埃塞俄比亞Akaki 橋樁基豎向靜載試驗(yàn)實(shí)例分析

趙鋒

（中交一公局集團(tuán)有限公司海外事業(yè)部，北京100000）

1 工程概況

埃塞俄比亞Akaki 橋位于中國援建的北京醫(yī)院附近，分左右兩幅，每幅為15m+30m+15m 的T 梁+箱梁+T 梁形式，共有4~30m 不同長(zhǎng)度的樁基80 根，樁基設(shè)計(jì)為嵌巖樁，樁徑Φ1200mm。嵌巖深度1.0m，樁體強(qiáng)度C30。成孔方式采用旋挖鉆，混凝土水下灌注。

2 樁基豎向靜載試驗(yàn)方案

根據(jù)圖紙，試驗(yàn)樁采用工程樁，分別為橋臺(tái)位置BH4-1，1 根，橋墩位置BH2-2，1 根，共2 根；試驗(yàn)方法采用鋼筋堆載。

2.1 試驗(yàn)荷載與試驗(yàn)方法

2.1.1 試驗(yàn)荷載

橋臺(tái)BH4-1 下的單樁豎向荷載。單樁所受豎向荷載為310t，單樁設(shè)計(jì)最大實(shí)驗(yàn)荷載為1.5 倍的單樁豎向荷載，即為460t。疊放的鋼筋所提供的反力裝置荷載重量最小為1.2 倍單樁設(shè)計(jì)最大實(shí)驗(yàn)荷載，取上部鋼筋堆荷載為700t。

橋墩BH2-2 下的單樁豎向荷載。單樁所受豎向荷載為330t，單樁設(shè)計(jì)最大實(shí)驗(yàn)荷載為1.5 倍的單樁豎向荷載，即為495t。疊放的鋼筋所提供的反力裝置荷載重量最小為1.2 倍單樁設(shè)計(jì)最大實(shí)驗(yàn)荷載，取上部鋼筋堆荷載為700t。

2.1.2 試驗(yàn)方法

單樁極限荷載試驗(yàn)采用堆載法，堆載物采用鋼筋，堆載試驗(yàn)的主梁選用12m 長(zhǎng)的鋼梁，承臺(tái)面積12m×12m＝144m2。

2.2 堆載試驗(yàn)的要求

主梁兩端采用墩臺(tái)支撐，主梁上部采用大工字鋼均勻分布，工字鋼與工字鋼連接采用角鐵焊接，保證承臺(tái)的完整性和穩(wěn)定性。堆載試驗(yàn)的布置示意圖如圖1 所示。

圖1 堆載試驗(yàn)布置圖

2.3 加載儀器和測(cè)量要求

2.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器包括1 臺(tái)電腦，2 臺(tái)QYL500 千斤液壓頂，4 臺(tái)位移傳感器和4 個(gè)百分表。千斤液壓頂?shù)男阅苤笜?biāo)：?jiǎn)蝹€(gè)QYL500 型千斤液壓頂最大承壓500t，承壓面積為731cm2。百分表：最大讀數(shù)30mm，精度0.01mm。在操作和觀察過程中，所有的測(cè)試儀器都被引出測(cè)試平臺(tái)。

2.3.2 荷載測(cè)量

荷載測(cè)量用放置于并聯(lián)千斤頂油路的壓力傳感器測(cè)定油壓，根據(jù)千斤頂率定曲線，換算荷載。千斤頂和其計(jì)量器該作為一個(gè)整體能以正2%的精確度反真實(shí)的荷載。

2.3.3 沉降測(cè)量

沉降是用位移傳感器測(cè)量的，并符合下列要求：（1）測(cè)量沉降，讀數(shù)精確到0.3mm。當(dāng)在白天觀察時(shí)，每次做3 個(gè)讀數(shù)；晚上觀察時(shí)，使用適當(dāng)?shù)娜斯ふ彰鳎看? 個(gè)讀數(shù)。（2）沉降測(cè)定平面在樁頂200mm 以下位置，測(cè)點(diǎn)牢固地固定于樁身。（3）固定和支撐位移計(jì)的夾具及基準(zhǔn)梁避免氣溫，振動(dòng)和其他外界因素的影響。

2.4 測(cè)試方法及步驟

樁頂部高出試坑底面，試樁頂面與樁承臺(tái)底標(biāo)高一致，試樁樁頭進(jìn)行處理，符合試樁要求。對(duì)作為驗(yàn)樁用的灌注樁，檢測(cè)前對(duì)其樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。

試驗(yàn)加卸載方式按下列方法進(jìn)行：（1）加載應(yīng)分等級(jí)進(jìn)行，加載應(yīng)分步等量進(jìn)行，每次加載應(yīng)增加到建議工作壓力的50%、75%、100%、125%、150%、175%和200%。（2）進(jìn)行卸載等級(jí)，每個(gè)階段卸載數(shù)量取加載時(shí)分級(jí)載荷的2 倍。（3）工作荷載的荷載增量持續(xù)保持1h 以上，其后每一個(gè)增量持續(xù)保持2h直到?jīng)]有可測(cè)量的沉降為止，總測(cè)試荷載需要持續(xù)保持48h直到測(cè)量不到沉降為止。

慢速維持荷載法試驗(yàn)步驟應(yīng)符合：（1）每級(jí)荷載施加后每4min 的第0.5min，第1min，第2min 和第4min 時(shí)觀測(cè)并記錄沉降情況，此后增加荷載，4min 中讀取總荷載讀數(shù)后，依次將時(shí)間間隔加倍，直到達(dá)到最終的沉降限制和移除荷載。（2）低于額定工作荷載的荷載增量持續(xù)保持1h 以上，其后的額定工作荷載和每一個(gè)增量持續(xù)保持2h 內(nèi)直到?jīng)]有可測(cè)量的沉降為止，總測(cè)試荷載需要持續(xù)保持48h 直到測(cè)量不到沉降為止[1]。

2.5 檢測(cè)數(shù)據(jù)的整理

確定單樁豎向抗壓承載力時(shí)，繪制豎向荷載-沉降（Q-S）曲線，沉降-時(shí)間對(duì)數(shù)（S-lgt）曲線。單樁豎向抗壓極限承載力Qu，可按下列方法綜合分析確定：（1）根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定；對(duì)于陡降型Q-S曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)的荷載值。（2）根據(jù)沉降隨時(shí)間變化的特征確定：取S-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級(jí)荷載值。（3）當(dāng)在某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2 倍，且經(jīng)24h 尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，取前一級(jí)荷載值。（4）對(duì)于緩變型Q-S曲線可根據(jù)沉降量確定，取S=40mm 對(duì)的荷載值，取S=0.05D（D為樁端直徑）對(duì)應(yīng)的荷載值[2~3]。

3 檢測(cè)依據(jù)

檢測(cè)依據(jù)有：美國規(guī)范ASTM-D1143《靜態(tài)軸向壓力荷載下樁柱的試驗(yàn)方法》；JGJ 106—2003《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》；JG/T 518—2017《基樁動(dòng)測(cè)儀》。

4 貝雷桁架縱梁受力計(jì)算

4.1 材料性能

現(xiàn)場(chǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)軍用貝雷桁架，自重G=270kg/片；沿橫橋向總共分布10 排桁架。力學(xué)性能為：彈性模量E=2.1×105MPa、慣性矩I=250 500cm4、容許剪力[Q]=245.2kN、容許彎矩[M]=788kN·m（不加強(qiáng)）、容許彎矩[M]=1687.5kN·m（加強(qiáng)后）。

上部荷載總質(zhì)量700t，總重N=7000kN。貝雷桁架共18 片，其中n=16 片貝雷梁分布力的作用。每片貝雷桁架負(fù)重G=N/n=437.5kN。單排貝雷桁架長(zhǎng)12m，上部荷載作用長(zhǎng)度為10m。則其上分布的均布荷載為q1=437.5/10=43.75kN/m。單排貝雷桁架自重q2=2.7×4÷12=0.9kN/m，則q總=q1+q2=44.65 kN/m。

4.2 受力計(jì)算

反力梁參與承受上部荷載作用力，作用在單排貝雷梁上的作用力可以簡(jiǎn)化為雙跨簡(jiǎn)支梁模型，工字鋼反力梁對(duì)貝雷桁架的支撐力為P2，左右兩側(cè)的貝雷桁架對(duì)上部貝雷桁架的支撐力為P1，按簡(jiǎn)支懸臂梁計(jì)算。

由q=44.65 kN/m；L=5+5=10m；計(jì)算得P1=84kN；P2=279kN；最大彎矩Mmax=支座彎矩=140kN·m；容許彎矩[M]=788kN·m＞Mmax=140kN·m，（滿足強(qiáng)度要求）。

最大剪力Qmax=140kN；容許剪力[M]=245.2≥Qmax=140kN。最大撓度計(jì)算公式：

fmax=0.521×qL4/100EI=0.521×[38.4×103×（5）4]/（100×2.10×1011×250 500×10-8）=0.28mm；

該梁允許繞度為f=5/600=8.3mm≥fmax，則貝雷桁架縱梁符合強(qiáng)度、剛度要求。