基于法国规范的桩基静载试验方法及应用

王福刚

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安）

本文以塞内加尔达喀尔快速公交（BRT）工程项目Case-Bi 桥为例，对桥梁桩基静载试验的工程实例进行了详细介绍，讨论了方案编制过程中所作的前期准备、试验桩基的选取、试验参数的确定、试验桩和反力桩的计算、反力系统、试验实施步骤和注意事项等工作内容。

1 工程概况

OACase-Bi 桥中心里程为PK5+877.767，跨越Case-bi 环形交叉口，交角90°，桥梁长度107.2 m，16+3×24.5+16 m钢混组合连续梁，共有桩基96 根。

2 地质工程概况

桥址区地形平坦、开阔，地面高程介于16.1～16.5 m。无不良地质风险。地表分布薄层回填土，其下主要为细砂，湿～饱和，中密～密实。

3 桩基轴向静载试验

3.1 试验目的

桩基静载试验为了验证桩基础，根据以下程序，观察估计的允许变形。

根据加载和测量位移，测试单桩承载力以及荷载与位移的关系。

3.2 试验方法

桩基试验主要依据法国1999 年12 月NF P94-150-1 标准执行[1]。也就是桩基静止试验，通过平台和徐变，在桩顶荷载增量ΔQ=0.2Qmax 逐渐增加直至Qmax。

根据地质情况设计确定了桩基设计承载力，并计算了最大破坏荷载，根据设计荷载确定了桩基试验荷载。

在不断加载阶段，观测桩顶位移值，直至最大荷载。就像规范3.2.1 中描述的，主要是在桩基加载时桩头的位移，获得荷载和变形曲线，如图1 所示。

图1 桩基荷载和位移曲线

这里的说明要非常注意，试验的目的是为了验证已施工的桩基。试验绝对不能达到断裂时的承载力。根据法国规范NF P94-150-1 或类似规范，为了验证砂岩的承载能力，先前的轴向静载试验要达到使桩基破坏，且为独立桩而不是群桩基础的一部份，每座高架桥至少进行一次静载试验；如果一座桥梁有不同地质，每种地质都要做一次试验。另一方面NF P94-150-1 规范中明确指出检验试验是在施工过程中实施。

根据NF P94-150-1 规范中的试验程序，要求检验试验的桩基是桥梁桩基的组成部分。最大的轴向压应力值根据桩基达到的设计荷载QELS确定。

对于这种情况，试验桩的选择符合以下要求：

（1） 设计参数的了解，进行钻探不同地方钻探和土工试验，做其他试验是没有必要的。（2） 依据NF P94-150-1 规范中6.2.2 中规定，业主、专家组和承包商共同确定能够在群桩中的一根桩进行检验试验。（3） 这个允许保留试验桩的试验方法。也就是桥梁的一个桩基在使用前进行试验，桩基试验荷载绝对不能超过Qe。

4 试验桩的参数

试验桩长27 m，直径1.2 m。

抗拔桩长18 m，直径1.2 m。

5 试验桩的计算参数

5.1 QELS的计算

根据计算，试验桩有关的主要设计数据为：

ELS Quasi Permanent 状态计算最大桩顶力：3 714 KN；

试验桩顶最大作用力Qe=1.3QELS=1.3×3714=4 828 KN；

试验桩顶最大竖向位移：20 mm；

试验桩两侧3.6 m 施工锚固桩作为反力装置时的最大容许受拉荷载为3 010 KN。

5.2 反力桩的验证

5.2.1 桩顶拉力

静载试验桩桩顶压力为4 828 KN。两个对称的反力桩共同承担拉力，每个桩的拉力为4828/2=2 414 KN，验证桩基的拉力。

5.2.2 结构受力分析计算

反力桩采用CCTG62 分册第五章中的计算理论[2]，桩长计算结果如下：

反力桩桩长能够满足要求。

5.2.3 锚固桩的验证

5.2.3.1 反力桩材料特性[3]

6 试验准备工作及试验步骤

6.1 接桩

将桩头混凝土凿除，至露出新鲜的混凝土面，用全站仪测出桩的中心位置，并以此点为中心，接桩1.4 m。为使所接桩头与桩身良好地连接和过度，采用直径1.6 m的圆形模板，与桩身同标号RN27 混凝土浇筑。浇筑前，在桩的周围垫5 cm的泡沫板使接桩的底部与地面分离，以避免地基对所接桩头的承载作用而影响桩的试验精度。

6.2 反力系统

反力系统由2 个反力桩、1 个加载横梁长8 m 以及横梁与桩的连接系统构成，在开始试验前，保证系统的平稳。通过测量工程师使千斤顶中心与桩中心一致。保证反力桩利用该桩相邻锚固桩，每根锚固桩的允许抗拉强度为3 010 KN，大于实际所受拉力2 414 KN，是安全的；横梁由钢板焊制；横梁采用销轴与预埋于桩顶的锚固装置相联（如图2 所示）。

图2 反力系统示意

6.3 轴向力加载系统

加载系统由2 台250t 千斤顶、对应的油表和电动油泵组成，千斤顶和油表已经标定过并求出了线性回归方程，根据此公式求得的各加载阶段力和油表的对应值关系。为保持所施加的力的方向与桩轴重合，在千斤顶上部与加力梁接触部位采用球形支座。加载系统布置如图3 所示。

图3 加载系统示意

图4 测点布置

6.4 测量装置

6.4.1 量测仪器

2 台250t 千斤顶，配置球接头使力作用于桩顶，千斤顶配置油泵供油和油表，油量的缓慢供应能够让操作员通过观察按制的。4 块百分表用于测量反力桩的位移。

6.4.2 变形测量系统

专用的测量系统就是为了测量变形，它由以下组成：（1） 试验桩周围呈90°设置4 块百分表；（2） 每个反力桩在两个不同方向设置1 块百分表；（3） XYZ坐标测量点，在每个桩上布置一个。

测量仪器：油表和百分表分别用于千斤顶压力读数和位移读数。浇筑桩帽混凝土时，按图示相应位置预埋铁件。

测量装置测量的是竖向的相对位移，试验期间支撑物有可能发生水平变形，因此，需要在试验桩的适当位置设置一个测量点，这样的垂直度检查是非常必要的[4]。

6.4.3 X、Y、Z的测量

设置一个基准点，作为在加压操作过程中测量桩的基准点。与竖向位移测量的8 块百分表组成了水平和竖向变形的测量系统[5]。

增加的X、Y、Z测量点是有必要的。

每级荷载平台都要进行桩顶的X、Y、Z的测量。

试验期间，如百分表的支撑基础遭到破坏，要及时修复。

固定表的基座，采用打入土壤内的支撑物或者混凝土浇筑的，但不能出现变形情况。让能够产生振动的机械远离现场。

6.5 试验的实施

6.5.1 装载- 卸载步骤

（1） 先对试桩施加10%Qe 的荷载，该施力过程需保持15 min，在此过程中，分别读出该桩在1 min、2 min、3 min、5 min、7 min、10 min 和15 min 各时刻的位移读数。此过程的加载和卸载过程都按制在1 min 之内。（2） 上一个过程完成后，依次采用压缩力为0.2Qe至Qe 分5 个平台对试桩实施加载，每个平台力的作用时间为1 h。采用千斤项加力时，操作手应随时查看油表的读数，有压力损失时应及时补充。当头三级荷载0.2Qe、0.4Qe、0.6Qe 持荷过程中，如果2 min 的位移量小于0.5 mm。可以将平台持荷时间缩短到15 min。（3）卸载时，仍以0.2Qe 为级别，按0.8→0.6→0.4→0.2Qe 的顺序进行，每个平台力的作用时间为3～5 min，并不超过5 min。如图5 所示。

图5 装载- 卸载程序

6.5.2 测量

所有测量仪器归零并记录开始读数，在每级荷载平台值时，要记录加载千斤顶油压表读数和桩头周围的百分表的垂直位移。

（1） 在加载过程中，对于每个平台力而言，都要按以下几个时间点来测量作用于桩顶的压力以及桩的位移情况，这几个时间点分别是t=1，2，3，4，5，10，15，20，25，30，45，50，60。（2） 在作用力为Qe 作用下桩的顶部移动的最大距离Se。（3） 在作用力为Qe 作用下，桩在1～60 min 之间移动的距离。（4） 在彻底卸载后1 h 也要测量（油压表和百分表）。

6.5.3 试验数据收集及记录

及时将油表与测量的数据整理成表格形式和绘制成图表反映。试验桩加载图中的坐标为通过油表反映的桩顶压力Q0 和对应的桩顶垂直位移S0，这些最终值为4 块百分表的垂直位移的平均值，每级荷载平台都是从1～60 min。

实验完成后及时提供反力桩的变形报告。

结束语

桩基受力的安全性至关重要，设计人员已设置足够的安全度来确保其安全，但受地质变化、施工质量等因素的影响，需对桩基承载能力进行检测试验，桩基静载试验是运用在工程上对桩基承载能力检测的一项成熟技术，该文中介绍了法国规范中关于桩基静载试验的方法，希望能够为今后类似工程提供借鉴。