自平衡静载试验在临轨桩基检测中的应用分析

李玉峰

贵州中建建筑科研设计院有限公司 贵州 贵阳 550006

引言

在临轨工程中，基本在轨道保护的范围中，采用传统方法来对工程桩实施检测，往往存在诸多的弊端，检测的效果也存在不足，而对桩基通过自平衡的测试法，就能够实现对静载法的超大吨位、深基坑和狭窄的场地等一些复杂条件中试桩问题有效解决，且还具有省时省力和费用低的优势，因此得到临轨工程的广泛应用，而自平衡静载试验在临轨桩基检测中如何应用，就是文章主要研究的内容。

1 工程概况

在某城市内地块的二期项目中，它位于城区内，且东侧和运营中轨道交通的2号线紧邻，中间又被在建轨道交通的5号线所贯穿。按照工程地的质勘察报告得知，此工程场地内各个土层的分布表现主要为：层厚为1.4～4.4m的杂填土；层厚为0.8～3.8m的粉质黏土；层厚为1.1～4.8 m的层粉质类黏土；层厚为1.5～4.7m的粉土；层厚为4.3～9 m的层粉砂夹类粉土；层厚为3.3～9.4m的粉质黏土；层厚为2.3～10m的层粉质类黏土；层厚为1.2～5.6m的粉土；层厚为2～7.8m的粉质粘土；层厚为7～10m粉质的黏土夹类粉土；层厚为5～10.2m的层粉质类黏土。此工程内，采用的是钻孔的灌注桩和筏板的基础，在桩端后进行注浆，其试桩都是1000mm的直径，混凝土的强度等级是水下的C40，其桩端的持力层是粉质的黏土夹类粉土[1]。

2 对试验桩的施工

按照自平衡的静载试验测桩法需要，对试验桩进行施工中需要把握好诸多注意事项：严格按照设计的图纸开展施工，在钻孔时对钻压掌握好，避免出现偏孔或者斜孔等情况，还要注意孔内的水头变化，避免泥浆反窜而发生塌孔，在终孔时要注意做好清孔处理；完成试桩的钻孔后，要对其垂直度通过可靠检测设备实施准确检测；对位移杆的外护管通过套管接头实施搭接处理，且和钢筋笼实现整体性的焊接，保证护管不会出现渗泥浆的情况；在荷载箱的埋置前，要对桩长、桩径、油管和钢管的长度进行检查；把荷载箱在平整地进行放置，通过吊车把上节的钢筋笼吊起并和荷载箱的上板进行一体化的焊接，且进行喇叭筋的焊接，后将荷载箱的底板和下节的钢筋笼进行连接，对下喇叭筋焊接，再通过吊车把测试设备和钢筋笼向桩底放入；在钢筋笼和荷载箱都放入到孔内后，实施二次清孔工作；在检查无误之后开始对混凝土浇筑，在混凝土和荷载箱接近时，对拔导管的速度要放慢状态，在荷载箱的上部位置混凝土超过2.5m高度时，导管的底端才能够拔过其荷载箱，对混凝土连续浇注到设计的桩顶位置，要求荷载箱的下部位置混凝土的坍落度要超过200mm的值；在施工期间要注意对油管、荷载箱和钢管封头进行保护[2]。

3 自平衡静载试验的原理和方法

3.1 自平衡静载试验的原理

在自平衡的静载试验检测中，主要利用试桩自身的反力平衡原理来实现的。把一种特制荷载箱加载设备和钢筋笼实施焊接，此荷载箱的位移就是桩身的变形，把它其埋到桩指定的部位，通过高压油泵对荷载箱进行充油而实现加载。此荷载箱的上段桩区域负摩擦力与自重同下段桩的正摩擦力和端阻力实现平衡，来对加载维持。将P1-34#的桩为例进行分析，按照此工程场地地质的参数情况，通过计算可以得知此检测桩自平衡点位置，也就是荷载箱在桩端约有21m位置处。在大直径的灌注桩实施自平衡的检测前，要先对桩身实施声波的透射法对其完整性进行检测，后再对承载力实施检测处理。

3.2 自平衡静载试验的方法

在加载和卸载的分级方面，其P1-34#桩的预估最大化加载值是2×8000 kN的值；其P3-35#和P3-39#桩的预估最大化加载值是2×8500kN的值；其P8-27#桩的预估最大化加载值是2×7500kN的值；各个桩均分作10级进行加载，且第一级的加载量取作2倍的分级荷载，每级的卸载量是加载时2倍的分级荷载[3]。

在每级荷载完成施加后，分别在5分钟、15分钟、30分钟、45分钟、60分钟各对一次位移进行测读，后每隔有30分作开展一次测读。在位移相对的稳定标准方面，自分级荷载的施加后第30分钟开始，依据1.5小时连续三次且每30分钟位移的观测值实施计算，要求每小时内位移的增量不能比0.1mm大，且要连续两次出现。

在加载的终止条件方面，在总位移量等于或者超过40mm的值，本级的荷载下沉量等于或者超过前一级的荷载5倍下沉量时，对加载就可以终止了，且取自比终止的荷载要小一级荷载当作极限的荷载；在总位移量等于或者超过40mm的值，本级的荷载和后24h加上未达到稳定状态时，就可以对加载终止了，且取自比终止的荷载要小一级荷载当作极限的荷载；在总下沉量比40mm小，但其荷载已超过设计荷载和设计规定安全的系数乘积时，就可以对加载终止，且取此时荷载当作极限的荷载。

3.3 自平衡静载试验的系统

在自平衡静载试验的系统中，其荷载箱由活塞、底盖、顶盖和箱璧等四部分构成，且顶盖和底盖外径比桩的外径略小，在顶盖和底盖上进行位移杆的布置。把荷载箱和钢筋笼进行一体化焊接并放入到桩体，后对混凝土浇捣成桩。

对桩身的平衡点相应位置进行荷载箱设置，沿着垂直的方向实施加载处理，在检测时于地面上以油泵实施加压，在压力不断增加时，此荷载箱会同时朝上和朝下呈现变位的情况，进而促使桩侧的阻力和桩端的阻力发挥作用。此位移杆共有4根，把它们在声测管内放置，且将2根卡于荷载箱的顶盖，还有2根在底盖位置，实现它们的对称性布置，使用位移杆与其连接的位移式传感器，把所测得荷载箱的变形向数据采集的系统进行传输，从而获取上下两段桩关于荷载位移以及位移时间的曲线图，并获取上下两段桩承载力，对整桩的承载力实施确定。基准桩的入土深度要超过1m，其基准梁跨度要大于6倍桩的直径。此基准梁主要对位移式传感器进行固定，则本次的试桩选择40a型号工字钢使用。

4 检测的情况和结果的分析

4.1 试验的结果

对P1-34#桩进行到2×8000kN的加载时，此荷载箱的上段发生5.64mm的位移，下段发生-8.64mm的位移；对P3-35#桩进行到2×8500kN的加载时，此荷载箱的上段发生9.42mm的位移，下段发生-14.98mm的位移；对P3-39#桩进行到2×8500kN的加载时，此荷载箱的上段发生6.48mm的位移，下段发生-8.33mm的位移；对P8-27#桩进行到2×7500kN加载时，此荷载箱的上段发生7.29mm的位移，下段发生-7.30mm的位移。此4根的试验桩具有类似的曲线，选择P3-35#和P8-27#桩实施详细的讲解，按照实际情况能够得到现场实测的数据s-lgt和Q-s的曲线。

根据P3-35#和P8-27#桩现场实测的数据s-lgt和Q-s的曲线情况，在试验桩达到了设计最大的加载量要求时，其所有桩桩身的位移具有很小的变形量，且都能够达到稳定的标准，比规范要求中极限的位移量还要远远小于，且没有发生任何的破坏情况，其Q-s的曲线呈现缓变型，而s-Igt的曲线呈现平直型，因此取向上和向下两方向最大的试验荷载当作上下段桩中极限的加载值使用。

4.2 计算分析

按照检测的数据、实际测量和计算分析的曲线，对受检桩其极限的承载力进行计算，计算的公式如下式。

在上式内，Qu表示单桩竖向的承载力其极限值，单位为kN；Quu表示上段桩极限的加载值，其单位为kN；Qud表示下段桩极限的加载值，单位为kN；W是荷载箱其上段桩自重和附加重量的和，单位为kN；γ1表示受检桩抗压的摩阻力为其转换的系数。

通过上述的实测数据和计算分析得知，此工程所选取4根数量的试验桩其竖向抗压具有极限的承载力都比单桩竖向具有抗压的承载力2倍特征值要高，符合设计的要求标准。

5 结束语

在临轨桩基的工程中，传统的静载试验往往会对轨道的结构造成变形影响，但自平衡的静态试验检测一般不会受到限制，几乎不会对轨道产生任何的影响；且对环境具有较低的要求，对场地的适应性也十分强，它加载的能力能够按照试桩要求实施专门的设计，能够实现对超大吨位的基桩其承载力的有效检测。