自平衡法在文明特大橋樁基承載力試驗中的應用

王 勇，呂茂豐

(中鐵五局集團 機械化工程有限責任公司，貴陽 550000)

1 工程概況

文明特大橋為廈蓉高速公路汝郴段重點控制工程之一，全橋總長1 790.88 m。主橋為66 m+6×120 m+66 m預應力混凝土剛構、連續梁，墩身為壁厚0.6 m的雙肢薄壁空心墩。引橋為跨徑40 m的先簡支后連續T形梁，橋墩為直徑2 m的柱式墩和壁厚為0.55 m的薄壁空心墩兩種。全橋基礎均為樁基礎，共348根樁，樁徑分別為2.0 m，1.8 m，1.5 m，最大樁深57 m。

為確定單樁豎向抗壓極限承載能力，驗證并確定樁基沉降量，同時驗證地質勘察報告所給樁基參數的可靠性;結合本工程樁基礎設計承載力高、工期緊張、場地狹窄等實際情況，決定采用自平衡試樁法進行試驗。本項目確定選取8#墩左右幅各一根 C30混凝土鉆孔灌注樁(設計為摩擦樁)進行基樁檢測。試樁情況見表1。

表1 試驗樁概況

2 自平衡測試方法簡介

2.1 測試原理

自平衡測樁法是在樁身平衡點位置安裝荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下各自承載力。加載設備采用東南大學土木工程學院研制的荷載箱，它主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成。頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移絲(通過聲測管下穿)。將荷載箱與鋼筋籠連接后安裝在樁身平衡點，即可澆注混凝土，澆注時并將高壓油管和聲測管一起引到地面(圖1)。試驗時，從樁頂通過高壓油管對荷載箱內腔施加壓力，箱頂與箱底被推開，產生向上與向下的推力，從而調動樁周土的側阻力與端阻力來維持力系平衡。

圖1 自平衡法測試示意

2.2 試驗儀器及設備

基樁自平衡試驗采用的設備有:荷載箱、電動油泵、電子位移計、數據采集儀、筆記本計算機等。

2.3 測試規程

載入采用慢速維持荷載法，測試按中華人民共和國《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041—2000)和《基樁靜載試驗 自平衡法》(JT/T 738—2009)進行。

單樁豎向抗壓極限承載力，根據《基樁靜載試驗自平衡法》(JT/T 738—2009)中實測荷載箱上、下位移計算，承載力公式為

式中，Qu——單樁豎向抗壓極限承載力;

Qu上——荷載箱上部樁的實測極限值，按《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041—2000)附錄 B“試樁試驗辦法”確定;

Qu下——荷載箱下部樁的實測極限值，按《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041—2000)附錄 B“試樁試驗辦法”確定;

W——荷載箱上部樁自重;

γ——荷載箱上部樁側阻力修正系數，本工程 γ取0.8。

3 檢測結果分析與建議

3.1 檢測結果分析

左幅8-3樁于2009年5月25日灌注成樁，2009年6月19日開始測試，加載到預計加載值(2×22 000 kN)后停止加載，開始卸載。

根據現場實測數據繪制的 Q—S曲線、S—lgt曲線，樁的測試曲線屬緩變形。根據中華人民共和國行業標準《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041—2000)和《基樁靜載試驗 自平衡法》(JT/T 738—2009)，取最大加載值為單樁極限加載值。

原始Q—S和 S—lgt曲線如圖2所示，按照公式(1)計算，左幅8-3樁基最大承載力為46 306 kN，此時最大位移向上9.92 mm，向下34.71 mm，卸載后殘余位移向上5.82 mm，向下24.48 mm。

上述位移值，尤其是加載初期，均遠低于國家規范，可以判斷樁的承載力發揮主要靠樁側摩阻力。可以判定:左幅8-3樁單樁豎向抗壓極限承載力≥46 306 kN;單樁豎向抗壓極限承載力滿足設計要求。

圖2 8-3 樁 Q—S，S—lgt曲線

3.2 測試技術施工建議

1)樁基下鋼筋籠之前，應對樁孔徑、垂直度、孔底沉渣厚度進行檢測，尤其是首次清孔后，泥漿的濃度與正常樁孔濃度偏低(或者添加外加劑減慢泥漿的沉淀速度)，鋼筋籠與荷載箱放入孔中后進行二次清孔。

2)考慮到吊裝條件、鋼筋籠的設計長度和荷載箱的埋深位置，鋼筋籠宜分三節。第一節鋼筋籠為將荷載箱豎立在平整地上，將鋼筋籠與荷載箱下板焊接連成一體并焊接下喇叭筋;將第二節鋼筋籠與荷載箱上板焊接連成一體并焊接上喇叭筋;后用吊車將此兩節鋼筋籠及鋼箱一起吊到孔口，在孔口上焊接事先制作好的第三節鋼筋籠。見圖3。

圖3 鋼箱與鋼筋籠現場焊接

3)荷載箱與鋼筋籠所有主筋應連接牢固，鋼筋籠中軸線與荷載箱軸線應一致，保證荷載箱施力與承載力方向一致。吊車吊起(豎直狀)荷載箱水平度<5%。

4)檢查無誤后開始澆注混凝土。當混凝土接近荷載箱時，拔導管速度應放慢，當荷載箱上部混凝土厚>2.5 m時導管底端方可拔過荷載箱，連續澆注混凝土至設計樁頂。荷載箱下部混凝土坍落度宜>200 mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。

5)在施工(澆注混凝土、破樁頭)過程中注意保護荷載箱、油管及鋼管封頭。

6)布置基準梁時應根據具體情況調整。陸地試樁時，基準梁下的樁基礎(可采用20以上工字鋼)打入土中≥2 m。基準梁一端與樁基礎鉸接，另一端與樁基礎焊接，基準梁長度一般≥8 m。

7)測試期間試樁周圍不得有較大的振動。

4 結語

1)樁承載力自平衡測試法與傳統堆載靜壓試驗相比，省時、省力、節約、安全，特別適用于大噸位、施工場地復雜的情況，且測試結果與靜載測試相近，可以滿足工程精度要求。

2)樁基荷載試驗的極限承載力值，是在短期荷載作用下的測試結果。而在實際橋梁建設中，恒載是逐步加到樁基上的，通車后才有活載作用;故測試值是偏于安全的。況且本項目經初步驗算，測出值略大于設計數據，更能夠滿足工程安全。

3)試驗后試樁仍可作為工程樁使用，檢測后通過聲測管向鋼箱斷開處壓漿，有效地解決了荷載箱處樁基的不連續問題，保證了樁基的整體性。

4)采用自平衡法可以判定樁周與樁端的阻力分布，可以清楚地分出樁周和端部的土阻力分布和各自的位移曲線。

5)選擇荷載箱安裝的合適位置非常關鍵，使樁上、下段極限承載力基本相當，同時考慮下段樁位移后有端阻力，應使下段樁極限承載力比上段樁極限承載力稍小。

[1] 中華人民共和國交通部.JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術規范［S］.北京:人民交通出版社，2001.

[2] 中華人民共和國交通部.JT/T 738—2009，基樁靜載試驗自平衡法［S］.北京:人民交通出版社，2009.

[3] 魯博，霍少磊，葛云峰.基于自平衡法樁基承載性狀試驗分析［J］.鐵道建筑，2009(12):83-86.