| □高秋振／富國技術工程股份有限公司 協理 |
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單樁垂直下壓靜載重試驗是公認的檢測單樁豎向承載力最直觀、最可靠的方法。靜載重試驗中，作用於樁上的載重一般由反力裝置提供。反力裝置的選用與裝設不止是經濟與安全的問題，且直接影響著試驗的過程和結果。常用的有呆載反力裝置、錨式反力裝置與聯合反力裝置。本文主要簡介此三種反力裝置，以供工程界參考。 |
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一、前言 基樁是一種極重要的基礎型式，但如何精確評估基樁的承載力與受力-位移行為，以達合理(經濟且安全)之基樁設計目標，自古即是重要的問題。基樁載重試驗就是求取基樁的承載力參數(摩擦力與底承力)與受力-位移行為之最基本與最可靠的方法。常見的基樁載重試驗為垂直壓力試驗(或稱軸壓試驗)，目前採用的方法有靜力載重、動載重、Osterberg荷重計與靜動載試驗(林三賢，2000)。靜力載重試驗中，作用於樁上的載重一般由反力裝置提供。反力裝置的易用程度與應力束制狀況，直接影響著試驗的過程和結果，常用的有呆載(或稱堆載)反力裝置、錨式反力裝置與聯合反力裝置(中國行業標準，2003)。此三種反力裝置簡述如下，並進一步說明如以下數節： (一)呆載反力裝置−就是在樁頂使用鋼樑設置一承重平臺，上堆重物，依靠放在樁頭上的千斤頂對平臺逐步施加荷重，從而將力施加到樁身。反力平臺可以選用型鋼，主梁則用自行加工的鋼梁，平臺形狀可以根據需要設置為方型或矩形，堆載用的重物可以選用砂袋、混凝土預製塊、鋼錠或鋼筋材料等(詳圖1)。 (二)錨式反力裝置−是將反力架與地/岩錨或錨樁連接在一起提供反力，反力架依荷重大小，較小荷重可以選用型鋼或用自行加工的鋼梁；較大荷重則多選用數支自行加工的鋼梁，而依錨樁數量，反力架又分主梁與副梁(詳圖2)。 < (三)聯合反力裝置−合併錨式與呆載之反力裝置，即在錨樁上聯結架設呆重反力裝置，由錨樁與呆重共同提供千斤頂反力(如圖3)。br>  二、呆重反力裝置 當工地僅有一支試驗樁而無其他基樁時，或錨樁反力方式並不適用時，或試驗荷重不大且經評估呆重運費與裝設費較錨樁施作與裝設費低時，則反力來源常採用呆重，也就是在試驗樁周圍先設置支承座，架設反力鋼梁、平台，然後在平台上面放置呆重，考量可能之誤差與偏心，一般呆重較最大試驗載重多約10~20%重量。通常多採用鋼錠(ingot)或混凝土塊當作呆重(詳圖4)，惟混凝土單位體積重僅及鋼鐵的三分之一不到，體積十分龐大(詳圖5)，是其缺點，因而亦常有以一定數量之混凝土塊(柱)堆置，其上再以現地鋼筋材料搭配當作呆重(詳圖6)。若試驗載重不大且人力架設費用低(例如中國大陸)，則有採用砂袋堆設反力平台(詳圖7)。呆重反力裝置之主要費用常取決於呆重來源與搬運費用，試驗載重若超過一、二千噸以上者，搬運費用非常高，若現地有呆重來源可利用，則可大幅降低成本，例如碼頭有吊車壓重塊可借用(詳圖8)。 由於地面呆重作用，使試驗周圍區域一定深度內土體產生沉陷，因而呆重支承座應間隔試驗樁一定距離(一般規範規定距離應至少大於2.5倍樁徑)，以免對試驗樁產生負摩擦力影響；台灣有呆重試驗案例，以鋼版樁打入兩側地層以隔離呆重壓力對試驗之影響，地工技術叢書"基樁工程(增訂一版) " (胡邵敏，2009)有詳細之呆重反力裝設過程照片介紹。而支承座對地面造成的沉陷，可能影響參考梁(基準梁)的準確性，因此應離試樁區較遠處以精密水準儀於加載試驗過程中實測基樁與參考梁之位移。此外，應事先加以評估分析地面下土層之容許承載力，例如地面下有無軟弱層，是否可能發生過量或不均勻沉陷。若呆重放置後，支承座大量下陷，可能導致試驗開始前反力鋼梁已經與試驗樁接觸，甚至大部份呆重已經傳遞到試驗樁，形同對試驗樁預壓，則試驗便無法進行。 另一方面，嚴重的不均勻沉陷可能造成呆重反力架倒塌而危及工作人員的安全(詳圖9與圖10)，不宜忽視。因此由鋼梁所構成的平台應有強有力的相互固定機制(例如以螺栓鎖定)，而呆重設置過程及試驗中皆應有專人對反力設備進行觀測以維安全。 為克服地面土層之容許承載力不足，一般多採用置換碎石級配以加強地面土層之承載力，亦有採用邊堆載邊試驗之方式，即讓部份呆重轉移至試驗樁使用。但是這種做法除要注意安全外，還要注意堆載方法，處理不當也會嚴重影響資料的真實性。   三、錨式反力裝置 若工地配置適當，則可採用錨碇式反力方式，也就是架設反力鋼梁，利用高拉力鋼棒或鋼筋將反力鋼梁與周邊的地/岩錨或基樁錨定(以下統稱錨樁)，提供載重反力，由於較安全且實用，在台灣最廣泛被採用。惟錨樁與試驗樁之間仍應有一適當間距(詳圖11與表1)，以免間距太近而損及試驗之準確性。就錨樁與試驗樁之間維持一適當間距乙節，預力混凝土樁或鋼管樁因樁徑較小，通常容易辦到；惟場鑄樁(bored pile)如反循環基樁或全套管基樁或壁樁因管徑或尺寸較大，所需間距較大，適當之鋼梁並不易覓得，或須特別訂製或須進一步補強，反力鋼梁儼然龐然大物，不管運輸或吊裝皆極為不便。由於錨樁反力方式係以基樁的摩擦力做為主要反力來源，通常可藉由土壤柱狀圖中的N值或經驗值核算錨樁的抗拉拔力是否足夠。 
試驗時，試驗樁受到軸向壓力，平衡此一軸向壓力者除了基樁周圍土壤的摩擦力之外，尚有樁底端的點承力；而錨樁此時則受到軸向拉力，平衡此一軸向拉力者僅有基樁的摩擦力。惟錨樁數常為四支，其受力僅及試驗樁的四分之一，若深度差異不大，經核算通常不致有問題。不過過去曾經歷過原本沒有問題的單純試驗，卻在試驗到某一階段發生載重無法增加的奇怪現象，經過仔細查察之後才發現錨樁有異常的上浮量(up lift)，經研判是預力混凝土樁上下樁的電銲作業不確實所致。也就是碰到預力混凝土樁有上下樁接樁情況時，應注意上下樁銲接須確實可靠，避免經打樁機夯打後銲道斷裂，導致上下樁脫離，則試驗時便無法得到下樁的反力。而場鑄錨樁亦有因鋼筋搭接或樁頂植入拉拔鋼筋握裹力不足而拔出狀況。此外，錨式反力裝置在應用上又可根據錨碇裝置的不同分為兩種：(1)地錨反力裝置；(2)基樁反力裝置。  地錨(大陸稱錨杆)反力裝置是將幾隻螺旋鑽鑽入地下或在岩層(基岩)中植入鋼鍵，使用岩錨或地錨提供反力(詳圖12與圖13)，俗稱地錨反力裝置。小噸位基樁、複合地基以及岩層(基岩)平板載重試驗，小巧易用的地錨就顯示出了工程上的便捷性。地錨根據螺旋鑽受力方向的不同可分為斜拉式(即傘式)和豎直式，斜拉式中的螺旋鑽受土的豎向阻力和水平阻力的影響，豎直式中的螺旋鑽只受土的豎向阻力的影響，而在基岩中植入錨杆主要受基岩自身的強度及植入深度的影響。 ] (二)基樁反力裝置 基樁(一般通稱錨樁)反力裝置就是將被測試驗樁周圍對稱的幾根錨樁用鋼筋與反力鋼梁連接起來，依靠樁頂的千斤頂將反力鋼梁(架)頂起，由被連接的錨樁提供反力(詳圖14~圖17)。提供反力的大小由錨樁數量，反力架強度和被連接錨樁的抗拔力決定。 錨樁反力裝置一般比較不會受現場條件和試驗載重量限制，為了節約成本，往往有採用工程樁作為試驗錨樁，但試驗前若未作錨樁抗拔力計算檢算確認，試驗時鋼筋若過度受拉，或不對稱佈置的錨樁系統(詳圖15)，錨固力分配不當時，加載過程中會造成部分錨樁過度上拔，以致局部鋼筋拉斷，不僅試驗不得不中止、試驗失敗，而且還隨時會給操作人員帶來危險。因而當條件允許，採用工程樁作錨樁是較經濟與安全的，但在試驗過程中需要觀測錨樁的上拔量，以免拔斷，造成工程樁承載力損失或樁體完整性缺陷。   四、錨式呆重聯合反力裝置 當基樁試驗最大載重需求大於呆重反力裝置承載能力時，或採用錨樁抗拔力不足時(其實是經費考量，不採用較大或較深抗拔錨樁)，則可採用合併錨式與呆重之聯合反力裝置，即在錨樁上聯結架設或懸掛呆重反力裝置(羅騏先，2002)，由錨樁與呆重共同提供千斤頂加載反力(如圖18與圖19)。此外，亦有案例於試驗過程中因錨樁上拔量過大，而臨時改採用錨樁另加壓重聯合反力裝置完成預訂試驗(柯洪、吳翔等，2011)。理論上，聯合反力裝置係合併錨式與呆重之優點，其所能提供之最大試驗載重應是最大的，但由於此聯合反力裝置主要係於大陸地區發展使用，多用於小口徑靜力試樁，因而一般試驗載重需求並不高。反觀於台灣地區因應壁樁之發展，試樁載重需求極高，而呆重塊之運費與架設費甚高，因而主要發展以錨樁及大型主副梁為反力裝置(徐明志、高秋振等，2015)。  五、綜合結論 反力裝置的選取應該根據工程試驗的實際情況，如地面土層的承載能力、最大試驗載重需求、現場條件、試樁廠商設備與技術、試驗成本等因素進行綜合選擇，表2為作者野人獻曝，綜合實際參與大陸、台灣、東南亞地區之試樁案例及試樁文獻整理而成，供工程界參考。不論呆重反力裝置還是錨式反力裝置，其安裝都應注意偏心問題，如果反力作用點偏離了試驗樁頭的中心位置，輕者使試驗資料失真，重者會使試樁遭到破壞。 要想達到事半功倍的效果，必須做好充分的試驗規劃、計算檢核與試驗前準備，相關規劃可見作者另文介紹之壁樁載重試驗規劃(高秋振、徐明志等，2015)。同時，相關技術與考量應諮詢專業廠商與技術人員。  參考文獻 1.林三賢，2000，"基樁載重試驗"，台灣營建研究院叢書-基樁施工與監造。2.高秋振、徐明志、何樹根，2015，"壁樁載重試驗規劃經驗談"，技師期刊第71期。 3.徐明志、高秋振、鄺柏軒、俞清瀚、陳正興，2015，“矩形壁樁極限載重試驗案例分析與探討”，地工技術，第143 期。 4.胡邵敏，2009，"基樁工程(增訂一版)"，地工技術叢書之九。 5.中國行業標準，2003，"建築基樁檢測技術規範"，中國建設部。 6.羅騏先，2002，"樁基工程檢測手冊"，人民交通出版社。 7.柯洪、吳翔等，2011，"天津厚地層超長鑽孔灌注樁單樁承載特性研究"，岩土力學第32卷第9期。 |
