自平衡法在橋梁樁基承載力檢測(cè)中的應(yīng)用分析

李運(yùn)樟

（中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

長(zhǎng)期以來，在對(duì)建筑工程與道路橋梁工程樁基豎向抗壓承載力進(jìn)行靜載荷檢測(cè)時(shí)廣泛采用傳統(tǒng)靜載試樁法，即堆載法和錨樁法。通過對(duì)比分析傳統(tǒng)靜載試樁法和自平衡靜載試樁法，可以得出后者具有試驗(yàn)場(chǎng)地要求小、檢測(cè)效果精準(zhǔn)、省力省錢省時(shí)等特點(diǎn)，兩種測(cè)試具體對(duì)比分析詳見表1。

表1 傳統(tǒng)法與自平衡法對(duì)比表

文章針對(duì)南港河大橋工程試樁采用自平衡法進(jìn)行試驗(yàn)，以確定試樁的豎向抗壓極限承載能力、試樁樁側(cè)各土層極限摩阻力和樁端極限端阻力，并測(cè)定樁基的沉降、樁彈性壓縮及巖土塑性變形。

2 工程概況

項(xiàng)目為東方市金月灣濱海大道工程，位于東方市板橋鎮(zhèn)西南部，緊鄰板橋鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，距東方市區(qū)約35 km。大橋橫跨現(xiàn)狀南港河，為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，全長(zhǎng)201.2 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；下部結(jié)構(gòu)采用花瓶式橋墩、肋板式橋臺(tái)接承臺(tái)樁基礎(chǔ)，樁基為水下摩擦樁，鉆孔樁直徑為1.2 m 和1.0 m 兩種，采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔。

3 試驗(yàn)設(shè)備及方法

3.1 自平衡試樁法原理

自平衡試樁法原理是將特制的加載裝置—荷載箱，在樁基鋼筋籠加工制作過程中，同步綁扎固定于鋼筋籠之中，將加載箱的工作加壓管、測(cè)試裝置（應(yīng)變、位移等）從樁體牽引至地面，然后使用導(dǎo)管水下灌注成樁。試樁中荷載箱的加壓、加載工作通過加壓泵完成，過程中產(chǎn)生的上力和下力分別傳遞至樁體。樁身被荷載箱分成上、下樁段截面，由此產(chǎn)生的上、下樁段相關(guān)反應(yīng)參數(shù)也會(huì)有不同。通過計(jì)算、分析加載力和位移、應(yīng)變等參數(shù)，以及對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的處理，可以獲得樁基承載力、靜荷載等一系列數(shù)據(jù)。

試樁測(cè)試流程：試樁鋼筋籠綁扎→測(cè)試器具、管線預(yù)埋綁扎固定→荷載箱定位安裝、密封→試樁水下灌注混凝土→試樁混凝土養(yǎng)護(hù)（不少于15 d）→測(cè)試基準(zhǔn)梁、篷架搭設(shè)→測(cè)試儀器安裝、調(diào)試→試樁測(cè)試。

3.2 測(cè)試規(guī)程

自平衡法加載必須循序漸進(jìn)，采用慢速維持荷載法，按《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》（JT/T 738-2009) 和《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2003)進(jìn)行，即：

3.2.1 成樁至試驗(yàn)間隙時(shí)間

樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求且不少于15 d。

3.2.2 位移觀測(cè)

單級(jí)加載后第1 h 內(nèi)進(jìn)行4 次測(cè)讀，間隔時(shí)間15 min；之后測(cè)試時(shí)間內(nèi)間隔30 min 復(fù)測(cè)一次。相關(guān)位移測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)電子傳感器傳輸至電腦，可在電腦屏幕上直接生成Q-s、s-lgt、s-lgQ 曲線。

3.2.3 下沉相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

在單級(jí)加載過程中，30 min 內(nèi)下沉量≤0.1 mm，可判定為穩(wěn)定。

3.2.4 終止加載條件

極限荷載取值為終止加載的前一加載級(jí)。

加載終止需滿足以下任一條件：①累計(jì)位置≥4 cm；②本級(jí)加載累計(jì)下沉量≥上一加載級(jí)累計(jì)下沉量的5 倍。

3.2.5 卸載及測(cè)試

①卸載：分級(jí)進(jìn)行卸載。單級(jí)完成后，及時(shí)讀取樁頂回彈量。當(dāng)回彈量讀值穩(wěn)定后，方可進(jìn)入下一級(jí)卸載，回彈量觀測(cè)、穩(wěn)定判定方法同沉降。②測(cè)試：完成卸載后的1.5 h 內(nèi)，每間隔15 min 觀測(cè)一次讀數(shù)。

3.3 受檢樁基本情況

南港河大橋橋址地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，4#、5#橋墩基地土質(zhì)主要分布有巨厚土層及砂層，無不良地質(zhì)現(xiàn)象及特殊巖土分布，工程地質(zhì)條件較好，地勢(shì)北低南高，局部稍有起伏，地面標(biāo)高0～10 m，相對(duì)高差為0～10 m。

工程受檢樁的主要參數(shù)：

①4#～11#樁（27 m），樁徑1 000 mm，樁底標(biāo)高-26.795 m，荷載加載值2×1600 kN；

②5#～6#樁（21 m），樁徑1 200 mm，樁底標(biāo)高-21.300 m，荷載加載值2×1400 kN。

3.4 單樁豎向抗壓極限承載力判斷標(biāo)準(zhǔn)

3.4.1 《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》（JT/T 738-2009）

根據(jù)實(shí)測(cè)荷載箱上、下位移計(jì)算承載力公式：

其中：uQ-單樁豎向的抗壓極限承載力；荷載箱上段樁身的實(shí)測(cè)極限值；W-荷載箱上段樁身的有效自重；γ-荷載箱上段樁身的側(cè)阻力修正系數(shù)；Qux-荷載箱下段樁身的實(shí)測(cè)極限值。

3.4.2 等效轉(zhuǎn)換曲線法

通過自平衡法試驗(yàn)可獲得上、下兩條Q-s 曲線，利用等效力轉(zhuǎn)換，可轉(zhuǎn)換成一條等效轉(zhuǎn)換曲線（Q-s曲線），最終依據(jù)等效轉(zhuǎn)換曲線對(duì)單樁豎向抗壓極限承載力進(jìn)行判斷。

3.5 軸向力測(cè)試及相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

3.5.1 軸力計(jì)算

通過樁基中預(yù)埋的應(yīng)變計(jì)可求得相應(yīng)的應(yīng)變量，根據(jù)應(yīng)變計(jì)頻率讀數(shù)求得應(yīng)變計(jì)所受力，再以此求算應(yīng)變計(jì)應(yīng)變量。計(jì)算公式如下：

F應(yīng)變計(jì)所受力（kN）；K應(yīng)變計(jì)系數(shù)（kN/Hz2）；

f應(yīng)變計(jì)在某級(jí)荷載作用下的頻率讀數(shù)（Hz）；

f0-應(yīng)變計(jì)頻率初讀數(shù)（Hz）。

3.5.2 摩阻力計(jì)算

3.5.3 截面位移計(jì)算

Si-第i+計(jì)算截面處的沉降量（mm）；Si+1-第i+1計(jì)算截面處的沉降量（mm）；Δi-第i+1截面到第i+截面之間的樁身彈性壓縮量（mm）。

4 測(cè)試結(jié)果與分析

項(xiàng)目于2019 年6 月7 日—8 日對(duì)4#～11#樁和5#～6#樁進(jìn)行自平衡試驗(yàn)，通過現(xiàn)場(chǎng)采集的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，獲得了如圖1、圖2 所示的4#～11#樁和5#～6#樁Q-s 曲線，4#～11#樁和5#～6#樁在加載到第十級(jí)荷載時(shí)，總位移量小于40 mm，均滿足要求，故終止加載，取第十級(jí)荷載為極限荷載，即4#～11#樁2×1600 kN，5#～6#樁2×1450 kN 為極限荷載。

圖1 4#～11#受檢樁Q-s 曲線圖

圖2 5#～6#受檢樁Q-s 曲線圖

根據(jù)各土層摩阻力-位移曲線的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過等效轉(zhuǎn)換得到Q-s 轉(zhuǎn)換曲線，當(dāng)中4#～11#樁體、5#～6#樁體的極限承載力和位移為2730 kN、2360 kN 和22.38 mm、21.03 mm，所繪制的曲線均緩變下降，不存在明顯下彎情況。并通過計(jì)算得到受檢樁的樁側(cè)摩阻力（見表2、3）和樁端承載力。

表2 4#～11#樁（27 m）各巖層摩阻力

表3 5#～6#樁（21 m）各巖層摩阻力

上述測(cè)試結(jié)果表明：4#～11#樁當(dāng)加載值達(dá)到2×1600 kN 時(shí)，總位移量小于40 mm，滿足要求，故終止加載，取第10 級(jí)荷載即2×1600 kN 為極限荷載，樁端承載力小于樁端極限荷載，滿足要求。5#～6#樁當(dāng)加載值達(dá)到2×1450 kN 時(shí)，總位移量小于40 mm，滿足要求，故終止加載，取第10 級(jí)荷載即2×1450 kN 為極限荷載，樁端承載力小于樁端極限荷載，滿足要求。

5 結(jié)束語

文章以南港河大橋樁基工程為例，以自平衡法對(duì)受檢樁進(jìn)行檢測(cè)從而得到科學(xué)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)承載力，提供各土層及樁端有關(guān)參數(shù)，測(cè)定了樁基沉降和變性，對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，為工程的樁基施工提供了數(shù)據(jù)支撐及有效保障，同時(shí)，為今后橋梁工程的樁基檢測(cè)提供了重要參考。