自平衡试验法在大直径嵌岩桩工程中的应用

徐泽华

余杭交通建设有限公司 浙江杭州 311100

1 工程概况

砂拉越日拔大桥项目主线全长3586．234m，其中桥梁部分总长1283．04m，主桥为3跨半漂浮体系双塔双索面混凝土结构斜拉桥，桥梁跨径组合为（108．4+267．6+108．4）m；道路部分总长2303．194m。

1.1 主要施工内容包括

①修建一座横跨Kemena河的双向4车道桥梁，设计速度80km/h，包括一座跨越城市主干道的立交桥；②修建带有排水、照明系统的引桥；③街道照明和道路交通安全设施的安装，桥梁装饰照明系统和景观美化。④民都鲁侧既有道路改造加宽、Jepak侧连接到既有路的新建道路。本工程桩基数量共327根，φ1．0m桩282根，φ2．5m桩45根。桩基检测包括自平衡法（仅非工程桩）、静载法、高应变法、静动法、低应变法、声波透射法及钻孔取芯法等多种类型，本文仅对自平衡试验进行探讨[1]。

1.2 试桩参数及地质情况

本工程φ2．5m桩自平衡法试桩设计工作荷载2500t，最大试验荷载5000t，位于民都鲁侧主墩承台附近．

2 自平衡原理及与传统静载法

2.1 自平衡原理

自平衡试桩法是一种接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，通过量测预先埋置在桩内钢筋笼上的应变计，就可以实测到各应变计在每级荷载下产生的应变，由此求得在各级荷载作用下试桩截面的桩身轴力值，以及轴力、摩阻力随荷载和土层分布变化的传递规律。

2.2 堆载法

采用堆载法进行试桩试验。经设计：主梁需采用双拼双层钢箱梁，钢箱梁由4根H900型钢组合焊接而成，宽1m、高1．85m、长16m。堆载高度需要15．15米，场地地基要求高，主梁的制安加工要求高，需极高的成本，且存在极大的安全隐患。

2.3 锚桩法

采用锚桩法进行试桩试验。经设计：需在试桩附近区域打四根锚桩，且锚桩顶需结构加强，主梁需采用双拼双层钢箱梁（与上述堆载法结构相同）。

3 主要试验设备

①每根试桩采用一个特制环形荷载箱，荷载箱包含4个对称布置的900t千斤顶。②高压油泵：最大加压值为70MPa，加压精度为每小格0．4MPa。③位移测量装置：桩身位移检测采用高精度电子位移传感器，型号GEOKON44。④应力测量装置：桩身轴力检测采用振弦式应变计，型号GEOGAGEGV4200，量程3000με，灵敏度±0．1%FS，使用温度-20至80℃。⑤电子水准测量仪：电子水准仪来测量焊接在桩顶钢筋上的标尺的读数变化，用来测量桩顶位移[2]。⑥笔记本电脑及数据自动采集仪一套。

4 仪器安装及方案实施

4.1 荷载箱位置的确定

在荷载箱以下的桩侧阻力以及桩端阻力之和与荷载箱以上的桩阻力达到极限值并且相等时的位置为荷载箱设置的位置，即“平衡点”。本项目ET-01桩基采用单荷载箱，根据设计公司提供数据，此荷载箱距桩底约6m；根据本项目地勘数据与国内规范《港口工程嵌岩桩设计与施工规程（JTJ285-2000）》第4．2．3条对嵌岩桩单桩轴向抗压承载力设计值进行计算，计算过程如下：

嵌岩桩单桩轴向抗压承载力设计值可按下式计算：

覆盖层段承载力：1872kN；入岩长度12．5米，嵌岩段侧阻力：121200Kn；嵌岩段端阻力：13200Kn。

荷载箱距桩底约6m此设计合理。

4.2 荷载箱的安装

本项目钢筋笼保护层厚度75mm，笼直径2350mm，通过将荷载箱立放，再绑扎钢筋的方式，完成荷载箱安装，含荷载箱的钢筋笼共14m长，重量达到14t，其中荷载箱重量5t。

埋设完荷载箱后，及时保护油管及镀锌管封头并做好标记，防止水泥浆渗入，保证管线不受破坏。

4.3 喇叭口的焊接

混凝土浇筑时，为防止导管无法通过荷载箱预留孔和预防导管损坏仪器，在荷载箱上下铁板上需焊接喇叭筋。喇叭筋数量不应少于主筋数量，且与荷载箱平面夹角大于60°。

4.4 应变计、位移杆安装

应变计在土层分界面处沿桩身对称布置2或4个，为了得到准确土层摩阻力数据，项目部根据地勘资料，共布置12层。位移杆共计12根，4根用于量测桩身荷载箱处的向上位移，4根用于量测桩身荷载箱处的向下位移，4根用于量测桩顶向上位移。位移管护管与钢筋笼绑扎成整体，位移杆护管使用φ12．5mm镀锌管。

4.5 钢筋笼安装及砼灌注

钢筋笼总计分为5节，合计总重约57t。浇筑混凝土控制塌落度200+25mm，混凝土初凝时间控制在8小时以上，单桩理论方量为267m3。当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，当荷载箱上部混凝土高度大于4m时导管底端方可拔过荷载箱，浇混凝土至设计桩顶。

4.6 搭设防风棚架

现场共需两个防风棚架，一个防风棚架确保测试时仪器不受外界影响，另一个用来安置电子水准测量仪[3]。

5 效益分析

本次自平衡试验总计38天，开钻时间2019年9月30日，混凝土浇筑完成日期10月8日，试验开始时间11月5日，试验结束11月7日，混凝土试块7天强度35Mpa，28天强度53Mpa。相比与传统堆载法试验，无需场地处理，堆载块的安卸，因此自平衡试桩法在本项目中的应用大大节约试验周期时间，为验证桩基设计合理性、安全性提供了理论依据。

此外，本次自平衡试验试验检测费共约24万马币，若采用静载实验法，参考以往同级别静载试验法经验，主梁和次梁所需钢材约200t（加工并运输到现场费用约110万马币），钢主梁（单榀重约60吨）安装需要用到大型起重设备，总费用远远超过24万马币，因此自平衡试桩法在本项目中的应用大大节约了项目成本。

6 结语

马来西亚砂拉越日拔大桥项目自平衡试验取得圆满成功，达到了预期的目的，为2500mm桩基施工起到较好的指导。自平衡试验法具有安全、省时、省力且更经济的特点，可对我公司类似大直径嵌岩桩基试桩提供参考。