自平衡法在基樁檢測中的應(yīng)用淺析

李光旭

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽　550000)

自平衡法在基樁檢測中的應(yīng)用淺析

李光旭

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽550000)

摘要自平衡法作為一種新興的單樁承載力測試技術(shù)，能有效地檢測大噸位基樁的極限承載力。文中介紹了自平衡法在某拱座單樁的極限承載力檢測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞自平衡法極限承載力側(cè)阻力端阻力

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，一些大型、特大型公路、鐵路橋梁相繼建成，橋梁的數(shù)量和總重量急劇增加，對地基基礎(chǔ)的要求越來越高。由于基樁的承載力噸位數(shù)越來越大，對其檢測的難度也越來越大。所以，研究樁基承載特性，準(zhǔn)確確定其承載力和完整性極其重要和必要。目前，確定樁承載力的方法主要有靜載法、自平衡法、高應(yīng)變測樁法、模擬試驗(yàn)法等。這幾種方法已經(jīng)在大量的工程中得到應(yīng)用，并取得了一定的成果。但傳統(tǒng)的靜荷載試驗(yàn)(包括錨樁法、堆載法，以及錨樁-堆載法)需專門的反力系統(tǒng)，無論采用錨樁法還是堆載法，均存在著反力架巨大、試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長、工程量大、試驗(yàn)費(fèi)用高的缺點(diǎn)，而且對試驗(yàn)場地要求苛刻。尤其是對于大噸位數(shù)的基樁，傳統(tǒng)的靜荷載試驗(yàn)難以實(shí)施。自平衡法做為一種新興的單樁承載力測試技術(shù)，顯示出極大的優(yōu)越性：①裝置較簡單，不需構(gòu)筑笨重的反力架，試樁準(zhǔn)備工作省時(shí)省力；②試驗(yàn)費(fèi)用省；③試驗(yàn)后試樁仍可作為工程樁使用。

1基本原理

自平衡法的主要裝置是一個(gè)特制的加載用荷載箱，它需根據(jù)樁的類型、截面尺寸及荷載的大小來制作。試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過高壓油泵向荷載箱內(nèi)施加壓力。隨著壓力的增大，荷載箱上下分離，從而調(diào)動(dòng)樁身側(cè)摩阻力及端阻力，直至達(dá)到樁承載力極限狀態(tài)，其測試原理見圖1。荷載箱埋設(shè)于樁身平衡點(diǎn)處，即荷載箱上、下段樁承載力相等處。

表6　試驗(yàn)截面跳車沖擊系數(shù)

5結(jié)論

(1) 在靜力試驗(yàn)測試中，結(jié)構(gòu)剛度及強(qiáng)度均滿足要求；動(dòng)力試驗(yàn)測試中，結(jié)構(gòu)自振特性及外界激振測試結(jié)果均在合理范圍之內(nèi)。

(2) 試驗(yàn)中測點(diǎn)位置、測試截面及車輛荷載的布置方式采用斜向布置具有一定合的理性，為以后多跨斜交箱梁橋檢測及荷載試驗(yàn)工作提供建議。

參考文獻(xiàn)

[1]陶舍輝.多梁式連續(xù)斜交箱梁橋的靜動(dòng)力特性分析及試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[2]JTJ021-89公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1989.

[3]JTG/TJ21-2011公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

荷載箱的壓力可用壓力表測得，荷載箱的向上、向下位移可用位移傳感器測得。因此，可根據(jù)讀數(shù)繪出相應(yīng)的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”，根據(jù)2條Q-S曲線及相應(yīng)的S-lgt，S-lgQ曲線，可分別求得荷載箱上段樁及下段樁的極限承載力，將上段樁的極限承載力經(jīng)一定處理后與下段樁極限承載力相加即為樁極限承載力[1]。見圖1。

圖1　自平衡法試驗(yàn)示意圖

2工程案例

現(xiàn)以某渡槽中拱座7號(hào)基樁的單樁自平衡法荷載試驗(yàn)為例，探討自平衡法在大噸位基樁極限承載力檢測中的應(yīng)用。

7號(hào)基樁為沖孔樁，設(shè)計(jì)樁徑1.8 m、樁長22 m，單樁承載力為19 000 kN。該基樁地質(zhì)情況為：0～3 m為土層及全風(fēng)化覆蓋層，3～6 m為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，6～22 m為中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。在試驗(yàn)前該基樁樁身完整性經(jīng)聲波透射法檢測，完整性評(píng)定為I類[2]。

依據(jù)地勘資料，該樁地質(zhì)情況為：0～3 m為土層，3～6 m為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，6～22 m為中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。根據(jù)各巖土層極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，本次荷載箱的埋設(shè)位置位于距樁頂16 m處。試驗(yàn)設(shè)備安裝見圖2。

圖2　自平衡法試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖

此次自平衡法試驗(yàn)取安全系數(shù)為2進(jìn)行加載試驗(yàn)，試驗(yàn)最大加載值為38 000 kN。加載過程共分10級(jí)，卸載分5級(jí)。在試樁加至第3級(jí)荷載(2×5 700 kN)時(shí)，上段樁位移42.35 mm，下段樁位移23.92 mm，且無法穩(wěn)定。具體位移值和鋼筋應(yīng)力計(jì)變化值見表1和表2。

表1　荷載箱上、下位移值及樁頂位移值

表2　壓縮鋼筋應(yīng)力計(jì)變化值

鑒于總位移為23.92+42.35=66.27 mm，且上段樁位移大于前一級(jí)荷載的位移量(2.23 mm)的5倍，根據(jù)《基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法》(JT/T738-2009)第5.3.3.2條(a)，終止加載過程，取第2級(jí)荷載(2×3 800 kN)為極限加載值。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

取第2級(jí)荷載下各樁身壓縮鋼筋應(yīng)力計(jì)讀數(shù)計(jì)算樁基主筋軸向應(yīng)力，進(jìn)而計(jì)算樁側(cè)巖土體極限側(cè)阻力壓強(qiáng)值。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　第2級(jí)荷載作用下試樁各土(巖)層摩阻力

①基樁側(cè)阻力為：

9×3.14×1.8×(1 211.125-1 209.725)+39.29×3.14×1.8×(1 209.725-1 200.425)+55.20×3.14×1.8×(1 200.425-1 196.925)+54.19×3.14×1.8×(1 196.925-1 189.5)=71.215 2+2 065.223 8+1 091.966 4+2 274.143 0=5 503.55 kN。

②查地質(zhì)勘查報(bào)告，持力層弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r的允許承載力壓強(qiáng)值為1 200 kPa，故樁端極限承載力理論值=2×1 200×3.14×(1.8/2)×(1.8/2)=6 104.16 kN。

取第2級(jí)荷載(2×3 800 kN)為極限加載值，該基樁實(shí)測極限側(cè)阻力值為5 503.55 kN，該基樁極限承載力≈5 503.55 kN +6 104.16 kN=11 607.71 kN<19 000 kN。

故該基樁極限側(cè)阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值，其極限承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。對該拱座的基樁需進(jìn)行加固處理，如樁端加固或樁側(cè)周加固，以提高基樁及整個(gè)拱座的承載力。

4結(jié)語

該樁所在的承臺(tái)所有樁基均進(jìn)行了樁端加固處理，以提高承臺(tái)的承載力。此次試驗(yàn)查明了基樁樁身完整性較好但承載力不足的問題，避免了該問題對施工及后期運(yùn)營造成的安全隱患，有效地提高了工程檢測質(zhì)量。自平衡檢測法有效地解決了基樁大噸位承載力檢測的工作難題，能分別確定樁端和樁側(cè)阻力的發(fā)揮狀態(tài)，且對施工影響較小，同時(shí)可以修正地勘資料，指導(dǎo)設(shè)計(jì)參數(shù)。盡管自平衡法有一些疑點(diǎn)問題，如試驗(yàn)前平衡點(diǎn)位置的計(jì)算和試驗(yàn)后的注漿補(bǔ)強(qiáng)措施等[3]，但與傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)方法相比顯示出了很大的優(yōu)越性，尤其在大噸位基樁承載力的檢測中將發(fā)揮越來越大的作用。

[1]JT/T738-2009基樁靜載試驗(yàn).自平衡法[S].北京:人民交通出版社，2009.

[2]JGJ106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]龔維明.關(guān)于“樁承載力自平衡法的可靠性之質(zhì)疑”討論的答復(fù)[J].公路，2004(10)：81-86.

收稿日期：2014-09-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.002