钢绞线锚桩工法在桩承载力试验中的应用

新疆建筑科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830054

钢绞线锚桩工法是一种大吨位荷载试验方法，作为代替荷载试验的一种反力方式，是在锚桩强度达到要求后，通过夹片、锚具将预埋在桩身内的钢绞线与试验反力平台锚固在一起，为试验提供反力。该工法不需要大量配重，钢绞线锚固无须焊接，明显节约了现场试验台安装时间，不需要反力平台，人员可避免高空作业，是一种可加快试验速度与提高安全性的工艺技术。

1 工法特点

（1）吊装过程中，仅需要支墩，反力钢梁和锚固设备需要吊装，不需要使用大量配重块，有效降低了安装风险，缩短了吊装时间。由于无须反力平台，可以简单处理钢梁支墩下的基础土，无试验台则没有因上部重量导致支墩下沉、试验台倾覆的风险。

（2）反力装置安装简单，无须掌握电焊等专业技能，仅普通小工经简单培训后即可采用张拉千斤顶完成钢绞线锚固、安装，可更加高效地完成基桩承载力检测任务。

（3）反力装置所需工作面小，与堆载法相比对施工影响程度低。

2 适用范围

钢绞线锚桩工法在承载力检测试验中适用范围广，对受检桩无特别要求，无论是端承桩还是摩擦桩，均能够胜任。在工程桩长度满足抗拔要求的情况下，亦可利用工程桩作为锚桩，不再单独布设锚桩，只需要适当增加纵筋及钢绞线即可。

3 工艺原理

钢绞线锚桩工法是使用钢绞线将反力钢梁与锚桩锚固在一起，形成试验反力平台，锚桩提供抗拔力，千斤顶即可利用该抗拔力作为试验反力对受检桩进行加载。

钢绞线与纵筋固定在一起，预埋于桩身内部，通过混凝土黏结应力（即握裹力）提供试验所需拉力。

采用钢绞线进行锚固，提供反力，既可以满足试验反力要求，又不需要焊工焊接，可在较短的工期内完成反力平台的安装工作，并开始进行试验。

4 关键技术

钢绞线锚桩工法的关键技术主要包括锚桩设计，钢绞线配置、分布等。

（1）锚桩参数验算。锚桩装置所需反力Q应为最大试验荷载或设计极限荷载Qu的1.2倍。锚桩根数n根据现场具体情况而确定，当利用工程桩作锚桩时，设计锚桩直径D与工程试验桩一致。根据岩土工程勘察报告所提供的各岩土层桩侧摩阻力，可根据下式计算锚桩设计桩长[1]：

式中：Q为锚桩所提供的反力，kN；k为设计安全系数，取1.2；Qu为试桩设计极限荷载，kN；D为锚桩直径，mm；n为设计锚桩根数；si为计算各岩土层的厚度，m；为各岩土层侧摩阻力，kPa；L为设计锚桩桩长，m。

当使用工程桩作为锚桩时，侧摩阻力安全系数k按＜1.0进行选择，具体取值可根据设计要求选取。每根工程桩所能提供的侧摩阻力可根据下式计算：

设计主筋可选择HRB400、HRB500级螺纹钢[2]，根据下式计算每根锚桩的配筋数：

式中：n为设计锚桩主筋根数；k为设计安全系数，取1.2；R为每根锚桩所提供的反力，kN；D为主筋直径，mm；fy为主筋设计抗拉强度，kN。

锚固采用钢绞线进行锚固，钢绞线与主筋绑扎在一起预埋在辅助桩内。钢绞线可按照所需抗拔力，依据《预应力钢绞线规范》（GB/T 5224—2003）[3]选取。

5 工艺流程及操作要点

钢绞线锚桩工法流程如下：平整试验场地→放置支墩及千斤顶→放置反力钢梁及钢绞线锚具→钢绞线通过钢梁及锚具固定→固定后钢绞线张拉（保证受力均匀性）→安装荷载试验仪器→开始试验。操作要点：钢绞线锚固采用锚具及配套夹片，如图1所示。采用穿心千斤顶进行张拉，钢绞线预留长度应保持在15～25cm，钢绞线在张拉时，需要在钢梁两侧同时开始张拉。

图1 钢绞线锚固示意图

6 试验设备

试验设备由反力钢梁（主梁）、支墩、千斤顶、位移传感器（静荷载试验仪）、锚具等组成，如图2所示。

图2 钢绞线锚桩工法试验设备图

主梁中心与千斤顶中心保持在同一直线上，保证其水平程度满足要求。

锚具：锚具需严格对称布置，禁止平台上任意一侧出现钢绞线及锚具分布不均匀情况。

张拉千斤顶：张拉千斤顶需要专人操作配备了压力表的泵进行张拉，每根钢绞线的张拉力不应偏离设计值的10%，通过压力表进行严格控制。

7 应用实例

某工程项目采用钻孔灌注桩，桩径为800mm，桩端持力层为圆砾层。工程桩长12.5m，桩端进入持力层的深度不少于4m。混凝土强度等级为C35；钢筋采用HRB400。主筋采用10根直径为18mm的钢筋，每2000mm布置一个直径为14mm的水平加劲箍。

现场采用钢绞线锚固进行单桩竖向抗压试验方法检测3根试验桩，计算过程如下。

预计最大试验荷载为11000kN，采用2根锚桩，每根锚桩需要提供的抗拔力为5500kN，设计锚桩直径D为1100mm，每根试桩设计2根锚桩，锚桩设计桩径为1100mm，设计桩长为27m。

锚桩的主筋为12根φ18mm的通长配筋，每2m设置1道加强筋（φ18mm），除了中轴线上2根主筋，其余10根纵筋每根主筋上绑扎4根φ15.2mm的钢绞线，即每根锚桩设置40根钢绞线，中轴线上2根主筋不绑扎钢绞线。

现场荷载试验均能够顺利完成，可加载到最大试验荷载，试验结果离散性满足《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）[4]的要求，如表1所示。

表1 试验结果统计表

钢绞线锚桩工法与传统钢筋锚固试验对比无明显短板，整个实验过程中钢绞线由于提前进行了预应力张拉，比钢筋受力更均匀，每个试验台安装过程用时平均缩短3.5h，在现场调度合理的情况下，可有效避免夜间施工及安装检测设备，避免夜间试验，方便各方旁站及采集现场检测影像资料。

8 效益分析

钢绞线锚桩工法的检测费用比堆载法和钢筋锚桩法减少了约3300t设备调遣及场内倒运费，综合费用低于试压块运输费，采用3组试验设备同时进行，吊装施工费用无明显增加，调遣费用相对1套设备，增长幅度远低于堆载设备调遣费。

9 结束语

钢绞线锚桩工法对受检桩桩长、最大加载值无特殊要求，更加适用于桩长较短、侧摩阻力无法与极限端阻力达到平衡的试验桩，锚桩法适用性更强，对工况无特殊要求，对受检桩侧摩阻力无要求，验算简单，无须考虑试验桩地下水、负摩阻力等参数。钢绞线锚桩法安装准备工作时间较普通钢筋焊接锚固锚桩法有明显降低，与自平衡相比无明显劣势，两种方法在场地条件具备的情况下均可以在1d内完成安装并开始试验。综上所述，钢绞线锚桩工法适用性好，节约成本，工艺简单，可操作性好，可为类似检测提供参考。