自平衡法靜載試驗在大管樁樁基檢測中的應用

孫康星

摘 要：通過技術創新，將自平衡法靜載試驗引入大管樁檢測中，在后張法大管樁管節中加裝荷載箱，采用自平衡法靜載試驗對大管樁進行極限承載力檢測。在節省資金、縮短工期的同時，取得了可靠的檢測結果。同時總結了自平衡法靜載試驗在大管樁極限承載力檢測中應用原理及試驗樁的制作方法，對后續預制混凝土管樁樁基檢測有較強的借鑒作用。

關鍵詞：技術創新 大管樁檢測 自平衡法 靜載試驗

1.引言

濱州港海港港區 6#、7#泊位工程，本工程新建 2 個 5 萬噸級油品泊位，水工建筑物主要包括碼頭平臺及引橋等。本工程碼頭平臺和引橋采用高樁梁板結構，碼頭平臺基樁為？1200后張法預應力混凝土大管樁，引橋基樁為？1200 大管樁和？1200鉆孔灌注樁，其中？1200 大管樁采用水上錘擊沉樁施工工藝。

本工程共計選做2根試驗樁，原設計為錨樁法靜載試驗，為降低成本，縮短工期，提出采用自平衡法靜載試驗。自平衡法靜載試驗在鉆孔灌注樁施工上較為常用，大管樁采用該種方法進行檢測還沒有過先例。從試驗樁制作到沉樁控制再到試驗檢測，都經過了多次調整。尤其是后張法大管樁管節均為預制成品，在成品管節上加裝荷載箱較為困難。最終采取雙向法蘭對接的方式對荷載箱進行固定。檢測結果顯示，通過該種檢測方法進行大管樁極限承載力檢測是可行的，在節省資金及工期的同時，取得了較好的檢測效果。

2.課題研究內容

2.1試驗樁樁基檢測方案比選

為了即滿足設計要求，又降低成本，縮短工期，經過充分討論，并與設計及檢測單位多次溝通，最終確定選用自平衡法靜載試驗進行樁基檢測。

2.2自平衡法靜載試驗工藝原理

自平衡法是接近于豎向抗壓（拔）樁的實際工作條件的試驗方法。把荷載箱預先放置在樁身平衡點位置。將高壓油管和位移桿引到平臺，由高壓油泵在平臺上向荷載箱充油加載，荷載箱將力傳遞到樁身，其上部樁側極限摩阻力及自重與下部樁側極限摩阻力及極限樁端阻力相平衡來維持荷載，從而獲得樁的極限承載力。

2.3工藝流程

試驗樁制作→試驗樁運輸→試驗樁沉樁→樁基檢測→數據分析

2.4操作要點

2.4.1試樁制作

該工程樁基采用D1200B32-2型后張法預應力混凝土大管樁，試驗樁采用樁頂管節、標準管節、荷載箱拼接段管節、樁端管節拼、鋼樁靴組成。

（1）荷載箱制作

荷載箱根據試樁承載力要求自行設計，本工程試驗樁選擇的荷載箱由4個1500KN千斤頂、8個實心鋼墊塊以及4個帶套筒鋼墊塊組成，千斤頂外徑240mm，內徑200mm，墊塊高度高于千斤頂2-3mm，上下加蓋法蘭盤。

（2）荷載箱與標準段拼接

荷載箱與標準管節拼接是試驗樁制作難點。后張法預應力大管樁均為成品管節，箱體與管節間無固定連接點。自行設計2個對接法蘭，與上部管體相連接的法蘭，上端預留穿線孔，并安裝固定錨，下端與荷載箱焊接；與下部管體連接的法蘭，上端與荷載箱焊接，下端預留穿線孔，安裝活動錨并預留灌漿孔。

（3）樁靴制作及拼接

本工程試驗樁樁靴也進行了兩處優化，其一，該樁靴由2部分組成，尖端采用錐形設計，頂端采用常規鋼管預留穿線孔及固定錨方式，同時管壁四周增加坡土肋板。其二，該樁靴還采用封閉式錐體形式，主要目的是確保檢測設備完整。

（4）管節分段拼接張拉

各型號管節在張拉線上通過找平小車在拼裝線上逐段拼接，拼接完成后，進行鋼絞線穿設、張拉。鋼絞線張拉過程中對稱同步進行，分2次進行張拉，張拉控制應力不得大于設計張力3%。張拉完成后進行預留孔道灌漿，灌漿強度達到80%進行活動錨拆除、樁頂打磨處理等。

2.4.2試驗樁沉樁

打樁船、運樁船定位完成后，起吊試驗樁。立樁完成后，打樁船調整好自身姿態后進行下樁。當荷載箱到達水面位置，將上下法蘭盤固定肋板及、固定螺栓全部切斷，并進行荷載箱外包鋼板的焊接，避免沉設過程中進入異物。隨后再次校核樁位后正常沉樁。

2.4.3現場試驗檢測

（1）千斤頂標定

本工程荷載箱采用的千斤頂經標定，油壓表數讀值與對應壓力值存在1：30的線性關系。極限加壓值50MPa對應的壓力值為1500kN。在加壓過程中，油壓表讀數對應的壓力為千斤頂實際輸出值。本荷載箱極限壓力輸出值為6000kN，則荷載箱對應輸出壓力值為雙向12000kN。

（2）傳感器安裝

位移傳感器：傳感器采用位移百分表，分辨率優于0.01mm。確?；鶞柿汉蛫A具不受其他因素影響，避免發生豎向位移。

（3）現場樁基檢測

加卸載現場檢測采用20 m長？200mm鋼管打入試驗樁周圍，搭設5*5m鋼木混合平臺，確保平臺穩固，且滿足設備安放。

本次試樁共分14級加載，每級加載量應為預估最大加載量（8400kN）的1/14，每級荷載為雙向600kN，第一級按兩倍（雙向1200kN）加載。連續加載，且每級荷載在維荷過程中的變化幅度不得超過分級荷載的10%，即不超過60kN，本次試樁為破壞性試驗，故無法進行卸載。

（4）位移觀測和穩定標準

①采用慢速維持荷載法，每級加卸載后第一小時內，在第5min、10min、15min、30min、45min、60min測讀位移，以后每隔30min測讀一次，達到相對穩定后方可加（卸）下一級荷載，荷載到零后應至少觀測2h，測讀時間間隔同加載；

②每級加（卸）載的向上向下位移量在最后30min內均不大于0.1mm：

（5）終止加載條件及極限加載值

向上、向下兩個方向應分別判定和取值，平衡狀態下兩個方向都應達到終止加載條件再終止加載本次試樁總位移量大于或等于40mm，且本級荷載的位移量大于或等于前一級荷載的位移量的5倍時，加載終止，取此終止時的荷載小一級的荷載為極限加載值，1#試樁極限加載值為7800kN，2#試樁極限加載值為6600kN。

2.4.4試驗檢測數據及分析

（1）1#試樁檢測結果

①自平衡靜載試驗測試結果

本試驗過程中，雙向加載至8400kN時，1#試樁破壞，破壞形式為a類，根據規范要求，取7800kN為極限加載值。

對于1#試樁，根據勘察報告中對應的鉆孔柱狀圖，試樁修正系數取0.78，荷載箱上部樁身自重取40t，最終計算試樁單樁承載力極限值為838噸。

1#試樁檢測結果表明，樁底荷載為3378kN，樁側摩阻力為5002 kN，總承載力為8380kN。

②高應變檢測結果

高應變初打復打測試結果見表1。

（2）2#試樁檢測結果

①自平衡靜載試驗測試結果

該樁試驗過程中，雙向加載至7200kN時，2#試樁破壞，破壞形式為a類，根據規范要求，取6600kN為極限加載值。

對于2#試樁，根據勘察報告中對應的鉆孔柱狀圖，試樁修正系數取0.78，荷載箱上部樁身自重取40t，最終計算試樁單樁承載力極限值為701.7噸。

2#試樁檢測結果表明，樁底荷載為2498kN，樁側摩阻力為4519 kN，總承載力為7017 kN。

②高應變檢測結果

高應變初打復打測試結果見表2。

（3）檢測結果分析

根據《水運工程地基基礎試驗檢測技術規程》JTS 237-2017規定，本次試樁取兩次平均值作為單樁軸向抗壓極限承載力標準值。本工程單樁軸向抗壓極限承載力標準值為7698.5 kN。試驗檢測數據表明，靜載試驗結果與高應變動測（復打測試）結果基本一致。說明采用自平衡法靜載試驗檢測大管樁軸向抗壓極限承載力是可行的，檢測數據是可靠的。

3.工藝實施效果

3.1依托工程的實施效果

3.1.1創新點

（1）鋼墊塊的使用，對千斤頂保護起到決定性作用

荷載箱鋼墊塊的使用，對沉樁過程中千斤頂的保護起到了決定性作用。墊塊高于千斤頂頂面2-3mm，在沉樁過程中通過鋼墊塊將豎向力傳導至底端管節，千斤頂在沉樁過程中不受任何影響，這項舉措也是與荷載箱在灌注樁靜載檢測應用中的不同之處。

（2）套筒墊塊的應用

本荷載箱除了8個半固定鋼墊塊之外，還對稱增加了4個帶活塞套筒鋼墊塊，在試驗加載過程中起到限制上、下端樁體水平位移作用。

（3）外包鋼板的使用

外包鋼板的使用對荷載箱中精密部件的保護起到了關鍵作用。

（4）鋼樁靴的優化設計

封閉式鋼樁靴的優化，增加了管樁的破土能力的同時，對荷載箱內部結構及精密傳感器保護起到至關重要的作用。

3.1.2實施效果

自平衡法靜載試驗在大管樁中的應用尚屬首次，該種檢測方式使得荷載箱專利技術在大管樁極限承載力檢測中得到有效的應用。同時經過研究探索，有效解決了荷載箱與大管樁管節的拼裝問題?，F場檢測平臺搭設簡易，檢測手段簡單，耗時短，節省大量檢測設備倒運費、沉樁船機費及人工費用。

通過試驗結果顯示，該種方法檢測效果可靠。得到檢測及設計單位的一致認可。較錨樁法靜載試驗節省資金約161.8萬元。同時總結了自平衡法靜載試驗在大管樁樁基檢測中的檢測方法。對類似工程有較強借鑒作用。

3.2試驗中的經驗教訓

3.2.1固定螺栓的應用

荷載箱上下法蘭通過？12螺桿固定連接，固定螺栓下端與法蘭焊接，上端穿過上盤用螺帽上緊固定。起到抗拉作用的同時，也解決了立樁后，固定棒切割后，荷載箱上下兩段管節連接問題。固定螺栓在試驗檢測過程中一級荷載加載完畢，即可自動斷開，在沉樁過程中，對上下兩段管節連接也起到了決定性作用。

3.2.2導向限位板的有效應用

導向限位板插入上下管節法蘭后即可直接進行焊接作業，極大的提高了荷載箱安裝精度及安裝效率。

4.效益評估

采用自平衡法替代錨樁法靜載試驗對試樁進行極限承載力檢測，極大提高了試樁檢測效率，并大幅度降低現場工作量。常規錨樁法檢測平臺搭設每個試樁至少需要5天時間，需要大量船機設備及人工配合。相比之下，自平衡法檢測平臺要求簡單，搭設簡易，每根試樁平臺搭設1天即可全部完成。經與類似項目——東營某港所采用的錨樁法對比，節約成本161.8萬元。

5.結語

自平衡法靜載試驗在灌注樁承載力檢測中較為普遍，但在大管樁軸向承載力檢測中尚無先例。本文通過試樁制作過程以及自平衡法靜載試驗應用原理的闡述，并通過高應變動力檢測對結果的校核，充分說明了檢測方法的可行性，以及結果的可靠性。同時，通過兩種檢測方式成本對比，也充分體現出了自平衡法靜載試驗較大的成本優勢。此種檢測方法試驗裝置簡單，安全隱患少，占用空間小。在大噸位靜載試驗、海上樁基檢測以及市中心狹窄場地大噸位靜載試驗檢測中有著極大的成本及可操作性優勢。同時為荷載箱專利技術在預制樁中的應用提供了成功經驗。因此，本項創新在類似預制樁樁基檢測項目中有極強的推廣價值。

參考文獻：

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