自平衡法静载试验在桥梁基桩检测中的应用

胡 艳

(广西瑞宇建筑科技有限公司，广西 南宁 530000)

自平衡法静载试验在桥梁基桩检测中的应用

胡 艳

(广西瑞宇建筑科技有限公司，广西 南宁 530000)

基于自平衡法静载试验省时、省力、试验现场不受场地限制的特点，对其检测原理进行了分析，并阐述了该方法在工程中的应用情况，指出该方法为大直径大吨位工程桩的承载力验收检测提供了便利。

承载力检测，自平衡法，试验，截面

0 引言

近年来随着桥梁的建设，越多大直径大吨位基础的出现，一种新的静载试验方法——自平衡法静载试验在国内大多数工程中得以应用，相对于传统单桩竖向抗压静载试验方法(堆载法和锚桩法)相比，其具有三大优点：

1)省时。土体稳定或压浆达到设计强度即可测试，一般15 d(嵌岩桩)，而不必等到28 d，并且几根桩可同时测试，这就大大节省了试验时间；2)省力。没有“堆载”，也不要笨重的反力架，试验十分简单、方便、安全；3)由于桥梁基础受场地限制，如采用传统的堆载平台和锚桩法时间长，对工程的安全施工不利。

1 自平衡法静载试验检测原理

自平衡法是将一种特制的加载设备——荷载箱，与钢筋笼相接，埋入桩的指定位置，通过高压油泵向荷载箱充油逐级加载，利用位移丝(棒)观测在荷载箱加载力作用下的上段(下段)桩体向上(向下)的位移，测试上、下段桩的极限承载力，确定单桩竖向抗压(拔)极限承载力的试验方法。检测示意图如图1所示。

2 例题分析

2.1 工程概况

广西某市公园内有一景观桥，上部结构采用5 m×16.0 m钢筋混凝土连续箱梁桥，下部结构桥墩采用钢筋混凝土圆形截面独柱墩，基础为单桩基础；桥台采用重力式U形桥台，基础为双排桩基础。墩台基础形式均采用钻孔灌注桩，桩径均为1.2 m，桩长25.0 m～35.0 m，持力层均为⑥强风化硅质岩。单桩承载力设计值均为5 068.7 kN。根据勘察设计资料得知，该桥梁工程场地内岩土层类别及桩基设计参数资料如表1所示。

根据规范及设计要求，选取2根桩(0-7号、5-20号)进行自平衡法静载试验。由设计勘测资料选取2根桩的设计参数资料如表2所示。

表1 工程场地岩土层类别及桩基设计参数表 kPa

表2 0-7号、5-20号桩基设计参数表

2.2 荷载箱埋设位置

以0-7号桩为例，计算自平衡静载试验的平衡点，确定荷载箱埋设位置，具体计算过程如下：

1)桩端阻力计算。

Qu下端=2×qr×Ap

(1)

其中，qr为桩端处土的承载力容许值，kPa；Ap为桩端截面面积，m2。

经计算得，桩端阻力Qu下端=3 391.2 kN

2)荷载箱距桩底距离计算。

h=(Nt-Qu下端)/(qr×u)

(2)

其中，h为荷载箱距桩底距离，m；Nt为单桩承载力设计值，kN；u为桩周长，m。

经计算得，h=1.5 m，为保证荷载箱以下基桩具有一定的安全储备，取荷载箱距桩底距离h=2.0 m进行验算。

3)承载力验算。

[Ra]=0.5×(u∑qik×li+Ap×qr)

(3)

其中，[Ra]为单桩轴向受压承载力容许值，kN；qik为与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，kPa；li为承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度，m。

经计算得，荷载箱距桩底距离h=2.0 m时，荷载箱下段桩的阻力Qu下=5 652 kN；

荷载箱上段桩的反力Qu上=Q上侧+桩自重W=13 652.2 kN。

4)平衡计算。

荷载箱距桩底距离h=2.0 m时，荷载箱上段、下段桩反力均大于其设计值5 068.7 kN，说明荷载箱埋设在距离桩底2.0 m时达到静载试验平衡点，满足试验要求。

同理，计算5-20号桩自平衡静载试验的平衡点在距离桩底2.0 m处。

2.3 试验加载步骤

1)加卸载分级：每级加载值为预估极限承载力的1/10。按10级9次加载，第一次按两倍荷载分级加载。

2)位移量测：每级加载完毕后在第5 min，10 min，15 min，30 min，45 min，60 min各测读一次；累计1 h后每隔30 min测读一次。

3)稳定标准：每级加载作用下30 min内，向上、向下位移量小于0.1 mm。

4)终止加载条件及加载极限取值：

a.总位移量不小于40 mm，本级荷载的位移量不小于前一级荷载位移量的5倍，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为加载极限值。

b.总位移量不小于40 mm，本级荷载加上后24 h未达稳定，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为加载极限值。

c.总位移量小于40 mm，但荷载已不小于设计荷载×设计规定的安全系数，加载即可终止。取此时的荷载为加载极限值。

d.绘制荷载—位移(Q—s)曲线、位移—时间(s—lgt)等曲线，进行综合比较，确定加载极限值。

5)卸载分5级，每级卸载量为2倍荷载分级。卸载的观测方法与加载相同。卸载到零后，维持2 h，在第1 h每15 min测读一次，以后每隔30 min测读一次。

6)极限抗压承载力确定。

a.参加统计的测试桩不少于3根时，当满足极差不超过平均值的30%时，取其平均值作为单桩竖向抗压极限承载力。

b.当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加测试桩数量。

c.测试桩数量少于3根时，应取低值。

7)单桩竖向抗压承载力特征值的确定。

单桩竖向抗压承载力特征值按式(4)计算：

Ra=Qu/2

(4)

其中，Ra为单桩竖向抗压承载力特征值，kN；Qu为单桩竖向抗压极限承载力，kN。

2.4 检测结果与分析

以0-7号桩为例，依据试验检测结果综合分析。0-7号桩检测共分10级进行加载，当加载至第10级时，经1 080 min观测，荷载箱下板沉降达到相对稳定，上板上抬量为2.22 mm，向下总沉降量为10.27 mm。Q—s曲线呈缓变型，未出现明显的陡降段。根据荷载—沉降(Q—s)曲线和沉降—时间对数(s—lgt)曲线(见图2，图3)，进行单桩极限承载力的推定[1]，经计算得单桩极限承载力为10 523.9 kN，大于单桩承载力设计值(5 068.7 kN)2倍。

同理，经计算得5-20号桩单桩极限承载力为10 523.9 kN，大于单桩承载力设计值(5 068.7 kN)2倍。

各检测桩自平衡法静载试验承载力特征值检测结果如表3所示。

表3 自平衡法静载试验承载力特征值检测结果表

3 结语

事实证明，采用自平衡法静载试验进行单桩竖向抗压承载力检测的方法更安全、省时、省力。在进行自平衡法测试后，采取合适的压浆措施处理后，工程桩依然可以正常使用。

[1] DB 45/T 564-2009，桩承载力自平衡法测试技术规程[S].

[2] JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

Applicationofstaticloadtestwithself-balancedmethodinbridgefoundationpiledetection

HUYan

(GuangxiRuiyuBuildingScience&TechnologyCo.,Ltd,Nanning530000,China)

In light of static load test features of self-balanced method, such as saving time, saving stress and possessing experimental field, the article analyzes the detection principles, describes its application in engineering, which has provided some convenience for checking and detecting large-tonnage engineering pile bearing capacity.

bearing detection, self-balanced method, experiment, section

1009-6825(2014)14-0220-02

2014-03-05

胡 艳(1986- )，女

U443.16

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