預制預應力混凝土管樁軸向靜載試驗分析

胡建云

（中交二公局海外事業部（國際公司），陜西 西安 710065）

0 引言

馬來西亞當地公司Sri Datai和中國港灣聯營項目第二干道 B1a 標段，林牙河大橋項目，全線1.12km，橋梁部分長725m，路基部分395m，設計為雙向兩車道道路；主橋為90m+148m+90m懸澆箱梁，兩岸引橋為38.8m+3×40m+39.63m預制T梁簡支梁橋；引橋基礎為600mm預制混凝土管樁，全橋一共有182根預制混凝土管樁，每根長60多米。根據圖紙及標準要求，東西岸預制混凝土管樁需做軸向靜載試驗，以檢測樁基承載力，從而指導引橋部分樁基的設計和施工。該項目引橋部分地基土質40m以上為淤泥質土，在比較深的淤泥質土中，使用預制混凝土管樁相對于其他方案而言，具有承載力強，經濟效益好，施工安全，更好控制及施工進度快等優點。本文以砂拉越第二干道B1a標直徑600mm預制管樁靜載試驗為例，對預制預應力混凝土管樁軸向靜載試驗進行分析。

1 靜載試驗方案

1.1 試驗儀器、加載設備

試驗儀器和設備主要有：鋼框架支座，鋼主梁，工字鋼梁，混凝土塊，千斤頂，油泵，傳感器，刻度尺及水準儀等。

1.2 試驗樁及試驗平臺的準備

（1）沉樁完成后，荷載監測達到2倍工作壓力且沉樁深度滿足圖紙要求后，根據試驗設備尺寸，標記并切除樁頭，為了試驗過程中樁受力均勻，樁頭用鐵頭套上，鐵頭和樁之間空隙用高強砂漿填充[1]。

（2）安裝試驗設備前，對地面進行加固處理，確保能承受堆載系統的重量，并根據堆載系統安裝圖，對地面進行平整處理和高度調整。

1.3 試驗樁基本情況

（1）試驗樁名稱：P10-1，樁類型：預應力預制混凝土管樁，沉樁長度：60.3m。

（2）設計工作壓力：2200kN（WL）；第一加載循環最大壓力：2200kN（1×WL），第二加載循環最大壓力：4400kN（2×WL）。

（3）千斤頂型號：CLRG-10006，作用面積：227.2in2，千斤頂數量：1個，總共作用面積：227.2in2。

1.4 靜載試驗步驟

（1）按照規范要求，使用堆載系統及千斤頂對樁進行軸向靜載試驗，以檢測樁承載力。

（2）樁抗壓強度達到要求，沉樁完成后，根據堆載系統安裝圖對高度的要求，切除多余的樁，安裝鐵頭，并填充高強砂漿。

（3）按照設計圖紙安裝堆載系統。

（4）堆載系統安裝完成后，依次按圖從下往上安裝鐵板（用于放置監測用的沉降傳感器及尺子）、千斤頂、壓力傳感器、半球形支座、主梁。這些設備安裝必須同軸。

（5）樁的沉降通過在樁頂安裝4個位移傳感器連接電腦進行監控，同時安裝4個刻度尺配合水準儀讀數作為復核。

（6）按照規范及圖紙要求分級進行加載，并填寫預制預應力混凝土管樁軸向靜載試驗記錄表。

（7）根據試驗過程監控壓力-沉降情況及最終沉降值判斷樁承載力是否合格。

1.5 堆載系統及監測儀器安裝

（1）堆載系統組成：鋼框架支座及中間主梁上放I型鋼梁，I型鋼梁上放混凝土塊，共同組成試驗要求的壓力配重。

（2）安裝鋼框架支撐，支撐下面地基承載力必須足夠支撐大于整個堆載系統配重的1.2倍。鋼框架支撐也需要進行受力驗算。安裝位置應準確。

（3）主梁和型鋼梁安裝：確保主梁和型鋼梁的中心和試驗樁的中心重合。

（4）逐層安裝混凝土塊，確保中心和試驗樁中心重合，并且在一個平面上。

（5）安裝千斤頂，油泵，壓力傳感器，位移傳感器及刻度尺，并在試驗開始前讀取初始讀數。

2 加載方法

2.1 試驗加載循環

試驗樁的加載分兩個循環進行 ，以加載系數WK表示加載等級，加載系數WK是樁設計工作壓力。試驗準備工作結束開始加載前樁承受的荷載狀態應為0。

2.2 混凝土管樁各循環的加載等級

第一加載循環：0WK→25%WK→50%WK→75%WK→100%WK→75%WK→50%WK→25%WK→0WK→25%WK→50%WK→75%WK→100%WK

第二加載循環：100%WK→120%WK→150%WK→175%WK→200%WK→175%WK→150%WK→100%WK→75%WK→50%WK→25%WK→0WK

3 評定標準

合格判定標準為：

加載力達到100%WK，并持荷24h后，最大沉降值不超過12.5mm，且卸載完成后，剩余沉降值不超過6.5mm。

加載力達到200%WK，并持荷24h后，最大沉降值不超過38mm且不超過10%D（D為樁的直徑），且卸載完成后，剩余沉降值不超過6.5mm。

4 靜載試驗案例分析

該項目預制預應力混凝土管樁直徑為600mm，設計沉樁深度為平均60m，設計工作壓力WL=2200kN,地質為地下-40m以上為淤泥質土，地質條件較差；試驗樁要求：滿足28d強度要求80MPa，試驗按照規范ASTM D1143要求執行；合格要求為：在1倍工作壓力（既2200kN）作用下，沉降值不超過12.5mm；在2倍工作壓力（既4400kN）作用下,沉降值不超過38mm，且卸載后，沉降值剩余值不超過6.5mm。

4.1 沉樁

沉樁前按照50cm為一格標記出樁長刻度，便于隨時查看樁的沉樁長度；沉樁過程中，使用沉樁監測儀監測樁錘擊力及入土深度，按規范要求直到顯示達到試驗壓力（即樁工作荷載的2倍），若監測儀報告顯示合格，則可進行靜載試驗。

4.2 試驗樁樁頭及地面處理

（1）樁打設完成，監測儀器顯示承載力達到4400kN，且沉樁后超過21d，滿足規范要求后，根據試驗設備尺寸，標記并切除樁頭，為了試驗過程中樁受力均勻，樁頭用鐵頭套上，鐵頭和樁之間空隙用高強砂漿填充[2-3]。

（2）安裝試驗設備前，對地面進行加固處理，確保能承受堆載系統的重量，并根據堆載系統安裝圖，對地面進行平整和高度調整。由于地質為淤泥質土，需要對地基進行處理，處理方法為在堆載系統支座底部對應位置打方樁。

4.3 試驗堆載設備的設計及安裝

（1）設計：該項目直徑600mm的預制管樁，設計工作荷載為2200kN。按照規范要求，試驗壓力應為工作荷載的兩倍即4400kN(440t)，按照不小于1.2倍的安全系數考慮，樁頂堆載系統的配重應為不小于528t，所以根據本試驗方案，樁頂配重設計為=主梁（12t）+工字鋼梁22根×2t/根+混凝土塊117×4.15t/塊=541.55t。

（2）安裝：按照從下往上的安裝原則，在地基處理好之后，按樁頭處理→安裝支座→安裝千斤頂、重力傳感器、千斤頂頂部主梁→安裝工字鋼梁→逐層安裝混凝土塊→安裝監測沉降的傳感器及刻度尺→安裝油泵的順序進行安裝。

應注意所有鋼支座、鋼梁必須在試驗前進行安全承載計算，千斤頂、油泵及儀表必須在安裝前進行標定。

4.4 試驗過程

（1）堆載平臺及試驗儀器安裝檢查：為了確保試驗的準確性及試驗過程的安全性，開始試驗前，對堆載平臺進行檢查，確保主梁、工字鋼梁、混凝土塊平臺等中心和試驗樁中心在同一軸線上，受力均勻，并對所有儀器儀表標定進行檢查，檢查完成后，開始試驗。

（2）加載、持荷及卸載：按照規范要求加載程序進行加載、持荷、卸載，通過電腦連接傳感器，檢測試驗樁在受力過程中的沉降情況并記錄，同時按規范要求頻率使用水準儀測量、人工讀數刻度尺并填寫記錄表，監控樁在加載、持荷及卸載等全過程中的受力和沉降情況。本試驗加載按表1進行。

表1 加載表

（3）試驗記錄及結論

試驗記錄見表2所示。

表2 預制預應力混凝土管樁軸向靜載試驗記錄

試驗結論：根據以上試驗記錄，樁在1倍工作荷載2200kN作用下，持荷24h后，沉降值為10.65mm＜12.5mm，卸載后剩余沉降值為1.96mm＜6.5mm；②樁在2倍工作荷載4400kN作用下，持荷24h后，沉降值為30.22mm＜38mm,卸載后剩余沉降值為6.46mm＜6.5mm；因此本次靜載試驗合格。

5 結束語

預制預應力混凝土管樁具有承載力高，經濟性好，施工效率高，更能保證施工安全等優點；而軸向靜載試驗是驗證樁承載力較準確的檢測方式，是驗證樁承載力是否滿足規范要求的重要手段，本工程采用的混凝土塊堆載式堆載系統靜載試驗設備，結構設計合理，結構剛度大、經濟性好、裝拆方便，靜載試驗過程中的加載力計算準確，滿足設計和施工檢測需求。