新建铁路郑州至济南铁路郑州至濮阳段郑州黄河特大桥试桩

焦呈栋

【摘 要】文章通过对郑济铁路黄河大桥试桩的检测，为设计方提供相应的各类土层的侧摩阻及桩端阻力，验证设计是否合理、经济、安全。同时也对施工工艺进行验证，确保后续的施工质量。

【关键词】自平衡测试技术；桥梁；静载试验；桩基完整性

【中图分类号】TU753.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）09-0105-06

1 工程概况

新建郑州至济南铁路连接山东、河南两省省会，线路呈西南走向。郑州至濮阳段东起濮阳市濮阳东站，途经濮阳市、安阳市，省直管县滑县，鹤壁市，新乡市、郑州市，终至既有郑州东站。线路正线全长197.279 km，桥梁7座178.342 km，桥梁比重90.4%。新建、改（扩）建车站7个，其中郑州东站、新乡东站为既有车站改（扩）建，濮阳东、内黄、滑县浚县、卫辉南、平原新区为新建车站；同时新建杨庄、马渡和马村共3个线路所，改建郑徐客专鸿宝线路所。

郑州黄河特大桥试桩检测依据的是中铁工程设计咨询集团有限公司编制的《新建铁路郑州至济南铁路郑州至濮阳段施工图（ZPZQ-8标）郑州黄河特大桥试桩技术要求》（2017年9月）（以下简称《试桩技术要求》）和有关规范标准进行编制的。

郑州黄河特大桥试桩位置、里程：郑州黄河特大桥611～612号墩间（DK399+076.500～DK399+109.250）靠近611号墩BK-HHQ611钻孔位置。设计数量为3根，钢筋混凝土灌注桩，泥浆护壁反循环施工，其桩长70.0 m，桩径为1.25 m，桩身砼强度为C35。

2 地质概况

郑州黄河特大桥试桩场地工程地质情况详见场地钻孔柱状图（如图1所示），场地地层极限摩阻力见表1。

表1中的极限摩阻力值参考《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5—2005），根据经验选取，非实验所得，仅供参考。

3 相关检测仪器设备的埋设

3.1 自平衡荷载箱埋设位置计算

基桩自平衡法静载试验是近来广泛应用在大吨位高速铁路、快速铁路及国内著名的长江大桥、跨海大桥及超高层建筑的桩基静载荷试验检测中，它是通过计算基桩上段桩身自重及极限桩侧摩阻力之和与下段桩极限侧摩阻力及极限桩端阻力之和基本相等的位置处预埋荷载箱。试验加载的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由液压缸、连接环板、位移管（杆）和附件等部分组成。荷载箱外径略小于桩的外径，将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥（如图2所示）。即在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。再通过将自平衡静载试验的荷载箱向上、向下的荷载—位移曲线等效转换为相应传统静载试验的荷载—位移曲线的方法。

郑州黄河特大桥试桩相关参数计算主要依据《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》（JGJ/T 403—2017）及工程地勘报告、《试桩技术要求》等文件。经计算来确定桩身的平等点位置即埋设自平衡荷载箱的位置（见表2）。

3.2 钢筋计、土压力计的埋设

本次试验采用钢筋计测定桩体的应力分布，采用土压力计测试桩端端阻力，在整个试桩试验过程中对桩身进行应力测试。本次试桩试验钢筋计埋设根据地层分布情况及地层厚度综合考虑，从荷载箱两端1 m处开始上下布置在地层分界处，土层厚度大于10 m的等厚加布一层，每层测试面等分布置钢筋计3个，钢筋计、土压力计布置如图3所示。

3.3 声波透射法声测管的埋设

（1）管材要求及驳接方式预埋管用内径5 cm的普通自来水管或黑铁管。用自来水管的螺口驳接方式，但驳接时不用麻丝、油漆，直接拧接即可。管内不能有泥沙或其他异物存在。上、下管口要封口，上管口要高出灌注砼面30 cm以上，检测前将检测管引至井口位置（地面），以便检测时安装探头电缆滑轮。

（2）固定方式。预埋管可直接用铁丝捆扎在钢筋笼竖筋上，各预埋管要大致相互平行，并大致垂直于桩底。如果钢筋笼不到底，则底部应用铁丝捆扎短钢筋作相对固定，为了安全，尽可能不要在桩底内焊接。对于钢筋笼到底并且是用吊机吊入桩孔的，可在地面先把预埋管安装在钢筋笼上。此时如果采用点焊驳接固定预埋管，请注意不能焊穿或局部漏焊管材。空桩部分检测管采用10号低碳钢丝（直径3.251 mm）绕紧后再用锚钉固定于井壁，每根检测管单独固定。各检测管由多节衔接加长，每节检测管附壁固定不少于一处。布于大桩径桩中心轴线位置的檢测管以“十”字形绕紧铁丝并固定于井壁。

（3）管根数及分布要求。当桩直径0.8m4 检测结果分析

4.1 自平衡载荷试验

3根试验桩的下段桩、上段桩荷载、沉降量汇总报分析如下。

（1）S1#桩下段桩（桩端）：加载至15 000 kN，在该级荷载作用下，桩顶总沉降量为25.73 mm≤60 mm，沉降量及稳定时间正常，Q-s曲线呈缓变形，s-Lgt曲线平稳，s-LgQ曲线尾部未出现陡降直线段，卸载时回弹量为0.74 mm，回弹率为3.68%。根据极限承载力判定标准，下段桩（桩端）的竖向抗压极限承载力测定值Qu下达到15 000 kN。

S1#桩上段桩：加载至15 000 kN，在该级荷载作用下，桩顶总上拔量为20.10 mm≤40 mm，上拔量及稳定时间正常，Q-s曲线呈缓变形，s-Lgt曲线平稳，s-LgQ曲线尾部未出现陡降直线段，卸载时回弹量为0.96 mm，回弹率为3.73%。根据极限承载力判定标准，上段桩的抗拔极限承载力测定值Qu上达到15 000 kN。

S1#桩：荷载箱上段桩自重W≈1 295 kN、λ=0.75，根据公式计算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S1#单桩竖向抗压极限承载力测定值达到33 273 kN>30 000 kN；满足单桩承载力特征值15 000 kN设计要求。

（2）S2#桩下段桩（桩端）：加载至16 500 kN，在该级荷载作用下，桩顶总沉降量为16.01 mm≤60 mm，沉降量及稳定时间正常，Q-s曲线呈缓变形，s-Lgt曲线平稳，s-LgQ曲线尾部未出现陡降直线段，卸载时回弹量为4.15 mm，回弹率为25.92%。根据极限承载力判定标准，下段桩（桩端）的竖向抗压极限承载力测定值Qu下达到16 500 kN。

S2#桩上段桩：加载至16 500 kN，在该级荷载作用下，桩顶总上拔量为15.92 mm≤40 mm，上拔量及稳定时间正常，Q-s曲线呈缓变形，s-Lgt曲线平稳，s-LgQ曲线尾部未出现陡降直线段，卸载时回弹量为4.45 mm，回弹率为27.95%。根据极限承载力判定标准，上段桩的抗拔极限承载力测定值Qu上达到16 500 kN。

S2#桩：荷载箱上段桩自重W≈1 295 kN、λ=0.75，根据公式计算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S2#单桩竖向抗压极限承载力测定值达到36773kN>30 000 kN；满足单桩承载力特征值15 000 kN设计要求。

（3）S3#桩下段桩（桩端）：加载至16 500 kN，在该级荷载作用下，桩顶总沉降量为24.21 mm≤60 mm，沉降量及稳定时间正常，Q-s曲线呈缓变形，s-Lgt曲线平稳，s-LgQ曲线尾部未出现陡降直线段，卸载时回弹量为0.75 m，回弹率为3.10%。根据极限承载力判定标准，下段桩（桩端）的竖向抗压极限承载力测定值Qu下达到16 500 kN。

S3#桩上段桩：加载至16 500 kN，在该级荷载作用下，桩顶总上拔量为9.06 mm≤40 mm，上拔量及稳定时间正常，Q-s曲线呈缓变形，s-Lgt曲线平稳，s-LgQ曲线尾部未出现陡降直线段，卸载时回弹量为1.96 mm，回弹率为21.63%。根据极限承载力判定标准，上段桩的抗拔极限承载力测定值Qu上达到16 500 kN。

S3#桩：荷载箱上段桩自重W≈1 310 kN、λ=0.8，根据公式计算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S3#单桩竖向抗压极限承载力测定值达到35 487 kN>30 000 kN；满足单桩承载力特征值15 000 kN设计要求。

4.2 桩身内力测试

本次试验3根试桩均埋设有钢筋应力计，具体安装位置见钢筋应力计布置示意图，对在竖向荷载作用下的桩身应力分布进行了测试。根据桩身轴力测试结果，经计算得到3根试桩在各自的最终荷载作用下的桩周土抗压侧阻力及桩端阻力（见表3）。

4.3 桩身完整性检测

本次试验3根试桩均埋设声测管，通过对其声波透射法检测，在载荷箱上、下段桩桩身均完整（在基桩上、下段分别判定）。基桩检测汇总表见表4。

5 结论

（1）根据基桩自平衡静载试验成果曲线，综合分析后得出场地试桩的单桩竖向抗压承载力特征值（见表5）。

结合受检桩的试验情况及Q-s、s-LgQ、s-Lgt曲线特征，根据规范判定各受检桩单桩竖向抗压承载力特征值均达到30 000 kN，满足设计要求。

（2）郑州黄特大桥试桩场地桩身范围内各土层在最终荷载作用下其桩侧摩阻力标准值及桩端端阻力标准值见表3。

（3）虽然检测结果比较理想，但铁路施工建设一般建设是几公里至上千公里，地质环境变化极大，故在设计时要充分考虑成桩工艺、地质条件、地层参数、桩土效应等对基桩承载力的影响，以确保工程安全。

6 结语

当前，高速铁路建设向大跨距、高索塔等方向发展，各种大直径、大吨位基桩应用越来越普遍，确定桩基基础承载力最可靠的方法是传统静载试验。传统静载试验测试基桩承载力，成果直观、准确可靠，是其他检测方法的比较依据。然而高速铁路建设总是要穿过高山，跨过大河，造成了桥梁基桩的施工场地狭窄，基坑较深及超大吨位桩等情况下，传统的静载试验受到场地和加载能力等因素的约束而无法进行，以致许多大吨和特殊场地的桩基基础承载力得不到可靠的数据。

基桩自平衡静载试验与传统静载试验相比具有很多的优势，可以归纳为以下几点。

（1）裝置较简单，不占用场地，不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架，试桩准备工作省时省力。

（2）该法利用桩的侧阻与端阻互为反力，因而可测得侧阻力与端阻力和各自的荷载～位移曲线。

（3）试验费用省。尽管荷载箱为一次性投入器件，但与传统方法相比，可节省总费用的30%～60%，具体比例视桩与地质条件而定，吨位越大越明显。

（4）试验后试桩仍可作为工程桩使用，可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆。

（5）在下列情况下该法更显示其优势，例如：水上试桩、坡场试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等，这些都是传统试桩法难以做到的。

参 考 文 献

[1]中铁工程设计咨询集团有限公司.新建铁路郑州至济南铁路郑州至濮阳段施工图（ZPZQ-8标）郑州黄河特大桥试桩技术要求[Z].2017.

[2]JGJ/T 403—2017，建筑基桩自平衡静载试验技术规程[S].

[3]DB36/T574—2010，桩身自反力荷载箱[S].

[4]JJG（赣）02—2008，测桩荷载箱[S].

[5]TB 10218—2008铁路工程基桩检测技术规程[S].

[责任编辑：陈泽琦]