基于自平衡試樁法的灌注樁承載力檢測應(yīng)用研究

于 賓，于 朋

（1.中國水利水電第十三工程局有限公司，天津 300384；2.山東海逸恒安項(xiàng)目管理有限公司，濟(jì)南 250011）

基于自平衡試樁法的灌注樁承載力檢測應(yīng)用研究

于 賓1，于 朋2

（1.中國水利水電第十三工程局有限公司，天津 300384；2.山東海逸恒安項(xiàng)目管理有限公司，濟(jì)南 250011）

探討采用自平衡試樁法對承載大噸位、大直徑、超長的灌注樁進(jìn)行單樁豎向承載力檢測的可行性。以南水北調(diào)中線工程磁縣段二標(biāo)滏陽河渡槽3號墩臺8號灌注樁的單樁承載力檢測為例，結(jié)合相關(guān)規(guī)范規(guī)程與自平衡測樁法檢測原理，根據(jù)讀數(shù)繪出向上向下的Q-s曲線及相應(yīng)的s-lgt、s-logQ曲線，分別求得荷載箱上段樁及下段樁的極限承載力，將上段樁極限承載力經(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。結(jié)果表明：采用自平衡法測試技術(shù)不僅可短時間內(nèi)測出樁身的樁基側(cè)阻力，而且此裝置較簡單，不占用場地，可多根同時檢測，試樁準(zhǔn)備工作省時、省力、安全，試驗(yàn)費(fèi)用省，特別是在狹窄場地試樁、基坑底試樁等方面優(yōu)勢突出，是傳統(tǒng)試樁法難以實(shí)現(xiàn)的。

自平衡試樁法；鉆孔灌注樁；單樁承載力計算

1 工程概況

南水北調(diào)中線工程磁縣段二標(biāo)滏陽河渡槽工程基礎(chǔ)采用灌注樁，樁頂與承臺固接，承臺下設(shè)2排樁，每排8根，樁徑1.5m，樁間距為4.0m，排距為4.4m；中墩樁長42.0m，邊墩樁長35.0m。渡槽灌注樁采用旋挖鉆鉆孔，要求單樁豎向承載力特征值不少于10000kN（中墩）。根據(jù)設(shè)計要求，墩身樁基施工前，需對指定3根試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁豎向承載力靜載試驗(yàn)，以確認(rèn)基樁的承載力特征值和沉降量，以指導(dǎo)其他樁基樁長的確定。

2 檢測原理

自平衡測樁法[2]是接近于豎向抗壓樁實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法，其加載設(shè)備采用荷載箱，它與鋼筋籠連接后安裝在樁身下部，并將高壓油管和位移桿一起引到地面。試驗(yàn)時，從樁頂通過高壓油管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱頂與箱底被推開，產(chǎn)生向上與向下的推力，從而調(diào)動樁周土的側(cè)阻力與端阻力，直至破壞。將樁側(cè)土摩阻力與樁端土阻力迭加而得到單樁極限承載力。荷載箱的埋設(shè)位置，是根據(jù)地質(zhì)勘測報告，進(jìn)行計算后確定的。其原則是：荷載箱放在樁身平衡點(diǎn)處，使上、下段樁的承載力相等以維持加載。自平衡測樁法的主要裝置是一種經(jīng)特別設(shè)計可用于加載的荷載箱，蓋上布置位移棒，將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆搗混凝土成樁。荷載箱是本測試法的關(guān)鍵設(shè)備，測試前埋入樁的位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖和專門的規(guī)范要求經(jīng)計算確定。試驗(yàn)時（圖1所示），在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發(fā)生變位，促使樁側(cè)阻力及樁端阻力的發(fā)揮。由于加載裝置簡單，多根樁可同時進(jìn)行測試，荷載箱中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)向上向下的Q-s曲 線 及 相 應(yīng) 的 s-lgt、slogQ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。

2.1 儀器設(shè)備

圖1 樁承載力自平衡試驗(yàn)示意圖

試樁采用1個環(huán)形荷載箱，行程20cm，其加載值的率定曲線由計量部門標(biāo)定，荷載箱的埋設(shè)位置根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料確定。高壓油泵：最大加壓值為60MPa，壓力表精度為每小格0.4MPa，其壓力表亦由計量部門標(biāo)定。量程50mm（可調(diào)）每樁6只，通過磁性表座固定在基準(zhǔn)鋼梁上，2只用于量測樁身荷載箱處的向上位移，2只用于量測樁身荷載箱處的向下位移，2只用于量測樁頂向上位移，由計量部門標(biāo)定。

2.2 試驗(yàn)樁施工要求

（1）地面上綁扎和焊接鋼筋籠，位移管連接用套筒圍焊，確保護(hù)管不滲泥漿。

（2）荷載箱應(yīng)立放在平整地上，吊車將上節(jié)鋼筋籠（外鋼管）吊起與荷載箱上頂板焊接（所有主筋圍焊，并確保鋼筋籠與荷載箱起吊時不會脫離）保證鋼筋籠與荷載箱在同一水平線上，再點(diǎn)焊喇叭筋，喇叭筋上端與主筋，下端與內(nèi)圓邊緣點(diǎn)焊，保證荷載箱水平度小于1%；然后荷載箱下底板與下節(jié)鋼筋籠連接，焊接下喇叭筋。

（3）試驗(yàn)樁混凝土標(biāo)高按設(shè)計要求，導(dǎo)管通過荷載箱到達(dá)樁端澆搗混凝土，當(dāng)混凝土接近荷載箱時，拔導(dǎo)管速度應(yīng)放慢，當(dāng)荷載箱上部混凝土高度大于2.5m時導(dǎo)管底端方可拔過荷載箱，澆混凝土至設(shè)計樁頂；荷載箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。

（4）灌注混凝土?xí)r，要求制作一定量的混凝土試塊，待測試時作混凝土強(qiáng)度、彈性模量試驗(yàn)。測試期間應(yīng)保證不間斷供電，試驗(yàn)樁周圍10m內(nèi)不得有較大的振動。

3 前期準(zhǔn)備

3.1 儀器、設(shè)備測試元件的鑒定與標(biāo)定

3.1.1 加載系統(tǒng)（電動油泵、高壓油管、荷載箱等）

加載前由省計量部門進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定后，由生產(chǎn)廠家進(jìn)行系統(tǒng)試壓，以確保試驗(yàn)荷載的準(zhǔn)確性。

3.1.2 測試儀器的標(biāo)定

所有設(shè)備（電子表、壓力表、長距離位移傳感器）由省級計量標(biāo)準(zhǔn)站在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試、標(biāo)定。

3.2 前期試驗(yàn)樁準(zhǔn)備

3.2.1 檢索

檢查混凝土試塊強(qiáng)度、檢查樁身完整性及荷載箱埋設(shè)情況；測試時間在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求70%的前提下進(jìn)行，也可參照J(rèn)GJ106—2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：對于砂土不少于10d，對于粘性土和粉土不少于15d，對于淤泥及淤泥質(zhì)土不少于25d。

3.2.2 清理樁頭和試驗(yàn)場地

人工清理樁頭，同時清理出檢測元件，包括聲測管、位移監(jiān)測桿和高壓油管。清理過程中確保各檢測元件的安全。清理完成后開挖并平整試驗(yàn)場地，保證有至少5m×5m的試驗(yàn)平臺，試驗(yàn)平臺應(yīng)低于位移監(jiān)測桿端以下30cm。

3.2.3 處理檢測元件并架設(shè)基準(zhǔn)梁

清理完試驗(yàn)場地后將各個位移監(jiān)測點(diǎn)焊接好并保護(hù)起來。在試驗(yàn)樁兩側(cè)用工字鋼架設(shè)基準(zhǔn)樁，基準(zhǔn)樁至少離試驗(yàn)樁中心4m以上且打入地表1.5m以下，基準(zhǔn)樁完成之后用工字鋼架設(shè)基準(zhǔn)梁。

3.2.4 搭設(shè)工棚并引入電源

用腳手架以試樁為中心搭設(shè)6m×6m×2m的試驗(yàn)棚，并用防雨篷布遮蓋。要求能四面擋風(fēng)，上部擋雨。試驗(yàn)棚搭設(shè)完畢之后在試驗(yàn)前將電源引入試驗(yàn)棚內(nèi)，并檢查荷載箱是否正常工作，儀器初調(diào)。

4 過程分析

4.1 樁基承載力計算[3-8]

按照設(shè)計單位提供樁基設(shè)計承載力要求與地勘資料進(jìn)行樁基極限承載力分析，按自平衡法試樁理論進(jìn)行計算，確定平衡點(diǎn)及試驗(yàn)荷載值。以滏陽河渡槽3號墩臺8號灌注樁為例計算荷載箱埋深位置：3～8號試驗(yàn)樁為摩擦樁，樁長42m，樁頂位于地面以下7.3m Q3al+pl卵石層，樁身穿過Q3al+pl卵石層、Nfgl+l粉細(xì)沙層與Nfgl+l粘土巖層等地層，樁端持力層為Nfgl+l粘土巖層。根據(jù)自平衡測樁法的原理，荷載箱埋設(shè)深度計算步驟為：根據(jù)地質(zhì)勘查報告進(jìn)行單樁極限承載力驗(yàn)算，再根據(jù)單樁特點(diǎn)計算平衡點(diǎn)。3～8號試驗(yàn)樁樁基承載力極限值計算見表1。為保證單樁加載達(dá)到設(shè)計要求的2000t，設(shè)計荷載箱位置時，充分考慮了各種土層承載力發(fā)揮特性并出于保護(hù)基樁安全的目的，設(shè)計荷載箱埋設(shè)于粘土巖層中的43.375m高程處。3～8號試驗(yàn)樁上、下段樁的反力計算詳見表2，3。

表1 3～8號試驗(yàn)樁樁基承載力極限值計算

表2 3～8號試驗(yàn)樁上段樁的反力計算

表3 3～8號試驗(yàn)樁下段樁的反力計算

經(jīng)過計算可得，上部反力可達(dá)到8876.47kN，下部反力可達(dá)到8872.46kN。在此計算過程中，卵石層的極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值取自類似工程經(jīng)驗(yàn)的保守值，也充分考慮了上部摩阻力的發(fā)揮，進(jìn)行了足夠的折減，保證了基樁和試驗(yàn)安全。

4.2 試驗(yàn)要求

（1）試樁每次加載分10級，卸載分5級進(jìn)行。加（卸）載第一級均可取預(yù)設(shè)加載量的20%。

（2）加載量測：每級加載后在第1h內(nèi)應(yīng)在5、15、30、45、60min分別測讀1次，以后每隔30min測讀1次。卸載量測：每級荷載卸載后，應(yīng)觀測樁頂?shù)幕貜椓浚^測辦法與加載相同。卸載到零后，至少在2h內(nèi)每30min觀測1次。

（3）每級加載下沉量，在最后30min不大于0.1mm時即可認(rèn)為穩(wěn)定。

（4）當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時，可終止加載：某級荷載作用下，位移桿位移大于前一級荷載作用下位移的5倍；某級荷載作用下，位移桿位移大于前一級荷載作用下位移的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；已達(dá)到設(shè)計要求的最大加載量，或者累計行程超過荷載箱極限；當(dāng)荷載—位移曲線呈緩變型時，上段樁累計位移量超過100mm；下段樁累計位移量超過60mm。

4.3 檢測數(shù)據(jù)分析

對樁長為42m，樁徑為1500mm的3～8號試驗(yàn)樁于2011年3月1日進(jìn)行累計荷載試驗(yàn)，得到累計荷載上、下位移值（見表4），并繪制荷載—位移（Q-s）曲線（見圖2）、位移—時間對數(shù)（s-lgt）曲線（見圖3）與位移—荷載對數(shù)（s-lgQ）曲線（見圖4）。

3～8號基樁試驗(yàn)過程中加載至9000kN時，向上總位移量為15.66mm，Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規(guī)則排列；因此向上極限承載力大于等于9000kN。向下為總位移量11.31mm，Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規(guī)則排列；因此向上極限承載力大于等于9000kN。根據(jù)自平衡靜載試驗(yàn)單樁豎向抗壓極限承載力計算公式

對于粘性土、粉土γ=0.8

對于砂土 γ=0.7

對于巖石 γ=1.0

扣除樁自重，反算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Qu≥20191kN，滿足設(shè)計要求。

表4 3～8號試驗(yàn)樁累計荷載作用下的上、下位移值 單位：mm

圖2 荷載—位移（Q-s）曲線

圖3 位移—時間對數(shù)（s-lgt）曲線

圖4 位移—荷載對數(shù)（s-lgQ）曲線

4.4 試驗(yàn)完成后的樁身加固處理

測試完成后，需要對試驗(yàn)樁進(jìn)行加固處理以確保基樁的安全使用。根據(jù)基樁情況，首先用有壓水對試驗(yàn)抗裂隙進(jìn)行清洗處理，清洗完畢后采用專業(yè)灌漿設(shè)備及機(jī)具，漿液通過樁身上的位移桿保護(hù)管壓入樁中，漿液在高壓作用下滲入荷載箱裂隙及樁周空隙，通過灌漿，樁身完整性及樁身混凝土物理力學(xué)性質(zhì)得以改善。一般來說，漿液很難形成原設(shè)計樁型的柱狀體，但能在一定程度上改善樁身的受力性能。

5 結(jié)語

南水北調(diào)工程磁縣段二標(biāo)采用自平衡法測試技術(shù)測出了基樁側(cè)阻力，這是傳統(tǒng)靜載方法無法做到的，同時，此裝置較簡單，不占用場地，不需要運(yùn)入數(shù)百噸或數(shù)千噸物料，該方法可多根試驗(yàn)樁同時檢測，試樁準(zhǔn)備工作省時、省力、安全；試驗(yàn)費(fèi)用省，盡管荷載箱為一次性投入器件，但與傳統(tǒng)方法相比可節(jié)省試驗(yàn)總費(fèi)用一半以上，特別是在狹窄場地試樁、基坑底試樁等方面具有獨(dú)特優(yōu)越性。

［1］張志斌.基樁靜載試驗(yàn)綜述［J］.山西建筑，2010，36（34）：88-89.

［2］龔成中，何春林，洪靜.基于自平衡技術(shù)雙荷載箱測試方法應(yīng)用分析［J］.建筑科學(xué)，2010，26（9）：75-78.

［3］ JGJ94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ JGJ106—2003,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］ JTG/TF81-01—2004,公路工程動測技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］ JT/T738—2009,基樁靜載試驗(yàn)自平衡法［S］.

［7］dBJ/T 14-055—2009,基樁承載力自平衡檢測技術(shù)規(guī)程［S］.

［8］dB32/T291—1999,樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程［S］.

Application and Research of Pile Bearing Capacity based on Self-balancing Test Piles

YU Bin1，YU Peng2
(1.Sinohydro Bureau13Co.,LTD,Tianjin300384,China；2.Shandong L&A Project Managemengt CO.，LTD，Jinan250011,China)

Discussion on the feasibility of large tonnage,large diameter,long pile of vertical bearing capacity test based on self-balanced load test piles.Taking the Fuyang river aqueduct piers 3,No.8 of Cixian’sⅡbid section of the South-to-North Water Transfer Project middle line as an example.According to the related codes and detection of self-balancing principle of testing pile,reading down theQ-scurve and the correspondings-lgt,s-logQcurve,ultimating load cases obtained of upper and lower pile.The upper pile ultimate bearing capacity by a certain treatment and add the following paragraph is the ultimate bearing capacity of pile ultimate bearing capacity of pile.The results showed that the selfbalancing test piles can not only measure the short pile of the pile side resistance,and this device is relatively simple,do not take up space,can simultaneously detect multiple,test pile preparation time,effort,security,test cost province,especially in the narrow field test piles,test pile foundation at the end so obvious advantages,which is difficult to achieve by the traditional test pile.

self-balancing test piles;drilling pile;calculation of pile capacity

TV223.2+1；TV522

A

1672-9900（2011）03-0075-04

2011-03-23

于賓（1981—），男（漢族），山東臨沂人，助理工程師，主要從事水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目管理工作，（Tel）15630066165。