预制预应力混凝土管桩轴向静载试验分析

胡建云

（中交二公局海外事业部（国际公司），陕西 西安 710065）

0 引言

马来西亚当地公司Sri Datai和中国港湾联营项目第二干道 B1a 标段，林牙河大桥项目，全线1.12km，桥梁部分长725m，路基部分395m，设计为双向两车道道路；主桥为90m+148m+90m悬浇箱梁，两岸引桥为38.8m+3×40m+39.63m预制T梁简支梁桥；引桥基础为600mm预制混凝土管桩，全桥一共有182根预制混凝土管桩，每根长60多米。根据图纸及标准要求，东西岸预制混凝土管桩需做轴向静载试验，以检测桩基承载力，从而指导引桥部分桩基的设计和施工。该项目引桥部分地基土质40m以上为淤泥质土，在比较深的淤泥质土中，使用预制混凝土管桩相对于其他方案而言，具有承载力强，经济效益好，施工安全，更好控制及施工进度快等优点。本文以砂拉越第二干道B1a标直径600mm预制管桩静载试验为例，对预制预应力混凝土管桩轴向静载试验进行分析。

1 静载试验方案

1.1 试验仪器、加载设备

试验仪器和设备主要有：钢框架支座，钢主梁，工字钢梁，混凝土块，千斤顶，油泵，传感器，刻度尺及水准仪等。

1.2 试验桩及试验平台的准备

（1）沉桩完成后，荷载监测达到2倍工作压力且沉桩深度满足图纸要求后，根据试验设备尺寸，标记并切除桩头，为了试验过程中桩受力均匀，桩头用铁头套上，铁头和桩之间空隙用高强砂浆填充[1]。

（2）安装试验设备前，对地面进行加固处理，确保能承受堆载系统的重量，并根据堆载系统安装图，对地面进行平整处理和高度调整。

1.3 试验桩基本情况

（1）试验桩名称：P10-1，桩类型：预应力预制混凝土管桩，沉桩长度：60.3m。

（2）设计工作压力：2200kN（WL）；第一加载循环最大压力：2200kN（1×WL），第二加载循环最大压力：4400kN（2×WL）。

（3）千斤顶型号：CLRG-10006，作用面积：227.2in²，千斤顶数量：1个，总共作用面积：227.2in²。

1.4 静载试验步骤

（1）按照规范要求，使用堆载系统及千斤顶对桩进行轴向静载试验，以检测桩承载力。

（2）桩抗压强度达到要求，沉桩完成后，根据堆载系统安装图对高度的要求，切除多余的桩，安装铁头，并填充高强砂浆。

（3）按照设计图纸安装堆载系统。

（4）堆载系统安装完成后，依次按图从下往上安装铁板（用于放置监测用的沉降传感器及尺子）、千斤顶、压力传感器、半球形支座、主梁。这些设备安装必须同轴。

（5）桩的沉降通过在桩顶安装4个位移传感器连接电脑进行监控，同时安装4个刻度尺配合水准仪读数作为复核。

（6）按照规范及图纸要求分级进行加载，并填写预制预应力混凝土管桩轴向静载试验记录表。

（7）根据试验过程监控压力-沉降情况及最终沉降值判断桩承载力是否合格。

1.5 堆载系统及监测仪器安装

（1）堆载系统组成：钢框架支座及中间主梁上放I型钢梁，I型钢梁上放混凝土块，共同组成试验要求的压力配重。

（2）安装钢框架支撑，支撑下面地基承载力必须足够支撑大于整个堆载系统配重的1.2倍。钢框架支撑也需要进行受力验算。安装位置应准确。

（3）主梁和型钢梁安装：确保主梁和型钢梁的中心和试验桩的中心重合。

（4）逐层安装混凝土块，确保中心和试验桩中心重合，并且在一个平面上。

（5）安装千斤顶，油泵，压力传感器，位移传感器及刻度尺，并在试验开始前读取初始读数。

2 加载方法

2.1 试验加载循环

试验桩的加载分两个循环进行 ，以加载系数WK表示加载等级，加载系数WK是桩设计工作压力。试验准备工作结束开始加载前桩承受的荷载状态应为0。

2.2 混凝土管桩各循环的加载等级

第一加载循环：0WK→25%WK→50%WK→75%WK→100%WK→75%WK→50%WK→25%WK→0WK→25%WK→50%WK→75%WK→100%WK

第二加载循环：100%WK→120%WK→150%WK→175%WK→200%WK→175%WK→150%WK→100%WK→75%WK→50%WK→25%WK→0WK

3 评定标准

合格判定标准为：

加载力达到100%WK，并持荷24h后，最大沉降值不超过12.5mm，且卸载完成后，剩余沉降值不超过6.5mm。

加载力达到200%WK，并持荷24h后，最大沉降值不超过38mm且不超过10%D（D为桩的直径），且卸载完成后，剩余沉降值不超过6.5mm。

4 静载试验案例分析

该项目预制预应力混凝土管桩直径为600mm，设计沉桩深度为平均60m，设计工作压力WL=2200kN,地质为地下-40m以上为淤泥质土，地质条件较差；试验桩要求：满足28d强度要求80MPa，试验按照规范ASTM D1143要求执行；合格要求为：在1倍工作压力（既2200kN）作用下，沉降值不超过12.5mm；在2倍工作压力（既4400kN）作用下,沉降值不超过38mm，且卸载后，沉降值剩余值不超过6.5mm。

4.1 沉桩

沉桩前按照50cm为一格标记出桩长刻度，便于随时查看桩的沉桩长度；沉桩过程中，使用沉桩监测仪监测桩锤击力及入土深度，按规范要求直到显示达到试验压力（即桩工作荷载的2倍），若监测仪报告显示合格，则可进行静载试验。

4.2 试验桩桩头及地面处理

（1）桩打设完成，监测仪器显示承载力达到4400kN，且沉桩后超过21d，满足规范要求后，根据试验设备尺寸，标记并切除桩头，为了试验过程中桩受力均匀，桩头用铁头套上，铁头和桩之间空隙用高强砂浆填充[2-3]。

（2）安装试验设备前，对地面进行加固处理，确保能承受堆载系统的重量，并根据堆载系统安装图，对地面进行平整和高度调整。由于地质为淤泥质土，需要对地基进行处理，处理方法为在堆载系统支座底部对应位置打方桩。

4.3 试验堆载设备的设计及安装

（1）设计：该项目直径600mm的预制管桩，设计工作荷载为2200kN。按照规范要求，试验压力应为工作荷载的两倍即4400kN(440t)，按照不小于1.2倍的安全系数考虑，桩顶堆载系统的配重应为不小于528t，所以根据本试验方案，桩顶配重设计为=主梁（12t）+工字钢梁22根×2t/根+混凝土块117×4.15t/块=541.55t。

（2）安装：按照从下往上的安装原则，在地基处理好之后，按桩头处理→安装支座→安装千斤顶、重力传感器、千斤顶顶部主梁→安装工字钢梁→逐层安装混凝土块→安装监测沉降的传感器及刻度尺→安装油泵的顺序进行安装。

应注意所有钢支座、钢梁必须在试验前进行安全承载计算，千斤顶、油泵及仪表必须在安装前进行标定。

4.4 试验过程

（1）堆载平台及试验仪器安装检查：为了确保试验的准确性及试验过程的安全性，开始试验前，对堆载平台进行检查，确保主梁、工字钢梁、混凝土块平台等中心和试验桩中心在同一轴线上，受力均匀，并对所有仪器仪表标定进行检查，检查完成后，开始试验。

（2）加载、持荷及卸载：按照规范要求加载程序进行加载、持荷、卸载，通过电脑连接传感器，检测试验桩在受力过程中的沉降情况并记录，同时按规范要求频率使用水准仪测量、人工读数刻度尺并填写记录表，监控桩在加载、持荷及卸载等全过程中的受力和沉降情况。本试验加载按表1进行。

表1 加载表

（3）试验记录及结论

试验记录见表2所示。

表2 预制预应力混凝土管桩轴向静载试验记录

试验结论：根据以上试验记录，桩在1倍工作荷载2200kN作用下，持荷24h后，沉降值为10.65mm＜12.5mm，卸载后剩余沉降值为1.96mm＜6.5mm；②桩在2倍工作荷载4400kN作用下，持荷24h后，沉降值为30.22mm＜38mm,卸载后剩余沉降值为6.46mm＜6.5mm；因此本次静载试验合格。

5 结束语

预制预应力混凝土管桩具有承载力高，经济性好，施工效率高，更能保证施工安全等优点；而轴向静载试验是验证桩承载力较准确的检测方式，是验证桩承载力是否满足规范要求的重要手段，本工程采用的混凝土块堆载式堆载系统静载试验设备，结构设计合理，结构刚度大、经济性好、装拆方便，静载试验过程中的加载力计算准确，满足设计和施工检测需求。