基于法國規(guī)范的樁基靜載試驗方法及應用

王福剛

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安）

本文以塞內(nèi)加爾達喀爾快速公交（BRT）工程項目Case-Bi 橋為例，對橋梁樁基靜載試驗的工程實例進行了詳細介紹，討論了方案編制過程中所作的前期準備、試驗樁基的選取、試驗參數(shù)的確定、試驗樁和反力樁的計算、反力系統(tǒng)、試驗實施步驟和注意事項等工作內(nèi)容。

1 工程概況

OACase-Bi 橋中心里程為PK5+877.767，跨越Case-bi 環(huán)形交叉口，交角90°，橋梁長度107.2 m，16+3×24.5+16 m鋼混組合連續(xù)梁，共有樁基96 根。

2 地質(zhì)工程概況

橋址區(qū)地形平坦、開闊，地面高程介于16.1～16.5 m。無不良地質(zhì)風險。地表分布薄層回填土，其下主要為細砂，濕～飽和，中密～密實。

3 樁基軸向靜載試驗

3.1 試驗目的

樁基靜載試驗為了驗證樁基礎，根據(jù)以下程序，觀察估計的允許變形。

根據(jù)加載和測量位移，測試單樁承載力以及荷載與位移的關(guān)系。

3.2 試驗方法

樁基試驗主要依據(jù)法國1999 年12 月NF P94-150-1 標準執(zhí)行[1]。也就是樁基靜止試驗，通過平臺和徐變，在樁頂荷載增量ΔQ=0.2Qmax 逐漸增加直至Qmax。

根據(jù)地質(zhì)情況設計確定了樁基設計承載力，并計算了最大破壞荷載，根據(jù)設計荷載確定了樁基試驗荷載。

在不斷加載階段，觀測樁頂位移值，直至最大荷載。就像規(guī)范3.2.1 中描述的，主要是在樁基加載時樁頭的位移，獲得荷載和變形曲線，如圖1 所示。

圖1 樁基荷載和位移曲線

這里的說明要非常注意，試驗的目的是為了驗證已施工的樁基。試驗絕對不能達到斷裂時的承載力。根據(jù)法國規(guī)范NF P94-150-1 或類似規(guī)范，為了驗證砂巖的承載能力，先前的軸向靜載試驗要達到使樁基破壞，且為獨立樁而不是群樁基礎的一部份，每座高架橋至少進行一次靜載試驗；如果一座橋梁有不同地質(zhì)，每種地質(zhì)都要做一次試驗。另一方面NF P94-150-1 規(guī)范中明確指出檢驗試驗是在施工過程中實施。

根據(jù)NF P94-150-1 規(guī)范中的試驗程序，要求檢驗試驗的樁基是橋梁樁基的組成部分。最大的軸向壓應力值根據(jù)樁基達到的設計荷載QELS確定。

對于這種情況，試驗樁的選擇符合以下要求：

（1） 設計參數(shù)的了解，進行鉆探不同地方鉆探和土工試驗，做其他試驗是沒有必要的。（2） 依據(jù)NF P94-150-1 規(guī)范中6.2.2 中規(guī)定，業(yè)主、專家組和承包商共同確定能夠在群樁中的一根樁進行檢驗試驗。（3） 這個允許保留試驗樁的試驗方法。也就是橋梁的一個樁基在使用前進行試驗，樁基試驗荷載絕對不能超過Qe。

4 試驗樁的參數(shù)

試驗樁長27 m，直徑1.2 m。

抗拔樁長18 m，直徑1.2 m。

5 試驗樁的計算參數(shù)

5.1 QELS的計算

根據(jù)計算，試驗樁有關(guān)的主要設計數(shù)據(jù)為：

ELS Quasi Permanent 狀態(tài)計算最大樁頂力：3 714 KN；

試驗樁頂最大作用力Qe=1.3QELS=1.3×3714=4 828 KN；

試驗樁頂最大豎向位移：20 mm；

試驗樁兩側(cè)3.6 m 施工錨固樁作為反力裝置時的最大容許受拉荷載為3 010 KN。

5.2 反力樁的驗證

5.2.1 樁頂拉力

靜載試驗樁樁頂壓力為4 828 KN。兩個對稱的反力樁共同承擔拉力，每個樁的拉力為4828/2=2 414 KN，驗證樁基的拉力。

5.2.2 結(jié)構(gòu)受力分析計算

反力樁采用CCTG62 分冊第五章中的計算理論[2]，樁長計算結(jié)果如下：

反力樁樁長能夠滿足要求。

5.2.3 錨固樁的驗證

5.2.3.1 反力樁材料特性[3]

6 試驗準備工作及試驗步驟

6.1 接樁

將樁頭混凝土鑿除，至露出新鮮的混凝土面，用全站儀測出樁的中心位置，并以此點為中心，接樁1.4 m。為使所接樁頭與樁身良好地連接和過度，采用直徑1.6 m的圓形模板，與樁身同標號RN27 混凝土澆筑。澆筑前，在樁的周圍墊5 cm的泡沫板使接樁的底部與地面分離，以避免地基對所接樁頭的承載作用而影響樁的試驗精度。

6.2 反力系統(tǒng)

反力系統(tǒng)由2 個反力樁、1 個加載橫梁長8 m 以及橫梁與樁的連接系統(tǒng)構(gòu)成，在開始試驗前，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)。通過測量工程師使千斤頂中心與樁中心一致。保證反力樁利用該樁相鄰錨固樁，每根錨固樁的允許抗拉強度為3 010 KN，大于實際所受拉力2 414 KN，是安全的；橫梁由鋼板焊制；橫梁采用銷軸與預埋于樁頂?shù)腻^固裝置相聯(lián)（如圖2 所示）。

圖2 反力系統(tǒng)示意

6.3 軸向力加載系統(tǒng)

加載系統(tǒng)由2 臺250t 千斤頂、對應的油表和電動油泵組成，千斤頂和油表已經(jīng)標定過并求出了線性回歸方程，根據(jù)此公式求得的各加載階段力和油表的對應值關(guān)系。為保持所施加的力的方向與樁軸重合，在千斤頂上部與加力梁接觸部位采用球形支座。加載系統(tǒng)布置如圖3 所示。

圖3 加載系統(tǒng)示意

圖4 測點布置

6.4 測量裝置

6.4.1 量測儀器

2 臺250t 千斤頂，配置球接頭使力作用于樁頂，千斤頂配置油泵供油和油表，油量的緩慢供應能夠讓操作員通過觀察按制的。4 塊百分表用于測量反力樁的位移。

6.4.2 變形測量系統(tǒng)

專用的測量系統(tǒng)就是為了測量變形，它由以下組成：（1） 試驗樁周圍呈90°設置4 塊百分表；（2） 每個反力樁在兩個不同方向設置1 塊百分表；（3） XYZ坐標測量點，在每個樁上布置一個。

測量儀器：油表和百分表分別用于千斤頂壓力讀數(shù)和位移讀數(shù)。澆筑樁帽混凝土時，按圖示相應位置預埋鐵件。

測量裝置測量的是豎向的相對位移，試驗期間支撐物有可能發(fā)生水平變形，因此，需要在試驗樁的適當位置設置一個測量點，這樣的垂直度檢查是非常必要的[4]。

6.4.3 X、Y、Z的測量

設置一個基準點，作為在加壓操作過程中測量樁的基準點。與豎向位移測量的8 塊百分表組成了水平和豎向變形的測量系統(tǒng)[5]。

增加的X、Y、Z測量點是有必要的。

每級荷載平臺都要進行樁頂?shù)腦、Y、Z的測量。

試驗期間，如百分表的支撐基礎遭到破壞，要及時修復。

固定表的基座，采用打入土壤內(nèi)的支撐物或者混凝土澆筑的，但不能出現(xiàn)變形情況。讓能夠產(chǎn)生振動的機械遠離現(xiàn)場。

6.5 試驗的實施

6.5.1 裝載- 卸載步驟

（1） 先對試樁施加10%Qe 的荷載，該施力過程需保持15 min，在此過程中，分別讀出該樁在1 min、2 min、3 min、5 min、7 min、10 min 和15 min 各時刻的位移讀數(shù)。此過程的加載和卸載過程都按制在1 min 之內(nèi)。（2） 上一個過程完成后，依次采用壓縮力為0.2Qe至Qe 分5 個平臺對試樁實施加載，每個平臺力的作用時間為1 h。采用千斤項加力時，操作手應隨時查看油表的讀數(shù)，有壓力損失時應及時補充。當頭三級荷載0.2Qe、0.4Qe、0.6Qe 持荷過程中，如果2 min 的位移量小于0.5 mm?？梢詫⑵脚_持荷時間縮短到15 min。（3）卸載時，仍以0.2Qe 為級別，按0.8→0.6→0.4→0.2Qe 的順序進行，每個平臺力的作用時間為3～5 min，并不超過5 min。如圖5 所示。

圖5 裝載- 卸載程序

6.5.2 測量

所有測量儀器歸零并記錄開始讀數(shù)，在每級荷載平臺值時，要記錄加載千斤頂油壓表讀數(shù)和樁頭周圍的百分表的垂直位移。

（1） 在加載過程中，對于每個平臺力而言，都要按以下幾個時間點來測量作用于樁頂?shù)膲毫σ约皹兜奈灰魄闆r，這幾個時間點分別是t=1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，45，50，60。（2） 在作用力為Qe 作用下樁的頂部移動的最大距離Se。（3） 在作用力為Qe 作用下，樁在1～60 min 之間移動的距離。（4） 在徹底卸載后1 h 也要測量（油壓表和百分表）。

6.5.3 試驗數(shù)據(jù)收集及記錄

及時將油表與測量的數(shù)據(jù)整理成表格形式和繪制成圖表反映。試驗樁加載圖中的坐標為通過油表反映的樁頂壓力Q0 和對應的樁頂垂直位移S0，這些最終值為4 塊百分表的垂直位移的平均值，每級荷載平臺都是從1～60 min。

實驗完成后及時提供反力樁的變形報告。

結(jié)束語

樁基受力的安全性至關(guān)重要，設計人員已設置足夠的安全度來確保其安全，但受地質(zhì)變化、施工質(zhì)量等因素的影響，需對樁基承載能力進行檢測試驗，樁基靜載試驗是運用在工程上對樁基承載能力檢測的一項成熟技術(shù)，該文中介紹了法國規(guī)范中關(guān)于樁基靜載試驗的方法，希望能夠為今后類似工程提供借鑒。