自平衡法在特大桥桩基承载力试验中的应用

王 勇,吕茂丰

(中铁五局集团 机械化工程有限责任公司,湖南 衡阳 421400)

自平衡法在特大桥桩基承载力试验中的应用

王 勇,吕茂丰

(中铁五局集团 机械化工程有限责任公司,湖南 衡阳 421400)

结合自平衡法在厦蓉高速公路文明特大桥钻孔灌注桩的承载力试验中的应用,详细阐释了自平衡测桩法的关键技术,总结了自平衡测试技术的施工经验,为同类桥梁的桩基试验提供有益的借鉴.

自平衡法;桩基承载力;文明特大桥

传统的桩基荷载试验方法有两种,即堆载法和锚桩法.这两种方法都是采用油压千斤顶在桩顶施加荷载,而千斤顶的反力,前者通过反力架的堆重与之平衡,后者通过反力架与锚桩的抗拔力平衡.这两种方法都需要昂贵费用、较长的时间,而且易受吨位和场地条件的限制.针对存在的这些问题,80年代,美国学者Osterberg提出在桩底预埋荷载箱用于测试桩端阻力和桩侧摩阻力这种桩底平衡的试验方法;90年代,我国东南大学在国外学者研究的基础上开发出将荷载箱移至桩底上部某一平衡点,使上端负摩阻力与下正摩阻力和端阻力相等的方法,称为自平衡法.同传统的桩基荷载试验方法相比,自平衡法具有技术先进、加载装置简单、测试自动化程序高和试验费用较少等优点.

本项目为确定单桩竖向抗压极限承载能力,验证并确定桩基沉降量,同时验证地质勘察报告所给桩基参数的可靠性,结合本工程桩基础设计承载力高、工期紧张、场地狭窄等实际情况,决定采用自平衡试桩法进行试验.

1 工程概况

文明特大桥为厦蓉高速公路汝郴段重点控制工程之一,全桥总长1790.88m.主桥为66m + 6 × 120m +66m预应力混凝土刚构连续梁和墩身壁厚为0.6m的双肢薄壁空心墩;引桥为跨径40m的先简支后连续T梁,下构为直径2m的柱式墩和壁厚为0.55m的薄壁空心墩两种.全桥基础均为桩基础,共348根桩基,桩径分别为2m,1.8m,1.5m,最大桩深57m. 本项目确定选取8#墩左右幅各一根桩基检测,设计为摩擦桩,试桩情况见表1.

表1 试验桩号概况

2 自平衡测试方法简介

2.1 测试原理

自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安装荷载箱,沿垂直方向加载,即可同时测得荷载箱上、下各自承载力.加载设备采用东南大学土木工程学院研制的专利产品——荷载箱,它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成.顶、底盖的外径略小于桩的外径,在顶、底盖上布置位移丝(通过声测管下穿).将荷载箱与钢筋笼连接后安装在桩身平衡点,即可浇筑混凝土,浇筑时将高压油管和声测管一起引到地面.试验时,从桩顶通过高压油管对荷载箱内腔施加压力,箱顶与箱底被推开,产生向上与向下的推力,从而调动桩周土的侧阻力与端阻力来维持载入平衡.图1为自平衡法测试示意图.

图1 自平衡法测试示意图

2.2 试验仪器及设备

基桩自平衡试验采用的设备有:荷载箱、电动油泵、电子位移计、数据采集仪、笔记本计算机等.

2.3 测试规程

载入采用慢速维持荷载法,测试按[1]和[2]中规定进行.

单桩竖向抗压极限承载力判断标准根据[2],实测荷载箱上、下位移计算承载力公式为

其中Qu为单桩竖向抗压极限承载力;Qu上为荷载箱上部桩的实测极限值,按[1]中附录B“试桩试验办法”确定;Qu下为荷载箱下部桩的实测极限值,按[1]中附录B“试桩试验办法”确定;W为荷载箱上部桩自重;γ为荷载箱上部桩侧阻力修正系数,本工程γ取0.8.

3 检测结果分析与建议

3.1 检测结果分析

左幅8-3桩桩于2009年5月25日灌注成桩,2009年6月19日开始测试;加载到预计加载值(2×22000kN)后停止加载,开始卸载.

根据现场实测数据绘制的Q−S曲线、S−lgt曲线,桩的测试曲线属缓变形,根据[1]和[2],取最大加载值为单桩极限加载值.

原始Q−S和S−lgt如图2所示,按照公式(1)计算.左幅8-3桩基最大承载力为 46306kN,此时最大位移向上 9.92mm,向下34.71mm,卸载后残余位移向上5.82mm,向下24.48mm.

图2 汝郴高速公路第十四合同段文明特大桥左幅8-3曲线图

上述位移值,尤其是加载初期,均远低于国家规范,可以判断桩的承载力发挥主要靠桩侧摩阻力.可以判定:左幅 8-3桩单桩竖向抗压极限承载力 ≥46306kN;单桩竖向抗压极限承载力满足设计要求.

3.2 测试技术施工建议

(1)桩基下钢筋笼之前,应对桩孔径、垂直度、孔底沉渣厚度进行检测,尤其是首次清孔后,泥浆的浓度与正常孔桩浓度偏低(或者添加外加剂减慢泥浆的沉淀速度),钢筋笼与荷载箱放入孔中后进行二次清孔.

图3 钢箱与钢筋笼现场焊接

(2)综合考虑吊装条件、钢筋笼的设计长度和荷载箱的埋深位置,将钢筋笼分三节.第一节钢筋笼为将荷载箱竖立在平整地上,将钢筋笼与荷载箱下板焊接连成一体并焊接下喇叭筋;将第二节钢筋笼与荷载箱上板焊接连成一体并焊接上喇叭筋;后用吊车将此两节钢筋笼及钢箱一起吊到孔口,在孔口上焊接事先制作好的第三节钢筋笼.

(3)荷载箱与钢筋笼所有主筋应连接牢固,钢筋笼中轴线与荷载箱轴线应一致,保证荷载箱施力与承载力方向一致.吊车吊起竖直后荷载箱水平度小于5%.

(4)检查无误后开始浇注混凝土,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大于 2.5m 时导管底端方可拔过荷载箱,连续浇注混凝土至设计桩顶.荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200 mm,便于混凝土在荷载箱处上翻.

(5)在施工(浇筑混凝土、破桩头)过程中注意保护荷载箱、油管及钢管封头.

(6)基准梁布置时根据具体情况调整.陆地试桩时,基准梁下的桩基础(可采用20以上工字钢)打入土中不少于2m.基准梁一端与桩基础铰接,另一端与桩基础焊接,基准梁长度一般不小于8m.

(7)测试期间试桩周围不得有较大的振动.

4 结论

通过本工程的实际施工过程,我们体会到自平衡法有许多优点:

(1)桩承载力自平衡测试法与传统堆载静压试验相比,省时、省力、节约、安全,特别适用于大吨位、施工场地复杂的情况,且测试结果与静载测试相近,可以满足工程精度要求.

(2)桩基荷载试验的极限承载力值,是在短期荷载作用下测试结果.而在实际桥梁建设中,恒载是逐步加到桩基上,通车后才有活载作用,偏于安全,而且经初步验算,测出值略大于设计数据,能够满足工程安全.

(3)试验后试桩仍可作为工程桩使用,检测后通过声测管向钢箱断开处压浆,有效地解决了荷载箱处桩基的不连续问题,保证了桩基的整体性.

(4)采用该法可以判定桩周与桩端的阻力分布,可以清楚地分出桩周和端部的土阻力分布和各自的位移曲线.

(5)选择荷载箱安装的合适位置非常关键,使桩上、下段桩极限承载力基本相当,同时考虑下段桩位移后有端阻力,应使下段桩极限承载力比上段桩极限承载力稍小.

[1]路桥集团第一公路工程局.公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)[S].北京:人民交通出版社,2000

[2]中华人民共和国交通运输部.基桩静载试验自平衡法(JT/T 738-2009)[S].北京:人民交通出版社,2009

Application of Self-balanced Method in Bearing Strength Test of Pile Foundation

WANG Yong,LV Mao-feng
(Mechanical Engineering Co.,Ltd.,China Railway Wuju Group,Hengyang 421400,China )

According to the application of self-balanced method in bearing capacity test of bored pile,the key technologies of self regulation to measure the pile was interpreted in detail,the construction experience of self-balanced test technology was summarized ,and the beneficial model was provided for the similar bridge's pile foundation experiment.

Self-balanced method;bearing capacity of pile foundation;Wen-ming large bridge

U443.15

A

1672-5298(2010)04-0076-03

2010-08-03

王 勇(1975− ),男,湖南衡阳人,中铁五局集团高级工程师.主要研究方向:公路、桥梁、遂道工程施工技术与管理