后续类似工程提供参考。

4 结 语

526国道岱山段改建工程预应力管桩(型号：PHC600/PHC400)总长度为210万m(约84 000根)，抽检数量(2/1000)为168根。软基单桩承载力检测时，优化了传统的单桩检测方法，通过更安全、低廉、简单的方法进行单桩承载力检测，极大地提高了预应力管桩的检测精度与准确度，同时缩短了操作时间，降低了检测成本，提高了检测过程中的安全稳定系数。