自平衡法樁基靜載試驗在水下大樁徑施工中的應用

張自安 伍志珍

摘要：以硃山湖北路西延伸段橋梁工程為例，對自平衡法樁基靜載試驗在水下大樁徑樁基工程檢測中應用的實施方案、質量控制、結果分析、前景應用進行了探索和實踐，并取得了良好的試驗結果，為今后在水上試樁，坡地試樁，基坑底試樁，狹窄場地試樁積累了經驗。

Abstract： Taking the project of west extension of Zhu Shan Hubei Road as an example， this paper explores and practices the implementation scheme， quality control， result analysis and prospect application of static load test of pile foundation with self-balanced method in the detection of underwater large diameter pile foundation. Good test results have been obtained， which has accumulated experience for future testing piles on water， on slope， on the bottom of foundation pit and on narrow site.

關鍵詞：自平衡法；樁基檢測；實施方案；施工

Key words： self-balanced method；pile foundation testing；implementation scheme；construction

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）10-0123-03

1 工程概況

硃山湖北路西延伸段位于硃山湖北岸，平行于硃山湖大道，連接軍山第一大道與楓樹南街，沿線湖岸均為規劃用地，設計道路主線長3129.326m，其中橋梁長676.6m，道路紅線寬為30m，橋梁寬度為27m。橋梁共三座，硃山湖一橋（20+8×30+20）m，中心樁號為K1+312；硃山湖二橋（20+6×30+20）m，中心樁號為K1+897；硃山湖三橋（20+4×30+20）m，中心樁號為K2+437。橋臺基礎采用直徑為1.5m的鉆孔灌注樁，單樁頂承載力容許值9000kN。

硃山湖橋梁工程屬于水上橋梁，施工樁基采用鉆孔灌注樁工藝，基礎均采用2根？準1.5m的單排樁。由于大部分施工過程，材料運輸及堆放，人員活動均是在主棧橋和支棧橋上完成的，本身就面臨著施工場地狹小，人員流通大，交叉施工繁多等諸多問題。在這樣復雜的施工環境下，樁基自身面臨著樁徑大，樁長較長以及水上施工等問題，因此，自平衡法靜載試驗是較好的一種選擇。

2 原理及實施方案

2.1 試驗原理

自平衡法樁基靜載試驗是在樁身平衡點位置安設荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下部各自承載力。其主要裝置是一種經特別設計可用于加載的荷載箱，它主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成；頂、蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移棒；將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆筑混凝土成樁。荷載箱上部樁身的摩擦力與下部樁身的摩擦力及端阻力平衡來維持加載，根據向上向下Q——S、S——lgt和S——lgQ曲線來確定樁承載力。

2.2 實施方案

總體施工流程：

①樁基鉆進成孔。綁扎和焊接鋼筋籠，位移管、聲測管連接用套筒圍焊。②嚴格按試樁圖紙確定鋼筋應變計在主筋上的位置，鋼筋應變計宜焊接于主筋上。③荷載箱立放在場地上，鋼筋籠所有主筋與荷載箱外緣圍焊，并確保鋼筋籠與荷載箱起吊時不會脫離，保證鋼筋籠與荷載箱在同一水平線上，再點焊喇叭筋，喇叭筋上端與主筋，下端與內圓邊緣點焊，保證荷載箱水平度小于1%。④下鋼筋籠并澆筑混凝土。⑤布置平衡梁（基準梁），采用I32A工字鋼，跨度為8m，安置在試樁上側，用于固定磁性表座；一端鉸接固定，一端自由支撐。⑥搭設防風蓬架（保護罩），確保測試時儀表不受外界環境的影響。⑦加載檢查樁基承載力。

2.3 操作要點

2.3.1 試樁基準梁和防風棚搭設

每次試驗前需要布置平衡梁（基準梁），采用I32a工字鋼，跨度為8m，安置在試樁上側，用于固定磁性表座；一端鉸接固定，一端自由支撐。基準樁作為基準梁的支承點，須在樁側打入槽鋼，打入土中深度2m（可根據實際情況調整），確保其穩定，可根據現場實際情況進行調整。為盡量減少試樁時外部因素的影響，須搭設防風蓬架（保護罩），確保測試時儀表不受外界環境的影響。

2.3.2 注意事項

①成孔時施工單位應進行樁位偏差、樁徑、孔深、樁孔傾斜率、孔底沉淀土厚度的檢查。綁扎和焊接鋼筋籠，位移管、聲測管連接用套筒圍焊，確保護管不滲泥漿，與鋼筋籠綁扎成整體。

②焊接過程中注意保護應變計導線，穿過荷載箱預留孔時，預留25cm左右的導線于預留孔內。

③試樁混凝土標高同工程樁，導管通過荷載箱到達樁端澆搗混凝土，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大于2.5m時導管底端方可拔過荷載箱，澆混凝土至設計樁頂；荷載箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。

④埋完荷載箱，保護油管及鋼管封頭（用鋼板焊，防止水泥漿漏入）。

⑤灌注混凝土時，要求制作一定量的混凝土試塊，待測試時作混凝土強度試驗。

⑥測試期間應保證不間斷供電（380V、220V兩種電源），試樁周圍10m內不得有較大的振動。

⑦基準樁作為基準梁的支承點，須在樁側打入槽鋼，打入土中深度2m（可根據實際情況調整），確保其穩定。（基準系統的搭設可根據現場實際情況進行調整）

3 加載檢測及數據分析

3.1 加載檢測

3.1.1 荷載箱位置確定

1-1#基樁，埋設一個荷載箱。根據表1計算結果以及灌注樁施工的方便，建議荷載箱位置距樁底約3.5m處。

6-2#基樁，埋設一個荷載箱。根據表2計算結果以及灌注樁施工的方便，建議荷載箱位置距樁底約0.8m處。

3.1.2 加、卸載分級

工程樁加載分10級進行，卸載分5級進行。

3.1.3 測試順序

成樁后15天進行測試。

3.1.4 觀測程序

①加載量測： 每級加載后在第1h內應在5、15、30、45、60min測讀一次，以后每隔30min測讀一次。電子位移傳感器連接到電腦，直接由電腦控制測讀，同時在電腦屏幕上顯示Q—s曲線、s—lgt曲線和s—lgQ曲線。

②卸載量測：每級荷載卸載后，應觀測樁頂的回彈量，觀測辦法與加載相同。卸載到零后，至少在2h內每30min觀測一次。

③穩定標準：

每級加載下沉量，在最后30min不大于0.1mm時即可認為穩定。

④終止加載條件：

1）位移量大于或等于40mm，本級荷載的位移量大于或等于前一級荷載的位移量的5倍時，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。

2）總位移量大于或等于40mm，本級荷載加上后24h未達穩定，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。

3）總位移量小于40mm，但荷載已達到壓力箱極限或位移達到荷載箱行程，加載即可終止，取此最大加載值荷載為極限荷載。

3.2 試驗數據的分析、整理

3.2.1 單樁極限承載力判斷標準

實測荷載箱向上（Q+—s+）、向下（Q-—s-）兩條曲線，根據位移協調原則，轉換成傳統樁頂Q—s曲線，如圖4所示，根據《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000），判斷試樁極限承載力。

3.2.2 數據整理

①硃山湖二橋。

二橋6-2#、樁基分別于2015年9月25日完成混凝土澆筑工作，施工過程正常；2015年10月26日對該樁機進行現場測試，試樁加載至第10級2×9402kN，向上、向下位移較小，但已達到要求最大加載值，故停止加載。檢查結果見表3。

檢查結論：本次實測6-2#樁單樁抗壓極限承載力不小于18804kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為9402kN，達到設計要求。

②硃山湖一橋。

一橋1-1#、樁基分別于2015年10月12日完成混凝土澆筑工作，施工過程正常；2015年11月03日對該樁機進行現場測試，試樁加載至第10級2×9196kN，向上、向下位移較小，但已達到要求最大加載值，故停止加載。檢查結果見表4。

檢查結論：本次實測1-1#樁單樁抗壓極限承載力不小于18392kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為9196kN，達到設計要求。

4 結語

自平衡法靜載實驗是一項新興的樁基承載力檢測方法，是我們了解新技術的一個窗口。適用于面臨著場地限制或運輸物料困難，特別是其樁基屬于大直徑、大噸位水下樁，試樁仍然可以作為工程樁使用，有很高的經濟效益。

目前我國的各項工程所遇到的場地情況越來越復雜，這種新興的檢測方式將成水上試樁，坡地試樁，基坑底試樁，狹窄場地試樁，斜樁，嵌巖樁，抗拔樁等施工一種很好的選擇，推廣應用前景良好。

參考文獻：

[1]JTGD63-2007，路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[2]慶祝，胡勝華，韓朝.基靜載試驗自平衡法測試原理及方法[J].資源環境與工程，2009，23（6）：801-805.

[3]徐國翔，王婷婷.自平衡法靜載試驗在樁基檢測中的應用[J].浙江建筑，2010，27（3）：18-20.

[4]黃芬，楊樺.自平衡法在十二里河梁式渡槽樁基檢測中的應用[J].四川水力發電，2014，33（2）：21-23.

[5]高海超，李國權.自平衡法樁基靜載檢測技術在工程中的應用[J].天津建設科技，2013，23（3）：49-50.