自平衡法在基桩检测中的应用浅析

李光旭

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550000)

自平衡法在基桩检测中的应用浅析

李光旭

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550000)

摘要自平衡法作为一种新兴的单桩承载力测试技术，能有效地检测大吨位基桩的极限承载力。文中介绍了自平衡法在某拱座单桩的极限承载力检测中的应用。

关键词自平衡法极限承载力侧阻力端阻力

随着我国经济建设的蓬勃发展，一些大型、特大型公路、铁路桥梁相继建成，桥梁的数量和总重量急剧增加，对地基基础的要求越来越高。由于基桩的承载力吨位数越来越大，对其检测的难度也越来越大。所以，研究桩基承载特性，准确确定其承载力和完整性极其重要和必要。目前，确定桩承载力的方法主要有静载法、自平衡法、高应变测桩法、模拟试验法等。这几种方法已经在大量的工程中得到应用，并取得了一定的成果。但传统的静荷载试验(包括锚桩法、堆载法，以及锚桩-堆载法)需专门的反力系统，无论采用锚桩法还是堆载法，均存在着反力架巨大、试验准备时间长、工程量大、试验费用高的缺点，而且对试验场地要求苛刻。尤其是对于大吨位数的基桩，传统的静荷载试验难以实施。自平衡法做为一种新兴的单桩承载力测试技术，显示出极大的优越性：①装置较简单，不需构筑笨重的反力架，试桩准备工作省时省力；②试验费用省；③试验后试桩仍可作为工程桩使用。

1基本原理

自平衡法的主要装置是一个特制的加载用荷载箱，它需根据桩的类型、截面尺寸及荷载的大小来制作。试验时，从桩顶通过高压油泵向荷载箱内施加压力。随着压力的增大，荷载箱上下分离，从而调动桩身侧摩阻力及端阻力，直至达到桩承载力极限状态，其测试原理见图1。荷载箱埋设于桩身平衡点处，即荷载箱上、下段桩承载力相等处。

表6　试验截面跳车冲击系数

5结论

(1) 在静力试验测试中，结构刚度及强度均满足要求；动力试验测试中，结构自振特性及外界激振测试结果均在合理范围之内。

(2) 试验中测点位置、测试截面及车辆荷载的布置方式采用斜向布置具有一定合的理性，为以后多跨斜交箱梁桥检测及荷载试验工作提供建议。

参考文献

[1]陶舍辉.多梁式连续斜交箱梁桥的静动力特性分析及试验研究[D].杭州：浙江大学，2005.

[2]JTJ021-89公路桥涵通用设计规范[S].北京：人民交通出版社，1989.

[3]JTG/TJ21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001.

荷载箱的压力可用压力表测得，荷载箱的向上、向下位移可用位移传感器测得。因此，可根据读数绘出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”，根据2条Q-S曲线及相应的S-lgt，S-lgQ曲线，可分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力，将上段桩的极限承载力经一定处理后与下段桩极限承载力相加即为桩极限承载力[1]。见图1。

图1　自平衡法试验示意图

2工程案例

现以某渡槽中拱座7号基桩的单桩自平衡法荷载试验为例，探讨自平衡法在大吨位基桩极限承载力检测中的应用。

7号基桩为冲孔桩，设计桩径1.8 m、桩长22 m，单桩承载力为19 000 kN。该基桩地质情况为：0～3 m为土层及全风化覆盖层，3～6 m为强风化泥质灰岩，6～22 m为中风化泥质灰岩。在试验前该基桩桩身完整性经声波透射法检测，完整性评定为I类[2]。

依据地勘资料，该桩地质情况为：0～3 m为土层，3～6 m为强风化泥质灰岩，6～22 m为中风化泥质灰岩。根据各岩土层极限侧阻力标准值计算，本次荷载箱的埋设位置位于距桩顶16 m处。试验设备安装见图2。

图2　自平衡法试验设备安装示意图

此次自平衡法试验取安全系数为2进行加载试验，试验最大加载值为38 000 kN。加载过程共分10级，卸载分5级。在试桩加至第3级荷载(2×5 700 kN)时，上段桩位移42.35 mm，下段桩位移23.92 mm，且无法稳定。具体位移值和钢筋应力计变化值见表1和表2。

表1　荷载箱上、下位移值及桩顶位移值

表2　压缩钢筋应力计变化值

鉴于总位移为23.92+42.35=66.27 mm，且上段桩位移大于前一级荷载的位移量(2.23 mm)的5倍，根据《基桩静载试验 自平衡法》(JT/T738-2009)第5.3.3.2条(a)，终止加载过程，取第2级荷载(2×3 800 kN)为极限加载值。

3试验结果分析

取第2级荷载下各桩身压缩钢筋应力计读数计算桩基主筋轴向应力，进而计算桩侧岩土体极限侧阻力压强值。计算结果见表3。

表3　第2级荷载作用下试桩各土(岩)层摩阻力

①基桩侧阻力为：

9×3.14×1.8×(1 211.125-1 209.725)+39.29×3.14×1.8×(1 209.725-1 200.425)+55.20×3.14×1.8×(1 200.425-1 196.925)+54.19×3.14×1.8×(1 196.925-1 189.5)=71.215 2+2 065.223 8+1 091.966 4+2 274.143 0=5 503.55 kN。

②查地质勘查报告，持力层弱风化白云质灰岩的允许承载力压强值为1 200 kPa，故桩端极限承载力理论值=2×1 200×3.14×(1.8/2)×(1.8/2)=6 104.16 kN。

取第2级荷载(2×3 800 kN)为极限加载值，该基桩实测极限侧阻力值为5 503.55 kN，该基桩极限承载力≈5 503.55 kN +6 104.16 kN=11 607.71 kN<19 000 kN。

故该基桩极限侧阻力远远低于理论值，其极限承载力不满足设计要求。对该拱座的基桩需进行加固处理，如桩端加固或桩侧周加固，以提高基桩及整个拱座的承载力。

4结语

该桩所在的承台所有桩基均进行了桩端加固处理，以提高承台的承载力。此次试验查明了基桩桩身完整性较好但承载力不足的问题，避免了该问题对施工及后期运营造成的安全隐患，有效地提高了工程检测质量。自平衡检测法有效地解决了基桩大吨位承载力检测的工作难题，能分别确定桩端和桩侧阻力的发挥状态，且对施工影响较小，同时可以修正地勘资料，指导设计参数。尽管自平衡法有一些疑点问题，如试验前平衡点位置的计算和试验后的注浆补强措施等[3]，但与传统的静载试验方法相比显示出了很大的优越性，尤其在大吨位基桩承载力的检测中将发挥越来越大的作用。

[1]JT/T738-2009基桩静载试验.自平衡法[S].北京:人民交通出版社，2009.

[2]JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2003.

[3]龚维明.关于“桩承载力自平衡法的可靠性之质疑”讨论的答复[J].公路，2004(10)：81-86.

收稿日期：2014-09-30

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.002