基于法國(guó)規(guī)范的樁基靜載試驗(yàn)方法及應(yīng)用

王福剛

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安）

本文以塞內(nèi)加爾達(dá)喀爾快速公交（BRT）工程項(xiàng)目Case-Bi 橋?yàn)槔?，?duì)橋梁樁基靜載試驗(yàn)的工程實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，討論了方案編制過(guò)程中所作的前期準(zhǔn)備、試驗(yàn)樁基的選取、試驗(yàn)參數(shù)的確定、試驗(yàn)樁和反力樁的計(jì)算、反力系統(tǒng)、試驗(yàn)實(shí)施步驟和注意事項(xiàng)等工作內(nèi)容。

1 工程概況

OACase-Bi 橋中心里程為PK5+877.767，跨越Case-bi 環(huán)形交叉口，交角90°，橋梁長(zhǎng)度107.2 m，16+3×24.5+16 m鋼混組合連續(xù)梁，共有樁基96 根。

2 地質(zhì)工程概況

橋址區(qū)地形平坦、開(kāi)闊，地面高程介于16.1～16.5 m。無(wú)不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。地表分布薄層回填土，其下主要為細(xì)砂，濕～飽和，中密～密實(shí)。

3 樁基軸向靜載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

樁基靜載試驗(yàn)為了驗(yàn)證樁基礎(chǔ)，根據(jù)以下程序，觀察估計(jì)的允許變形。

根據(jù)加載和測(cè)量位移，測(cè)試單樁承載力以及荷載與位移的關(guān)系。

3.2 試驗(yàn)方法

樁基試驗(yàn)主要依據(jù)法國(guó)1999 年12 月NF P94-150-1 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[1]。也就是樁基靜止試驗(yàn)，通過(guò)平臺(tái)和徐變，在樁頂荷載增量ΔQ=0.2Qmax 逐漸增加直至Qmax。

根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)計(jì)確定了樁基設(shè)計(jì)承載力，并計(jì)算了最大破壞荷載，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載確定了樁基試驗(yàn)荷載。

在不斷加載階段，觀測(cè)樁頂位移值，直至最大荷載。就像規(guī)范3.2.1 中描述的，主要是在樁基加載時(shí)樁頭的位移，獲得荷載和變形曲線，如圖1 所示。

圖1 樁基荷載和位移曲線

這里的說(shuō)明要非常注意，試驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證已施工的樁基。試驗(yàn)絕對(duì)不能達(dá)到斷裂時(shí)的承載力。根據(jù)法國(guó)規(guī)范NF P94-150-1 或類(lèi)似規(guī)范，為了驗(yàn)證砂巖的承載能力，先前的軸向靜載試驗(yàn)要達(dá)到使樁基破壞，且為獨(dú)立樁而不是群樁基礎(chǔ)的一部份，每座高架橋至少進(jìn)行一次靜載試驗(yàn)；如果一座橋梁有不同地質(zhì)，每種地質(zhì)都要做一次試驗(yàn)。另一方面NF P94-150-1 規(guī)范中明確指出檢驗(yàn)試驗(yàn)是在施工過(guò)程中實(shí)施。

根據(jù)NF P94-150-1 規(guī)范中的試驗(yàn)程序，要求檢驗(yàn)試驗(yàn)的樁基是橋梁樁基的組成部分。最大的軸向壓應(yīng)力值根據(jù)樁基達(dá)到的設(shè)計(jì)荷載QELS確定。

對(duì)于這種情況，試驗(yàn)樁的選擇符合以下要求：

（1） 設(shè)計(jì)參數(shù)的了解，進(jìn)行鉆探不同地方鉆探和土工試驗(yàn)，做其他試驗(yàn)是沒(méi)有必要的。（2） 依據(jù)NF P94-150-1 規(guī)范中6.2.2 中規(guī)定，業(yè)主、專(zhuān)家組和承包商共同確定能夠在群樁中的一根樁進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)。（3） 這個(gè)允許保留試驗(yàn)樁的試驗(yàn)方法。也就是橋梁的一個(gè)樁基在使用前進(jìn)行試驗(yàn)，樁基試驗(yàn)荷載絕對(duì)不能超過(guò)Qe。

4 試驗(yàn)樁的參數(shù)

試驗(yàn)樁長(zhǎng)27 m，直徑1.2 m。

抗拔樁長(zhǎng)18 m，直徑1.2 m。

5 試驗(yàn)樁的計(jì)算參數(shù)

5.1 QELS的計(jì)算

根據(jù)計(jì)算，試驗(yàn)樁有關(guān)的主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為：

ELS Quasi Permanent 狀態(tài)計(jì)算最大樁頂力：3 714 KN；

試驗(yàn)樁頂最大作用力Qe=1.3QELS=1.3×3714=4 828 KN；

試驗(yàn)樁頂最大豎向位移：20 mm；

試驗(yàn)樁兩側(cè)3.6 m 施工錨固樁作為反力裝置時(shí)的最大容許受拉荷載為3 010 KN。

5.2 反力樁的驗(yàn)證

5.2.1 樁頂拉力

靜載試驗(yàn)樁樁頂壓力為4 828 KN。兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的反力樁共同承擔(dān)拉力，每個(gè)樁的拉力為4828/2=2 414 KN，驗(yàn)證樁基的拉力。

5.2.2 結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算

反力樁采用CCTG62 分冊(cè)第五章中的計(jì)算理論[2]，樁長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果如下：

反力樁樁長(zhǎng)能夠滿(mǎn)足要求。

5.2.3 錨固樁的驗(yàn)證

5.2.3.1 反力樁材料特性[3]

6 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作及試驗(yàn)步驟

6.1 接樁

將樁頭混凝土鑿除，至露出新鮮的混凝土面，用全站儀測(cè)出樁的中心位置，并以此點(diǎn)為中心，接樁1.4 m。為使所接樁頭與樁身良好地連接和過(guò)度，采用直徑1.6 m的圓形模板，與樁身同標(biāo)號(hào)RN27 混凝土澆筑。澆筑前，在樁的周?chē)鷫|5 cm的泡沫板使接樁的底部與地面分離，以避免地基對(duì)所接樁頭的承載作用而影響樁的試驗(yàn)精度。

6.2 反力系統(tǒng)

反力系統(tǒng)由2 個(gè)反力樁、1 個(gè)加載橫梁長(zhǎng)8 m 以及橫梁與樁的連接系統(tǒng)構(gòu)成，在開(kāi)始試驗(yàn)前，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)。通過(guò)測(cè)量工程師使千斤頂中心與樁中心一致。保證反力樁利用該樁相鄰錨固樁，每根錨固樁的允許抗拉強(qiáng)度為3 010 KN，大于實(shí)際所受拉力2 414 KN，是安全的；橫梁由鋼板焊制；橫梁采用銷(xiāo)軸與預(yù)埋于樁頂?shù)腻^固裝置相聯(lián)（如圖2 所示）。

圖2 反力系統(tǒng)示意

6.3 軸向力加載系統(tǒng)

加載系統(tǒng)由2 臺(tái)250t 千斤頂、對(duì)應(yīng)的油表和電動(dòng)油泵組成，千斤頂和油表已經(jīng)標(biāo)定過(guò)并求出了線性回歸方程，根據(jù)此公式求得的各加載階段力和油表的對(duì)應(yīng)值關(guān)系。為保持所施加的力的方向與樁軸重合，在千斤頂上部與加力梁接觸部位采用球形支座。加載系統(tǒng)布置如圖3 所示。

圖3 加載系統(tǒng)示意

圖4 測(cè)點(diǎn)布置

6.4 測(cè)量裝置

6.4.1 量測(cè)儀器

2 臺(tái)250t 千斤頂，配置球接頭使力作用于樁頂，千斤頂配置油泵供油和油表，油量的緩慢供應(yīng)能夠讓操作員通過(guò)觀察按制的。4 塊百分表用于測(cè)量反力樁的位移。

6.4.2 變形測(cè)量系統(tǒng)

專(zhuān)用的測(cè)量系統(tǒng)就是為了測(cè)量變形，它由以下組成：（1） 試驗(yàn)樁周?chē)?0°設(shè)置4 塊百分表；（2） 每個(gè)反力樁在兩個(gè)不同方向設(shè)置1 塊百分表；（3） XYZ坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)，在每個(gè)樁上布置一個(gè)。

測(cè)量?jī)x器：油表和百分表分別用于千斤頂壓力讀數(shù)和位移讀數(shù)。澆筑樁帽混凝土?xí)r，按圖示相應(yīng)位置預(yù)埋鐵件。

測(cè)量裝置測(cè)量的是豎向的相對(duì)位移，試驗(yàn)期間支撐物有可能發(fā)生水平變形，因此，需要在試驗(yàn)樁的適當(dāng)位置設(shè)置一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，這樣的垂直度檢查是非常必要的[4]。

6.4.3 X、Y、Z的測(cè)量

設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，作為在加壓操作過(guò)程中測(cè)量樁的基準(zhǔn)點(diǎn)。與豎向位移測(cè)量的8 塊百分表組成了水平和豎向變形的測(cè)量系統(tǒng)[5]。

增加的X、Y、Z測(cè)量點(diǎn)是有必要的。

每級(jí)荷載平臺(tái)都要進(jìn)行樁頂?shù)腦、Y、Z的測(cè)量。

試驗(yàn)期間，如百分表的支撐基礎(chǔ)遭到破壞，要及時(shí)修復(fù)。

固定表的基座，采用打入土壤內(nèi)的支撐物或者混凝土澆筑的，但不能出現(xiàn)變形情況。讓能夠產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)械遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)。

6.5 試驗(yàn)的實(shí)施

6.5.1 裝載- 卸載步驟

（1） 先對(duì)試樁施加10%Qe 的荷載，該施力過(guò)程需保持15 min，在此過(guò)程中，分別讀出該樁在1 min、2 min、3 min、5 min、7 min、10 min 和15 min 各時(shí)刻的位移讀數(shù)。此過(guò)程的加載和卸載過(guò)程都按制在1 min 之內(nèi)。（2） 上一個(gè)過(guò)程完成后，依次采用壓縮力為0.2Qe至Qe 分5 個(gè)平臺(tái)對(duì)試樁實(shí)施加載，每個(gè)平臺(tái)力的作用時(shí)間為1 h。采用千斤項(xiàng)加力時(shí)，操作手應(yīng)隨時(shí)查看油表的讀數(shù)，有壓力損失時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。當(dāng)頭三級(jí)荷載0.2Qe、0.4Qe、0.6Qe 持荷過(guò)程中，如果2 min 的位移量小于0.5 mm?？梢詫⑵脚_(tái)持荷時(shí)間縮短到15 min。（3）卸載時(shí)，仍以0.2Qe 為級(jí)別，按0.8→0.6→0.4→0.2Qe 的順序進(jìn)行，每個(gè)平臺(tái)力的作用時(shí)間為3～5 min，并不超過(guò)5 min。如圖5 所示。

圖5 裝載- 卸載程序

6.5.2 測(cè)量

所有測(cè)量?jī)x器歸零并記錄開(kāi)始讀數(shù)，在每級(jí)荷載平臺(tái)值時(shí)，要記錄加載千斤頂油壓表讀數(shù)和樁頭周?chē)陌俜直淼拇怪蔽灰啤?/p>

（1） 在加載過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)平臺(tái)力而言，都要按以下幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)來(lái)測(cè)量作用于樁頂?shù)膲毫σ约皹兜奈灰魄闆r，這幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別是t=1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，45，50，60。（2） 在作用力為Qe 作用下樁的頂部移動(dòng)的最大距離Se。（3） 在作用力為Qe 作用下，樁在1～60 min 之間移動(dòng)的距離。（4） 在徹底卸載后1 h 也要測(cè)量（油壓表和百分表）。

6.5.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集及記錄

及時(shí)將油表與測(cè)量的數(shù)據(jù)整理成表格形式和繪制成圖表反映。試驗(yàn)樁加載圖中的坐標(biāo)為通過(guò)油表反映的樁頂壓力Q0 和對(duì)應(yīng)的樁頂垂直位移S0，這些最終值為4 塊百分表的垂直位移的平均值，每級(jí)荷載平臺(tái)都是從1～60 min。

實(shí)驗(yàn)完成后及時(shí)提供反力樁的變形報(bào)告。

結(jié)束語(yǔ)

樁基受力的安全性至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員已設(shè)置足夠的安全度來(lái)確保其安全，但受地質(zhì)變化、施工質(zhì)量等因素的影響，需對(duì)樁基承載能力進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，樁基靜載試驗(yàn)是運(yùn)用在工程上對(duì)樁基承載能力檢測(cè)的一項(xiàng)成熟技術(shù)，該文中介紹了法國(guó)規(guī)范中關(guān)于樁基靜載試驗(yàn)的方法，希望能夠?yàn)榻窈箢?lèi)似工程提供借鑒。