灌注桩竖向抗拔静载试验反力钢盘快速连接技术

王光辉，邓志宇，宋晨旭

（1.深圳市盐田区工程质量安全监督中心，广东 深圳 518000；2.深圳市工勘岩土集团有限公司，广东 深圳 518063）

0 引言

目前，在进行混凝土灌注桩竖向抗拔静载试验时，反力装置大多使用反力加筋钢墩焊接法，采用在抗拔试验桩两侧支墩上方架设一条反力主梁，梁顶中间放置千斤顶，千斤顶上再放置反力加筋圆钢墩。试验前，先截取数根与桩身主筋直径相同的延长钢筋，延长钢筋的一端分别与主梁投影外侧的桩顶钢筋采用搭接焊接，另一端再逐根依次焊接在千斤顶上方的圆钢墩侧面。试验结束后，再将延长钢筋两端分别从圆钢墩侧面和桩顶逐一烧割解除废弃，当进行下一根桩试验时，再重新上述步骤［1-3］。具体抗拔静载荷试验现场如图 1 所示。

图1 传统抗拔静载试验装置

该试验方法有三个明显的弊端，一是受桩顶上方反力主梁阻碍，主梁下端有 4～8 根桩顶预留钢筋不能延长焊接至千斤上方的圆钢墩侧面上，无法承担试验抗拔力，尤其是在设计配筋储备有限的情况下，无法满足检测规范要求最大加载至 2 倍抗拔力设计特征值的要求；二是该方法需现场焊接作业，耗费人力物力，既浪费时间、材料，且常常在试验加载过程中因焊接质量问题个别钢筋开焊，导致试验失败，须补焊后再重新开始试验；三是试验结束切割钢筋后焊渣清除困难，安装、拆卸时间太长，检测效率很低，影响试验进度［4，5］。

为了提高灌注桩抗拔静载试验检测效率，克服传统抗拔桩试验存在的弊端，深圳市工勘岩土集团有限公司（以下简称“公司”）项目部采用一种新型的反力传导钢盘，将灌注桩钢筋笼的预留钢筋通过锚具固定在若干钢隔板上，钢隔板平行吊装穿过灌注桩顶各预留钢筋间隙，置于反力钢盘上，采用锚具将灌注桩顶预留钢筋逐一锁紧在相邻的钢隔板顶面，将主力钢筋下端穿过反力钢盘圆孔，旋入钢盘底端螺母固定，主力钢筋上端穿入千斤顶上部的反力钢盘圆孔，用螺母固定，形成一种新型反力传导系统进行灌注桩抗拔试验，现场安装拆卸快捷、安全可靠、循环使用、绿色环保、经济高效，形成了检测连接新技术。

1 工程概况

1.1 工程施工情况

盐田区外国语小学项目位于深圳市盐田区。该项目灌注桩桩径 800 mm，设计桩长 18～34 m，抗拔承载力设计值为 800 kN，抗拔试验桩共3根。

1.2 检测情况

2021 年 4 月，由公司协助勘察院开展了灌注桩抗拔静载试验。由于现场工期紧张，为尽快完成检测，现场采用新型反力钢盘进行抗拔试验。本工程灌注桩采用 20 根φ25 预留连接钢筋。要求最大试验抗拔力为 1 600 kN，由于采用新型反力钢盘，现场无需焊接，安装方便，大大缩短了准备工作时间，工作人员全天驻场，以 1.5 d 1 根的速度完成了检测，显著提高了检测效率。

2 灌注桩竖向抗拔静载试验反力钢盘快速连接工艺

2.1 适用范围

1）适用于桩径不超过 800 mm 的灌注桩抗拔静载荷试验；

2）适用于试验荷载不超过 2 200 kN 的抗拔静载试验（配置主力抗拔精轧螺纹钢钢筋直径 40 mm）；

3）主梁宽度不超过 400 mm；

4）当试验荷载超出 2 200 kN 时，可通过在两根螺纹钢之间穿中空横梁中转，横梁两侧再向上连接螺纹钢以满足抗拔力要求。

2.2 工艺原理

本工法采用的新型灌注桩抗拔现场试验装置，主要由加载系统、反力支座系统、反力传导系统组成（见图 2）。本工法中的加载系统、反力支座系统沿用通常的操作方法，主要针对传统抗拔桩静载荷试验的反力传导系统进行改进创新，其反力传导系统主要由下部反力钢盘、反力钢隔板、上部承压钢板、锚具、主力钢筋构成。

图2 反力钢盘传导系统构成示意图

1）下部反力钢盘。

①本工法下部使用反力钢盘作为抗拔桩力传导的连接枢纽，其为主要的受力结构装置，材料选用合金钢，形状为圆盘形，圆盘下部焊接两条长条形钢板，反力盘直径 570 mm、厚度 60 mm（见图 3）。

图3 反力钢盘实物图

②反力钢盘距中心 200 mm 对称开孔φ50，用于旋入并固定直径 40 mm 的主力钢筋；旁边开宽度 50 mm 的弧形槽，用于增加主力钢筋。弧形槽两端与圆孔连线夹角分别为 25°和 50°。反力钢盘开孔具体部位及尺寸见图 4。反力钢盘下方焊接 100 mm 高 60 mm 宽 1 100 mm 长的钢板。反力钢盘底部主力钢筋套筒设置如图 5 所示。

图4 反力装置开孔部位及尺寸示意图（单位：mm）

图5 反力钢盘底部焊接钢板设置

2）反力钢隔板。

①反力钢隔板主要用于连接灌注桩钢筋笼预留钢筋，单片尺寸长 1 500 mm，宽 50～60 mm，高 100 mm。

②反力钢隔板两端焊接U型钢筋，便于人工搬运（见图 6）；反力钢隔板放置于下部反力钢盘上，用锚具连接预留钢筋。

图6 反力钢隔板

3）锚具。

①根据灌注桩桩头填芯钢筋的直径选择适用的单孔锚具。

②锚具为专用产品，为圆形夹片式锚具，由锚套及 3 片工作夹片组成，锚套及夹片如图 7 所示。

图7 单孔锚具

③锚具的锚套为锥形孔，锚固原理是先将钢筋穿入锚套的锥孔内，然后将 3 片内有凹纹的楔形夹片置于锚套和钢筋间隙并用锤敲紧，承受拉力后钢筋与锚具呈自锁状态，越拉越紧。

4）上部反力钢盘。

①上部反力钢盘放置于千斤顶上部，承担受反力的作用。主力钢筋使用螺母与上下两块钢隔板连接。

②反力钢盘直径 570 mm、厚度 60 mm。距中心 200 mm 对称开孔φ50，用于旋入并固定直径 40 mm 的主力钢筋；旁边开宽度 50 mm 的弧形槽，弧形槽两端与圆孔连线夹角分别为 25°和 50°（见图 8）。

图8 上部反力钢盘

5）主力钢筋。

①主力钢筋主要作用是将下部反力钢盘与上部反力钢盘相连接，将千斤顶的顶升荷载传递到上部反力钢盘，经由主力钢筋传给下部反力钢盘再由下部钢盘传递到放置其上的钢隔板。

②主力钢筋直径选择主要考虑抗拔荷载的大小，本工法目前采用两根φ40 的 1 080 MPa 精轧螺纹钢，单根抗拉强度为 1 450 kN，适用于 2 500 kN 的抗拔静载试验，如试桩需要更大吨位，可增加主力钢筋数量。

③主力钢筋分为上下两段，下段两根主力钢筋底端旋入反力钢盘预留孔下的螺母，上下两段主力钢筋中间用连接套筒相连。

2.3 工艺流程

灌注桩竖向抗拔静载试验反力钢盘快速连接工艺流程如图 9 所示。

图9 试验工艺流程图

2.4 操作要点

1）受检灌注桩桩顶处理。

①灌注桩桩头凿至设计桩顶标高并磨平，保证位移传感器不会发生偏移（见图 10）。将钢板以平行于反力钢盘圆孔连线的方向放置在下部反力钢盘上，每两片钢板夹住两根钢筋。

图10 灌注桩桩顶处理

②检测前受检灌注桩的钢筋笼预留钢筋进行钢筋矫正，确保钢筋竖直。

2）检测场地处理、吊装反力支墩。

①对受检灌注桩周边 8 m×8 m 范围内进行场地平整。

②试验场地进行硬底化或铺设砖渣，以确保反力支墩放置平稳。

③在反力支墩位置下铺设钢板，以增大地表受力面积（见图 11）。

图11 试验支墩位置铺设钢板

3）吊装反力钢盘置于桩顶钢筋笼内。

①起吊反力钢盘，反力钢盘正面朝上吊放。底部放置垫块，保证反力钢盘放置水平。

②反力钢盘接近桩顶预留钢筋时，人工旋转角度使反力钢盘下部的钢板间保留 3 根钢筋，现场安装具体如图 12 所示。

图12 安装下部反力钢盘

4）下段主力钢筋连接。

①先清理主力钢筋上的杂质，确保插入时顺畅。

②将主力钢筋底端人工插入反力钢盘预留孔，与盘底螺母螺纹固定。

③主力钢筋底端安装最少露出反力钢盘底部螺母 50 mm（见图 13）。

图13 主力钢筋连接反力钢盘

5）吊装钢隔板。

①两根主力钢筋旋入螺母，使螺母在同一水平位置。

②从上部穿入一块距中心 400 mm 对称开孔φ50 的长方形钢片，使主力钢筋位置固定。

6）连接桩顶预留钢筋。

①将反力钢隔板人工抬起放置于下部反力钢盘上，放置方向与两根主筋连线平行。

②灌注桩预留钢筋通过锚具锁紧在两条钢隔板顶面，夹片缠一层电工胶布，用锤敲实卡紧，方便试验结束后拆卸（见图 14）。

图14 桩顶预留钢筋锚具安装

7）吊装主梁、千斤顶及上部承压钢板。

①在两根主力钢筋中间安放主梁，主梁的端部超过支墩宽度的一半以上，保证主梁稳固。

②保证主梁中心与受检桩几何中心重合，避免受力不均匀。

③主梁安放时要保证水平，防止偏压失稳。

④将千斤顶放置在主梁中部顶面上，千斤顶最大荷载不小于最大试验荷载的 1.2 倍且≤2.5 倍。

⑤将上部承压钢板正面朝上吊装到千斤顶上，承压钢板底部同心圆标记与千斤顶重合（见图 15）。

图15 安装上部反力钢盘

8）上段主力钢筋连接。

①先清理主力钢筋上的杂质，确保插入时顺畅。

②将上段主力钢筋的底端人工插入反力钢盘开口，与主力钢筋下段使用连接套筒连接。

③将钢筋连接套筒或六角螺母人工顺时针旋入上段主力钢筋顶端并拧紧在承压钢板顶面。

9）按规范进行静载试验。

①安装基准梁及位移传感器。

②连接千斤顶油压加载系统，之后按照规范进行静载试验。

2.5 施工工艺特点

1）检测效率高。本技术采用新型的反力传导钢盘，在反力钢隔板顶面通过锚具锁定连接灌注桩各预留钢筋，采用螺母固定主力钢筋两端，现场无需焊接作业，大大缩短了现场试验准备时间，提高了检测效率，缩短了现场检测时间。

2）检测效果好。本工法在加载系统顶部采用主力钢筋穿过千斤顶上方的反力承压钢板，并用螺母连接，主力钢筋下端通过螺母与反力钢盘底面相连，反力钢隔板通过锚具与灌注桩的预留钢筋相连接，反力钢隔板置于反力钢盘顶面，反力钢盘放置时调至水平，确保试验过程中受力均匀，锚具锁定及螺母固定连接安全可靠，可避免传统方法因焊接质量问题而产生的脱焊现象。

3）装卸快捷。本工法所采用的反力钢盘体积小、重量轻，吊装轻便，反力钢隔板分散式设计，两端设置把手，可人工抬放安装，通过锚具与预留钢筋连接，主力钢筋采用螺母连接固定，可实现快速安装。

4）综合成本低。本工法采用新颖的现场组装及拆卸设计，反力传导钢盘、反力钢隔板及主力拉拔钢筋可重复使用，桩顶预留钢筋也无需焊接延长钢筋，减少了材料浪费，装拆简便，节省了安装材料和人力成本，大大提升了检测工效，总体降低了检测成本。

3 结语

灌注桩竖向抗拔静载试验反力钢盘快速连接工法，采用一种新型的反力传导钢盘，将灌注桩钢筋笼的预留钢筋通过锚具固定在若干钢隔板上，钢隔板平行吊装穿过灌注桩顶各预留钢筋间隙，置于反力钢盘上，采用锚具将灌注桩顶预留钢筋逐一锁紧在相邻的钢隔板顶面；将主力钢筋下端穿过反力钢盘圆孔，旋入钢盘底端螺母固定；主力钢筋上端穿入千斤顶上部的反力钢盘圆孔，用螺母固定；形成一种新型反力传导系统进行灌注桩抗拔试验。现场安装拆卸快捷、安全可靠、循环使用、绿色环保、经济高效，取得了良好的社会效益和经济效益。Q