自平衡法在橋梁樁基承載力檢測中的應用分析

李運樟

（中國鐵建港航局集團有限公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

長期以來，在對建筑工程與道路橋梁工程樁基豎向抗壓承載力進行靜載荷檢測時廣泛采用傳統靜載試樁法，即堆載法和錨樁法。通過對比分析傳統靜載試樁法和自平衡靜載試樁法，可以得出后者具有試驗場地要求小、檢測效果精準、省力省錢省時等特點，兩種測試具體對比分析詳見表1。

表1 傳統法與自平衡法對比表

文章針對南港河大橋工程試樁采用自平衡法進行試驗，以確定試樁的豎向抗壓極限承載能力、試樁樁側各土層極限摩阻力和樁端極限端阻力，并測定樁基的沉降、樁彈性壓縮及巖土塑性變形。

2 工程概況

項目為東方市金月灣濱海大道工程，位于東方市板橋鎮西南部，緊鄰板橋鎮鎮區，距東方市區約35 km。大橋橫跨現狀南港河，為預應力混凝土連續箱梁橋，全長201.2 m，上部結構為預應力混凝土箱梁；下部結構采用花瓶式橋墩、肋板式橋臺接承臺樁基礎，樁基為水下摩擦樁，鉆孔樁直徑為1.2 m 和1.0 m 兩種，采用反循環鉆機成孔。

3 試驗設備及方法

3.1 自平衡試樁法原理

自平衡試樁法原理是將特制的加載裝置—荷載箱，在樁基鋼筋籠加工制作過程中，同步綁扎固定于鋼筋籠之中，將加載箱的工作加壓管、測試裝置（應變、位移等）從樁體牽引至地面，然后使用導管水下灌注成樁。試樁中荷載箱的加壓、加載工作通過加壓泵完成，過程中產生的上力和下力分別傳遞至樁體。樁身被荷載箱分成上、下樁段截面，由此產生的上、下樁段相關反應參數也會有不同。通過計算、分析加載力和位移、應變等參數，以及對相關數據的處理，可以獲得樁基承載力、靜荷載等一系列數據。

試樁測試流程：試樁鋼筋籠綁扎→測試器具、管線預埋綁扎固定→荷載箱定位安裝、密封→試樁水下灌注混凝土→試樁混凝土養護（不少于15 d）→測試基準梁、篷架搭設→測試儀器安裝、調試→試樁測試。

3.2 測試規程

自平衡法加載必須循序漸進，采用慢速維持荷載法，按《基樁靜載試驗自平衡法》（JT/T 738-2009) 和《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2003)進行，即：

3.2.1 成樁至試驗間隙時間

樁身強度達到設計要求且不少于15 d。

3.2.2 位移觀測

單級加載后第1 h 內進行4 次測讀，間隔時間15 min；之后測試時間內間隔30 min 復測一次。相關位移測試數據經電子傳感器傳輸至電腦，可在電腦屏幕上直接生成Q-s、s-lgt、s-lgQ 曲線。

3.2.3 下沉相對穩定標準

在單級加載過程中，30 min 內下沉量≤0.1 mm，可判定為穩定。

3.2.4 終止加載條件

極限荷載取值為終止加載的前一加載級。

加載終止需滿足以下任一條件：①累計位置≥4 cm；②本級加載累計下沉量≥上一加載級累計下沉量的5 倍。

3.2.5 卸載及測試

①卸載：分級進行卸載。單級完成后，及時讀取樁頂回彈量。當回彈量讀值穩定后，方可進入下一級卸載，回彈量觀測、穩定判定方法同沉降。②測試：完成卸載后的1.5 h 內，每間隔15 min 觀測一次讀數。

3.3 受檢樁基本情況

南港河大橋橋址地層結構簡單，4#、5#橋墩基地土質主要分布有巨厚土層及砂層，無不良地質現象及特殊巖土分布，工程地質條件較好，地勢北低南高，局部稍有起伏，地面標高0～10 m，相對高差為0～10 m。

工程受檢樁的主要參數：

①4#～11#樁（27 m），樁徑1 000 mm，樁底標高-26.795 m，荷載加載值2×1600 kN；

②5#～6#樁（21 m），樁徑1 200 mm，樁底標高-21.300 m，荷載加載值2×1400 kN。

3.4 單樁豎向抗壓極限承載力判斷標準

3.4.1 《基樁靜載試驗自平衡法》（JT/T 738-2009）

根據實測荷載箱上、下位移計算承載力公式：

其中：uQ-單樁豎向的抗壓極限承載力；荷載箱上段樁身的實測極限值；W-荷載箱上段樁身的有效自重；γ-荷載箱上段樁身的側阻力修正系數；Qux-荷載箱下段樁身的實測極限值。

3.4.2 等效轉換曲線法

通過自平衡法試驗可獲得上、下兩條Q-s 曲線，利用等效力轉換，可轉換成一條等效轉換曲線（Q-s曲線），最終依據等效轉換曲線對單樁豎向抗壓極限承載力進行判斷。

3.5 軸向力測試及相關指標計算

3.5.1 軸力計算

通過樁基中預埋的應變計可求得相應的應變量，根據應變計頻率讀數求得應變計所受力，再以此求算應變計應變量。計算公式如下：

F應變計所受力（kN）；K應變計系數（kN/Hz2）；

f應變計在某級荷載作用下的頻率讀數（Hz）；

f0-應變計頻率初讀數（Hz）。

3.5.2 摩阻力計算

3.5.3 截面位移計算

Si-第i+計算截面處的沉降量（mm）；Si+1-第i+1計算截面處的沉降量（mm）；Δi-第i+1截面到第i+截面之間的樁身彈性壓縮量（mm）。

4 測試結果與分析

項目于2019 年6 月7 日—8 日對4#～11#樁和5#～6#樁進行自平衡試驗，通過現場采集的試驗檢測數據，獲得了如圖1、圖2 所示的4#～11#樁和5#～6#樁Q-s 曲線，4#～11#樁和5#～6#樁在加載到第十級荷載時，總位移量小于40 mm，均滿足要求，故終止加載，取第十級荷載為極限荷載，即4#～11#樁2×1600 kN，5#～6#樁2×1450 kN 為極限荷載。

圖1 4#～11#受檢樁Q-s 曲線圖

圖2 5#～6#受檢樁Q-s 曲線圖

根據各土層摩阻力-位移曲線的測量數據，通過等效轉換得到Q-s 轉換曲線，當中4#～11#樁體、5#～6#樁體的極限承載力和位移為2730 kN、2360 kN 和22.38 mm、21.03 mm，所繪制的曲線均緩變下降，不存在明顯下彎情況。并通過計算得到受檢樁的樁側摩阻力（見表2、3）和樁端承載力。

表2 4#～11#樁（27 m）各巖層摩阻力

表3 5#～6#樁（21 m）各巖層摩阻力

上述測試結果表明：4#～11#樁當加載值達到2×1600 kN 時，總位移量小于40 mm，滿足要求，故終止加載，取第10 級荷載即2×1600 kN 為極限荷載，樁端承載力小于樁端極限荷載，滿足要求。5#～6#樁當加載值達到2×1450 kN 時，總位移量小于40 mm，滿足要求，故終止加載，取第10 級荷載即2×1450 kN 為極限荷載，樁端承載力小于樁端極限荷載，滿足要求。

5 結束語

文章以南港河大橋樁基工程為例，以自平衡法對受檢樁進行檢測從而得到科學數據，驗證了其設計承載力，提供各土層及樁端有關參數，測定了樁基沉降和變性，對成樁質量進行評估，為工程的樁基施工提供了數據支撐及有效保障，同時，為今后橋梁工程的樁基檢測提供了重要參考。