自平衡法在基樁檢測中的應用淺析

李光旭

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550000)

自平衡法在基樁檢測中的應用淺析

李光旭

(貴州省交通規劃勘察設計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，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用。

關鍵詞自平衡法極限承載力側阻力端阻力

隨著我國經濟建設的蓬勃發展，一些大型、特大型公路、鐵路橋梁相繼建成，橋梁的數量和總重量急劇增加，對地基基礎的要求越來越高。由于基樁的承載力噸位數越來越大，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、高應變測樁法、模擬試驗法等。這幾種方法已經在大量的工程中得到應用，并取得了一定的成果。但傳統的靜荷載試驗(包括錨樁法、堆載法，以及錨樁-堆載法)需專門的反力系統，無論采用錨樁法還是堆載法，均存在著反力架巨大、試驗準備時間長、工程量大、試驗費用高的缺點，而且對試驗場地要求苛刻。尤其是對于大噸位數的基樁，傳統的靜荷載試驗難以實施。自平衡法做為一種新興的單樁承載力測試技術，顯示出極大的優越性：①裝置較簡單，不需構筑笨重的反力架，試樁準備工作省時省力；②試驗費用??；③試驗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特制的加載用荷載箱，它需根據樁的類型、截面尺寸及荷載的大小來制作。試驗時，從樁頂通過高壓油泵向荷載箱內施加壓力。隨著壓力的增大，荷載箱上下分離，從而調動樁身側摩阻力及端阻力，直至達到樁承載力極限狀態，其測試原理見圖1。荷載箱埋設于樁身平衡點處，即荷載箱上、下段樁承載力相等處。

表6　試驗截面跳車沖擊系數

5結論

(1) 在靜力試驗測試中，結構剛度及強度均滿足要求；動力試驗測試中，結構自振特性及外界激振測試結果均在合理范圍之內。

(2) 試驗中測點位置、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工作提供建議。

參考文獻

[1]陶舍輝.多梁式連續斜交箱梁橋的靜動力特性分析及試驗研究[D].杭州：浙江大學，2005.

[2]JTJ021-89公路橋涵通用設計規范[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定規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]項海帆.高等橋梁結構理論[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，可根據讀數繪出相應的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”，根據2條Q-S曲線及相應的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　自平衡法試驗示意圖

2工程案例

現以某渡槽中拱座7號基樁的單樁自平衡法荷載試驗為例，探討自平衡法在大噸位基樁極限承載力檢測中的應用。

7號基樁為沖孔樁，設計樁徑1.8 m、樁長22 m，單樁承載力為19 000 kN。該基樁地質情況為：0～3 m為土層及全風化覆蓋層，3～6 m為強風化泥質灰巖，6～22 m為中風化泥質灰巖。在試驗前該基樁樁身完整性經聲波透射法檢測，完整性評定為I類[2]。

依據地勘資料，該樁地質情況為：0～3 m為土層，3～6 m為強風化泥質灰巖，6～22 m為中風化泥質灰巖。根據各巖土層極限側阻力標準值計算，本次荷載箱的埋設位置位于距樁頂16 m處。試驗設備安裝見圖2。

圖2　自平衡法試驗設備安裝示意圖

此次自平衡法試驗取安全系數為2進行加載試驗，試驗最大加載值為38 000 kN。加載過程共分10級，卸載分5級。在試樁加至第3級荷載(2×5 700 kN)時，上段樁位移42.35 mm，下段樁位移23.92 mm，且無法穩定。具體位移值和鋼筋應力計變化值見表1和表2。

表1　荷載箱上、下位移值及樁頂位移值

表2　壓縮鋼筋應力計變化值

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

3試驗結果分析

取第2級荷載下各樁身壓縮鋼筋應力計讀數計算樁基主筋軸向應力，進而計算樁側巖土體極限側阻力壓強值。計算結果見表3。

表3　第2級荷載作用下試樁各土(巖)層摩阻力

①基樁側阻力為：

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查地質勘查報告，持力層弱風化白云質灰巖的允許承載力壓強值為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級荷載(2×3 800 kN)為極限加載值，該基樁實測極限側阻力值為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。

故該基樁極限側阻力遠遠低于理論值，其極限承載力不滿足設計要求。對該拱座的基樁需進行加固處理，如樁端加固或樁側周加固，以提高基樁及整個拱座的承載力。

4結語

該樁所在的承臺所有樁基均進行了樁端加固處理，以提高承臺的承載力。此次試驗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營造成的安全隱患，有效地提高了工程檢測質量。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阻力的發揮狀態，且對施工影響較小，同時可以修正地勘資料，指導設計參數。盡管自平衡法有一些疑點問題，如試驗前平衡點位置的計算和試驗后的注漿補強措施等[3]，但與傳統的靜載試驗方法相比顯示出了很大的優越性，尤其在大噸位基樁承載力的檢測中將發揮越來越大的作用。

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

[2]JGJ106-2003建筑基樁檢測技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2003.

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

收稿日期：2014-09-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.002