論某大橋鉆孔灌注樁自平衡靜載試驗技術(shù)

胡 堃

（貴州橋梁建設(shè)集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

90年代，我國從國外引進了樁基自平衡檢測技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。該檢測方法采用一種專用加載裝置荷載箱，將荷載箱埋于樁基的規(guī)定部位，將其高壓油管、位移桿一同引至地表，再利用高壓油泵對其進行充油加載。在試驗過程中，以荷載箱為媒介，同時帶動上部樁體的摩擦力、自重，下樁體的摩擦和端阻力，使其相互保持平衡，以維持加載檢測[1-3]。

1 工程概況

某特大橋的基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，橋址區(qū)域的上部是淤泥質(zhì)軟土，中下部以黏土和粉質(zhì)黏土為主，粉細砂不連續(xù)、多缺失，或與黏性土相互切割、重疊；樁位底部，暴露出混合土壤和中風(fēng)化基巖[4]。由于場地地質(zhì)情況較復(fù)雜，大面積場區(qū)，淺部基本沒有較好的承力層。根據(jù)鄰近鉆孔位置、地層條件，在25~26號墩間打設(shè)試驗樁，并進行了TP25號鉆孔灌注樁的自平衡靜載荷實驗。樁位處軟土面標高為-9.950 m，109.3~109.6 m為中風(fēng)化層，109.6~119.38 m為微風(fēng)化層，樁端的單軸飽和抗壓強度為44.6~47.0 MPa。

2 試驗樁技術(shù)參數(shù)

該試驗樁的設(shè)計參數(shù)、施工參數(shù)以及地質(zhì)參數(shù)分別如表1~3所示。

表1 試樁設(shè)計參數(shù)

表2 試樁施工參數(shù)

表3 樁位地質(zhì)參數(shù)

3 儀器設(shè)備

該試驗樁使用了一個環(huán)狀荷載箱，在實際成孔過程中，出現(xiàn)了強風(fēng)化夾層，最終荷載箱體頂板與樁端之間的距離為2.32 m，見圖1；荷載箱的技術(shù)指標見表4。

表4 荷載箱參數(shù)表

圖1 荷載箱埋設(shè)位置

該高壓油泵最大壓力為60 MPa，壓力精確到0.5 MPa，壓力計由計量單位進行標定校準。

位移測量儀：主要是在自平衡試驗階段，對試樁在荷載作用下的反應(yīng)進行檢測，其中包括樁頂位移和荷載箱頂、底板的位移[5]。位移觀測系統(tǒng)如圖2所示，包括電子位移計、位移測量桿、鋼護管、觀測樁、觀測梁、遮擋隔離天棚等。觀測樁、觀測梁和遮陽棚的設(shè)計與常規(guī)靜荷載測試的要求相符合[6]。自平衡測試是由荷載箱雙向加載作用于樁基的樁身，因此，既要測量樁頂位移，又要測量荷載箱底板的位移。

圖2 位移測量系統(tǒng)

樁頂位移采用電子位移計測量；荷載箱頂、底板位移采用位移測桿與電子位移計配合測量；荷載箱頂?shù)装逦灰频臏y量采用位移測桿進行[7]。主要原理是：安裝荷載箱時，將位移測桿的一端分別連接到荷載箱上下面板，另一端延伸至樁頂，并采用鋼護管將位移測桿與樁身混凝土隔離，保持荷載箱上下面板的位移能夠準確傳遞到樁頂。試驗過程中，通過電子位移計測量樁頂位移測桿的移動即可獲得荷載箱頂、底板的位移數(shù)據(jù)。荷載箱頂?shù)赘鲗ΨQ地布置兩個位移測點，樁頂對稱地布置兩個位移測點[8]?；鶞蕵杜c試樁之間的中心距離需≥3倍試樁直徑或不小于4.0 m，基準梁的一端固定在基準樁上，另一端簡支在基準樁上[9-10]。

4 自平衡試驗結(jié)果

TP25的試樁荷載等分10級加載，5級卸載。在進行第10級加載時，壓力表無法達到16.7 MPa，油泵持續(xù)加油，只能將壓力穩(wěn)定在16.5 MPa。此時荷載箱上部樁段整體位移不斷增加，荷載箱頂板位移在增加了46.75 mm時，試驗停止加載，并開始分級卸載，該級加載共維持了7個小時。TPS自平衡靜載試驗各分段的Q-S曲線、S-lgt曲線分別如圖3~9所示。

圖3 TPS自平衡靜載試驗荷載-位移（Q-S）曲線

圖4 上段樁Q-S曲線

圖5 上段樁S-Igt曲線

圖6 樁頂Q-S曲線

圖7 樁頂S-Igt曲線

圖8 下段樁Q-S曲線

圖9 下段樁S-Igt曲線

5 試驗結(jié)果分析

在TP25試樁的試驗荷載達到18 187 kN后，荷載箱頂板和樁頂位移Q-S曲線都發(fā)生了急劇變化。因此荷載箱上段樁體的承載能力上限為18 187 kN，所以荷載箱上段樁身承載力極限值為18 187 kN，轉(zhuǎn)換為荷載箱上段樁進行壓樁試驗時樁身承受的極限摩阻力為（18 187-G）/γ，其中G=5 548 kN。

每一層樁體側(cè)阻力折減系數(shù)（γ）按規(guī)定范圍且依據(jù)指定的取值，計算出相應(yīng)的權(quán)重，即：砂層γ=0.5，黏土γ=0.7。根據(jù)TP25試樁的地質(zhì)參考資料計算加權(quán)平均得出γ=0.565，得出荷載箱上段樁向下樁身極限摩阻力為（18 187-G）/γ=22 369 kN。

綜上所述，TP25試樁荷載箱下段樁身抗壓極限承載力大于18 187 kN，荷載箱上段樁抗壓極限承載力為22 369-G=16 821 kN。故TP25試樁整體的極限抗壓承載力大于35 008 kN，為TP25試樁工作荷載的1.37倍。

6 結(jié)論

JG/T403—2017更側(cè)重于測試設(shè)備的技術(shù)要求，并對測試結(jié)果進行分析和判斷。因此在測試中的變形穩(wěn)定性有很大的局限性。而ASTMD1869/D1869M—18偏向于原則指導(dǎo)，將試驗過程及試驗數(shù)據(jù)交由工程師，根據(jù)工程經(jīng)驗及專業(yè)知識進行分析和判斷。

該文所述TP25這類大型靜荷載測試樁，宜采用自平衡靜荷載測試法，其裝置簡單，不占用場地，不需要千噸的堆料和沉重的反力支架。采用自平衡靜載荷實驗，發(fā)現(xiàn)TP25試樁箱下段樁身承受壓力的極限承載力分別超過18 187 kN和16 821 kN，而整個抗壓極限承載力在35 008 kN以上。