靜載試驗在公路橋梁樁基檢測中的應(yīng)用

劉燦

（湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410001）

1 工程概況

某公路橋梁工程沖擊成孔總樁數(shù)108根，依據(jù)業(yè)主及監(jiān)理要求采用單樁豎向抗壓靜載試驗對其進(jìn)行檢測。單樁豎向抗壓靜載試驗檢測初步定為Ⅱ號橋B1-3號樁。樁基直徑1.2m，為沖擊鉆成孔混凝土灌注樁。Ⅱ號橋為單跨25m橋梁，橋臺設(shè)計為4根孔深30m鉆孔樁。通過靜載試驗可揭示施加在公路橋梁樁基礎(chǔ)上的軸向荷載與軸向運(yùn)動之間的關(guān)系，試驗結(jié)果還可用于分析樁身側(cè)剪力分布、樁趾端部支座發(fā)育量及長期荷載-撓度，以確定施加適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)后，樁基是否具有滿足具體承載力要求的極限力。當(dāng)作為多樁試驗方案的一部分時，設(shè)計人員還可基于試驗結(jié)果對不同樁型的可行性和試驗場地的可變性進(jìn)行評估。該項目為設(shè)計-施工總承包項目，設(shè)計任務(wù)由專業(yè)設(shè)計院負(fù)責(zé)，要求至少用一根樁基來做軸向靜載試驗，以驗證設(shè)計是否滿足規(guī)范要求。

2 儀器設(shè)備及安裝

2.1 儀器設(shè)備

該橋梁工程靜載試驗所用儀器設(shè)備如表1所示，試驗樁號為Ⅱ號橋B1-3號樁，樁基直徑為1.2m，試驗所用設(shè)計荷載為1 939kN，2倍最大加載值為3 878kN。

表1 主要靜載試驗設(shè)備表

表1 （續(xù)）

2.2 試驗設(shè)備安裝

試驗設(shè)備由反力結(jié)構(gòu)、荷載系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)組成。反力結(jié)構(gòu)由主梁、次梁、錨樁和連接結(jié)構(gòu)組成，即通過法蘭、拉條與連接鋼筋焊接錨樁，將整個反力系統(tǒng)連接在一起，次梁、主梁方向根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，保證受力均勻。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）的要求，由于場地大小受限，試驗樁與錨樁距離不滿足5倍樁徑，但滿足間距大于2.5m的要求。試驗設(shè)備安裝示意圖如圖1所示。

圖1 試驗設(shè)備安裝示意圖

由圖1可知，荷載系統(tǒng)安裝在基準(zhǔn)梁之間。該套系統(tǒng)在試驗過程中能夠自動進(jìn)行加卸載并記錄各項數(shù)據(jù)。荷載系統(tǒng)由千斤頂、樁頂墊板、球鉸、百分表、梁底墊板、電控油泵、油壓傳感器和試驗主機(jī)等組成。主機(jī)根據(jù)油壓傳感器測得的加載油路油壓力值和位移測量值對比試驗預(yù)設(shè)荷載值，通過控制電控油泵的電源來實(shí)時調(diào)節(jié)千斤頂壓力。油壓傳感器測量精度可達(dá)0.1MPa，配合1臺500t千斤頂，壓力讀取精度可達(dá)1kN。

試樁頂沉降量采用4只量程為50mm、精度為0.01mm的位移計自動測讀。對稱安置在距樁頂不少于200mm處樁側(cè)兩個正交直徑方向上，測點(diǎn)間夾角為90°。固定和支撐百分表的磁性表支座安置在基準(zhǔn)梁上?；鶞?zhǔn)梁為H型鋼，一端固定鉸支在混凝土支座上，另一端簡支在混凝土支座上。

3 試驗加載和卸載

采用標(biāo)準(zhǔn)加載法，按樁頂設(shè)計荷載2倍大小逐級等量加載，加卸載和各階段最短時間見表2。

表2 加卸載和各階段最短時間

3.1 加載過程

分級荷載為最大試驗荷載的1/8，具體為485kN，等量加載。每級荷載加載完成前后第0,5,10,15min及之后每隔15min的時刻，記錄沉降數(shù)據(jù)。每級荷載維持到沉降數(shù)據(jù)60min內(nèi)對應(yīng)的沉降值小于0.25mm，認(rèn)定為該級沉降達(dá)到穩(wěn)定，并且維持荷載最多不超過2h，開始加載下一級。加載最大荷載12h內(nèi)，若60min內(nèi)沉降小于0.25mm，則維持荷載12h后開始卸載。若不穩(wěn)定，則維持最大荷載24h后再卸載。

3.2 卸載過程

分級荷載為最大荷載的1/4，具體為970kN。每級荷載維持1h，按照卸載后第0,5,10,15min及之后每隔15min的時刻記錄沉降數(shù)據(jù)。卸載完畢后，靜置12h記錄最終回彈數(shù)據(jù)。

3.3 特殊情況處理

若試驗過程中沉降量或上拔量大于樁徑的5%，記錄最大荷載值，并按上一級有效荷載分級卸載，卸載過程中每隔20min記錄一次數(shù)據(jù)，卸載完成后12h記錄最終讀數(shù)。

3.4 樁基破壞標(biāo)準(zhǔn)

加載作用下，樁基位移超過樁基直徑15%，表示該樁基破壞。本次試驗的樁基為1 200mm，即若樁基位移超過180mm，則表明樁基完全破壞。

4 靜載試驗檢測中輔助樁承載力計算

4.1 計算說明

（1）擬采用反力法對該橋梁某樁基進(jìn)行承載力試驗，共設(shè)置2根錨樁（采用2根φ1200mm的鉆孔灌注樁作為錨樁）。錨樁反力按計算值的2倍考慮。

（2）因鉆孔深度為30m，對于孔深超過30m缺鉆孔資料部分的地質(zhì)情況，按30 m部分同等地質(zhì)考慮。

（3）輔助樁考慮樁身自重。

（4）工程樁承載力等同于抗拔力，遠(yuǎn)大于所需提供的反力，此方案不進(jìn)行驗算。

4.2 錨樁深度、承載力計算

對于錨樁深度、承載計算參數(shù)和結(jié)果如表3所示。

表3 錨樁深度、承載計算表

4.3 φ1200鉆孔灌注樁作為錨樁的長度計算

4.3.1 錨樁反力計算式

錨樁反力按式（1）計算：

式（1）中：Q為錨樁反力值（t）；Q0i為該段錨樁自重（t）；d為錨樁直徑（m），取1.2m；γ為混凝土的重力密度（t/m3），取2.35t/m3；K為推力系數(shù)；σ0為平均有效垂直應(yīng)力（kPa）；δ為摩擦角度（°）；p*為周長（m）；l為計算長度（m）；fs為側(cè)摩阻力（kPa）。

4.3.2 B1-3樁基相關(guān)參數(shù)計算

該橋梁B1-3樁基不同深度下的參數(shù)計算結(jié)果如表4所示。

樁 基 自 重G=3.1415×0.36×2.35×21=55.81t，故Q=102.51+55.81=158.35t＞145.43t，滿足規(guī)范要求。

表4 相關(guān)參數(shù)計算

5 樁基檢測中靜載試驗注意事項

5.1 靜載試驗常見設(shè)備控制

單樁試驗時，應(yīng)在覆蓋整個樁頂區(qū)域的試樁長軸上垂直安裝25 mm厚的實(shí)心鋼板。測量設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠加載上述最大承載力120%的最大預(yù)期測試負(fù)載。液壓千斤頂及其操作應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范的要求，其額定負(fù)載能力應(yīng)超過最大預(yù)期千斤頂負(fù)載至少20%。用于加壓的千斤頂、泵及任何軟管、管道、配件、量規(guī)或換能器應(yīng)具有與公稱千斤頂容量相對應(yīng)的安全壓力。當(dāng)使用多個千斤頂系統(tǒng)時，型號和容量應(yīng)該相同。安裝千斤頂?shù)膲毫τ?，以檢測故障和不平衡。液壓千斤頂、壓力計和壓力傳感器應(yīng)在每次試驗或系列試驗之前的6個月內(nèi)至少校準(zhǔn)到最大的預(yù)期千斤頂負(fù)載。在進(jìn)行測試前提供校準(zhǔn)報告，其中應(yīng)包括環(huán)境溫度和在千斤頂最大行程范圍內(nèi)對多個沖壓沖程的校準(zhǔn)。試驗過程中，液壓千斤頂泵應(yīng)隨時處于有人看管狀態(tài)。自動頂升系統(tǒng)應(yīng)包括機(jī)械過載裝置，以便在緊急情況下安全地降低液壓壓力。

5.2 液壓千斤頂作用于錨定反力框架的荷載控制

液壓千斤頂對試樁或群樁施加試驗荷載，并與試樁或群樁中間的試驗梁相互作用。安裝足夠數(shù)量的錨樁或合適的錨固裝置。與試樁或試樁群保持至少5倍于最大錨桿或試樁最大直徑的距離，但不小于2.5m。工程師可以根據(jù)反力的類型和深度、土壤條件和荷載大小等因素增加或減少最小凈距，使反力對試驗結(jié)果的影響不顯著。向箱梁或平臺加載任何合適的材料，如土壤、巖石、混凝土、鋼材或裝滿水的容器，總重量至少比最大預(yù)期試驗荷載大10%。

5.3 線形測量控制

用于線形測量的刻度盤和電子位移指示器應(yīng)符合度盤指示器的要求，一般應(yīng)具有100mm的行程，最低不小于50mm的最小行程。在基準(zhǔn)梁上至少安裝兩個位移指標(biāo)，以使樁桿平行于樁、斜樁或群樁的縱軸，在距試樁中心或樁帽等距的軸對稱點(diǎn)處作用于樁頂。在試樁或樁帽的兩側(cè)各放置一根平行的參考梁，使其朝向遠(yuǎn)離錨樁或槽的盡可能遠(yuǎn)的地方放置支撐。另一種方法是將這兩個指示器安裝在距試樁中心或樁帽等距的軸對稱點(diǎn)上，使樁桿與樁或樁群的縱軸平行，以支承在參考梁上。

5.4 安全和質(zhì)量保證措施

現(xiàn)場檢測人員必須佩戴勞保用品。液壓千斤頂應(yīng)配置球形軸承盤，或與軸承表面完全、牢固接觸并對中，以避免偏心加載。不得在任何人的上方懸掛、擺動或懸掛荷載，并由吊牌繩控制。試驗梁、反力架、錨桿和其他錨固裝置、試驗箱及其連接和支架應(yīng)由工程師設(shè)計和批準(zhǔn)，并用于傳送所需荷載，確保具有足夠的安全系數(shù)。所有試驗梁、反應(yīng)框架、平臺和箱體應(yīng)始終得到充分支撐。遵照有關(guān)規(guī)程、規(guī)定進(jìn)行檢測，保證檢測的公正性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性。針對現(xiàn)場檢測、資料處理、報告校核、審核等制定控制措施，在檢測全過程貫徹“質(zhì)量第一”的原則。

6 結(jié)語

卸載完畢后，靜置12h記錄最終回彈數(shù)據(jù)，累計沉降量4.42cm，滿足規(guī)范要求。采用以上儀器設(shè)備，按照具體的安裝技術(shù)要求，通過試驗加載和卸載、承載力檢測輔助樁長度計算等，使公路橋梁樁基檢測中的靜載試驗取得了預(yù)期效果，檢測結(jié)果誤差在規(guī)范要求范圍內(nèi)，整體施工質(zhì)量合格。