自平衡試驗在沖擊成孔灌注樁中的應用

辛 穎 延 延 郭成軍

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

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自平衡試驗在沖擊成孔灌注樁中的應用

辛 穎 延 延 郭成軍

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

針對傳統樁基檢測方法的局限性，提出了自平衡檢測法，并以某大橋工程為例，闡述了自平衡法在沖擊成孔灌注樁中的應用，指出該方法具有裝置簡單、安全、經濟等特點，應用前景十分廣闊。

自平衡檢測法，灌注樁，承載力，現場試驗

0 引言

隨著建設工程的發展，樁基礎的使用日益增多，不同類型的樁基被廣泛應用于各種工程實踐中。而樁基檢測作為樁基工程的關鍵環節，其重要性不言而喻。

1 傳統的樁基檢測方法

傳統的樁基承載力檢測方法主要包括靜載荷試驗法、動力檢測法及靜—動結合檢測法。

靜載荷試驗法按照加載裝置的不同，通常可分為堆載法、錨樁法、錨樁—堆載聯合法等。其中，單樁豎向抗壓靜載荷試驗被認為是最接近于樁基實際工況的檢測方法[1]，常常被作為標準試驗方法應用于工程中。動力檢測法是應用物體振動理論及應力波傳播原理來計算樁基承載力的一種檢測手段[2]，與靜載法相比試驗費用低廉、測試結果快速準確。靜—動法是介于靜載法與高應變動力檢測法之間的檢測技術[3]，試驗所需的反力塊較少，試驗難度較低。

在上述檢測方法中，靜載荷試驗法一般周期長、費用高、裝置設置困難，而且在一些特殊場地條件下很難應用；動力檢測法相對簡便，但試驗過程和結果往往帶有一定的經驗成分；靜—動法目前在我國還缺少系統性研究，尚未大量應用。針對上述傳統檢測方法的局限性，自平衡檢測法的思路應運而生。

2 自平衡檢測法

自平衡檢測法利用的是試樁自身反力平衡的原理[4]。試驗開始前，通過計算，在樁身某處提前埋設一種特制的荷載箱，經由外部設備對其進行加載，使荷載箱分別產生向上、向下的力并作用于試樁，從而促使荷載箱上部及下部的樁體各自發生位移，并分別激發出周圍土體向下的樁側摩阻力及向上的樁側摩阻力和樁端阻力，通過位移棒和與其相連的位移傳感器，測得上、下樁段的反力大小，由此可獲得樁基上、下樁段的荷載、位移、時間關系曲線，通過對試驗數據的處理和轉換，即可得出單樁的極限承載力[5]。

自平衡檢測法與傳統方法相比，試驗裝置相對簡單、持續時間較短、成本更低，同時具有較強的場地適應性，能夠適用于更多環境條件復雜的樁基檢測工程，在安全性、技術性、經濟性等方面都具有極大的優越性[6]。其試驗原理如圖1所示。

3 工程應用

3.1 工程概況

蘭州市某大橋工程位于市城關區，橋梁全長約569 m。其中，主橋長約310 m，北側引橋長約149 m，主要梁型為鋼筋混凝土連續梁。

本工程采用沖擊成孔混凝土灌注樁群樁—承臺基礎，以中風化含礫砂巖層為樁端持力層，樁身混凝土設計采用水下C30。本次選取2根樁進行自平衡現場試驗，驗證單樁極限承載力是否滿足設計要求。各試樁參數為：1號檢測樁：樁徑1.8 m，樁長約49 m，計算出的荷載箱埋設位置在樁端向上約12 m，設計要求承載力試驗的最大加荷量為28 000 kN；2號檢測樁：樁徑1.5 m，樁長約20 m，計算出的荷載箱埋設位置在樁端向上約1.5 m，設計要求承載力試驗的最大加荷量為9 000 kN。

3.2 工程地質條件

根據相關工程地質勘察報告可知，本工程場地地貌單元屬黃河北岸Ⅱ級階地前緣，地形起伏較大，整體上西北高、東南低。試樁處各土層分布為：①雜填土：層厚4.9 m～6.1 m；②卵石：層厚2.3 m～6.2 m；③強風化含礫砂巖：揭露層厚3.4 m～3.5 m；④中風化含礫砂巖：本次勘察未揭穿，揭露最大層厚為64.2 m。

3.3 現場試驗

根據上述計算出的位置埋設荷載箱，進行自平衡現場試驗。整個試驗采用慢速載荷維持法進行加載，加載共分10級，首級加載按兩倍分級荷載進行。1號樁每級加載值為1 400 kN(首級2 800 kN)；2號樁每級加載值為450 kN(首級900 kN)。

3.4 試驗結果與分析

1)試驗結果。該工程采用樁基自平衡法對沖擊成孔灌注樁進行單樁承載力檢測，整個過程按照相應測試規程正常完成。由現場數據采集系統測得1號、2號試樁的向上、向下荷載、位移、時間關系曲線如圖2所示。

由圖2可知：a.1號檢測樁：在加載到第10級荷載14 000 kN時，下段樁向下Q—S曲線呈緩變型、S—lgt曲線呈平直型，上段樁向上U—δ曲線呈緩變型、δ—lgt曲線呈平直型。向上位移有明顯增大的趨勢，向下位移走勢平穩，考慮到該試樁為工程樁且已達到設計加載要求，決定終止加載并開始卸載，取14 000 kN為最終加載值。試驗過程中試樁向下最大位移量為13.66 mm，向上最大位移量為37.53 mm。b.2號檢測樁：在加載到第10級荷載4 500 kN 時，下段樁向下Q—S曲線呈緩變型、S—lgt曲線呈平直型，上段樁向上U—δ曲線呈緩變型、δ—lgt曲線呈平直型。上下位移走勢均趨于穩定，故終止加載并開始卸載。取4 500 kN為最終加載值。試驗過程中試樁向下最大位移量為10.68 mm，向上最大位移量為4.42 mm。

2)計算分析。依據該工程地質報告及實測數據特征，根據JT/T 738—2009基樁靜載試驗 自平衡法的規定，綜合考慮荷載箱的上部樁土修正系數γ取0.8，則各檢測樁的單樁豎向抗壓極限承載力為[7]：

1號檢測樁：

2號檢測樁：

經上述實測數據及計算分析可知，該工程選取的1號、2號試樁的單樁極限承載力分別為28 670 kN，9 140 kN，均滿足設計要求，說明自平衡法對于沖擊成孔混凝土灌注樁是適用的。

4 結語

自平衡檢測法作為一種新興的檢測手段，能夠彌補傳統檢測方法的不足，應用前景十分廣泛。采用該法測定的沖擊成孔混凝土灌注樁單樁極限承載力，能夠滿足設計規范要求，這為進一步研究西北地區不同地質條件及樁基工況下自平衡法的適用性提供了實踐參考。

[1] 丁忠岳,俞伯華.基樁三種試驗方法的作用、判定與應用[J].建筑工人,2002(2):25-26.

[2] 邱方勝.建筑工程樁基檢測技術漫談[J].建筑工程技術與設計,2014(15):61-62.

[3] 周明星,程寶輝.橋梁基樁豎向承載力檢測技術發展現狀及展望[J].橋梁建設,2009(A2):1-6.

[4] 戴國亮,龔維明,薛國亞，等.自平衡測試技術在國內橋梁樁基檢測中的應用實例[J].公路,2005(12):11-16.

[5] 龔維明,戴國亮.樁承載力自平衡測試理論與實踐[J].建筑結構學報,2002,23(1):82-88.

[6] 朱順濤.區域平衡法自平衡載荷試驗的研究[D].武漢：武漢理工大學,2011.

[7] 徐 勇.樁基自平衡試樁法的理論分析及工程應用研究[D].長沙：中南大學,2011.

On application of self-balance test in cast-in-situ bored pile

Xin Ying Yan Yan Guo Chengjun

(Xi’an Research Institute, CCTEG, Xi’an 710077, China)

According to the limitation of the traditional pile foundation monitoring methods, the paper points out the self-balance monitoring method, illustrates its application in the cast-in-situ bored pile by taking some bridge project as the example, and points out the method is safe and money-saving with simple equipment, so it has broader application future.

self-balance test method, bored pile, loading capacity, site test

1009-6825(2017)08-0088-02

2016-12-23

辛 穎(1988- ),女，助理工程師

TU473

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