自平衡法平衡點位置對基樁承載力影響的試驗研究

羅偉斌，陳美村，鐘雪琳

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西 南寧 530029)

自平衡法平衡點位置對基樁承載力影響的試驗研究

羅偉斌，陳美村，鐘雪琳

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西 南寧 530029)

文章以自平衡法原理為切入點，以某城市橋梁基樁自平衡法豎向抗壓試驗為例，綜合現(xiàn)場試驗場地的地質(zhì)條件，分析橋梁灌注樁基樁自平衡測試技術中依據(jù)規(guī)范經(jīng)驗公式計算所得出的“平衡點位置”對成樁后基樁極限承載力結(jié)果所造成的影響，為同類工程提供技術參考。

橋涵工程；自平衡法；平衡點位置；荷載箱；基樁承載力；試驗研究

0 引言

自平衡法測試技術是通過“荷載箱”激發(fā)基樁極限樁側(cè)摩阻力及樁端阻力，依靠其自身的反力進行加載的一種測試手段。因此，在自平衡測試技術中，“荷載箱”的位置，即“平衡點”的選擇是單樁靜載荷試驗過程成功與否的關鍵所在，在具體實施過程中，應根據(jù)基樁現(xiàn)場實際的工程地質(zhì)勘察資料，按照力平衡點的原則，將荷載箱埋設于樁端或樁身某個截面處即平衡點。

所謂的“平衡點”即為上段樁的有效自重及樁側(cè)摩阻力之和與下段樁的樁側(cè)摩阻力及樁端阻力之和基本相等的位置[1]。

本文以環(huán)形荷載箱與組合式荷載箱兩種不同類型的加載設備為例，采用規(guī)范經(jīng)驗公式計算出平衡點的位置，并將荷載箱埋設于“平衡點”處，將樁身分為上、下兩段，并通過現(xiàn)場單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果，結(jié)合場區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況，分析給出不同平衡點位置對基樁極限承載力結(jié)果造成的影響。

1 自平衡測試技術原理

自平衡法測試單樁豎向抗壓靜載試驗是將“荷載箱”與灌注樁的鋼筋籠進行焊接，并將其置于經(jīng)過理論計算的樁身“平衡點”處，通過外部油泵站逐級對“荷載箱”加載，利用預先安裝于樁頂?shù)奈灰平z(桿)測試上、下段樁的豎向抗壓極限承載力，并確定單樁豎向抗壓極限承載力的試驗方法[2]。

(1)本次試驗加載時，采用“環(huán)形荷載箱”及“組合式荷載箱”且經(jīng)計量院對荷載箱進行標定，荷載箱極限加載力能夠達到預估極限承載力的1.2倍，“荷載箱”其構(gòu)造能夠保證其打開后留下的空間能夠滿足后續(xù)水泥漿液的填充。

(2)平面上荷載箱應平放于試樁中心或樁底端中心，荷載箱位移方向與樁身軸線夾角≤5°，自平衡法靜載試驗的荷載箱應安設在平衡點，并與鋼筋籠焊接在一起，荷載箱與上下鋼筋籠連接處應有加強措施，并焊接錐形導正鋼筋便于導管通過。

2 規(guī)范經(jīng)驗公式“平衡點”位置的計算

當基樁處或附近的地質(zhì)勘探報告中提供樁側(cè)各巖土層的極限摩阻力fi和持力層的容許承載力σo時，可按照公式(1)直接確定荷載箱的位置。

(1)

A——樁端截面積。

本文依據(jù)本工程地質(zhì)勘查報告，按照上述規(guī)范經(jīng)驗公式計算得出本次試驗樁荷載箱埋設位置(即：平衡點位置)，計算結(jié)果詳見表1。

表1 試樁荷載箱位置一覽表

3 基樁承載力靜載荷試驗

3.1 橋梁概況與工程地質(zhì)概況

某城市橋涵工程采用鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑組合均為12.4m+15.0m+15.0m+15.0m+15.0m+14.0m，主梁總寬88.0m，共計22幅橋；橋梁與6個匝道橋相銜接，其中GA、GB、GC、GD采用3×25.0m預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，F(xiàn)L4、FL5匝道采用4×25.0m預應力混凝土連續(xù)箱梁橋。

下部結(jié)構(gòu)橋墩基礎均采用鉆孔灌注樁基礎，樁基按摩擦樁設計，樁身采用C30混凝土，單樁承載力容許值分別為3 100～3 600kN。

場區(qū)內(nèi)分布的地層主要為：上部上層為素填土Q4ml、耕土Q4ml、淤泥Q4pr、第四系(Q4el)殘積成因的粉質(zhì)粘土Q4el，下伏第三系(N)泥巖與粉砂巖。

3.2 承載力靜載荷試驗結(jié)果

分別對該橋梁基樁1號、2號、3號三根灌注摩擦樁進行自平衡法靜載荷試驗，自平衡法測試的基樁位移實測結(jié)果詳見表2。

表2 試樁位移實測結(jié)果一覽表

1～3號試樁單樁極限承載力的推定：自平衡法靜載試驗推定單樁豎向抗壓極限承載力按照式(2)進行計算[2]：

Qu=(Qu上-W上-Wp)/λ+Qu下…

(2)

式中：Qu——單樁豎向抗壓極限承載力；W上——上段樁樁身自重；Wp——有效堆載重量，當反力不足時，可在樁頂增加堆載配重；

λ——樁側(cè)抗拔-抗壓阻力比，粘性土、粉土、碎石土取0.8；砂土取0.7。

自平衡法測試的樁基承載力實測結(jié)果詳見表3，Q-s、U-δ(d)曲線如下頁圖1～3所示。

表3 試樁自平衡法靜載荷試驗結(jié)果一覽表

圖1 1號試樁下位移Q-s曲線、下位移及樁頂U-δ曲線圖

3.3 試驗結(jié)果分析

(1)當荷載箱理論計算位置與實際位置差值為2.5m時，由圖1的Q-s、U-δ曲線可看出向上位移與樁頂位移基本保持一致，向下位移處于合理位移量范圍，但其位移量仍偏小，其產(chǎn)生的原因主要是在鉆孔灌注樁施工過程中，泥漿護壁質(zhì)量較高，鉆孔到達樁底標高后，即能及時下放鋼筋籠，工序銜接較為平順，樁底沉渣厚度較薄，使得樁底充分與持力層接觸，樁端承載力得到了充分發(fā)揮。

(2)當荷載箱理論計算位置與實際位置差值為1.0m時，由圖2的Q-s、U-d曲線可看出樁側(cè)摩阻力與樁端摩阻力發(fā)揮較為充分，其位移量與本工程所采用堆載法所得到的位移量基本接近。

(3)當荷載箱理論計算位置與實際位置差值為3.0m時，由圖3的Q-s、U-d曲線可看出，在樁長變化為35.0m，荷載箱距樁端7.0m時，其端阻力發(fā)揮較不充分，向上位移及樁頂位移量偏大，使得荷載箱一側(cè)的樁端首先達到了極限狀態(tài)，而另一側(cè)處于彈性狀態(tài)，試樁的極限承載力的確定受到限制，并易發(fā)生樁頂周圍土體局部開裂。

4 結(jié)語

(1)在利用規(guī)范經(jīng)驗公式計算確定荷載箱“平衡點”位置時，應充分收集基樁樁位地質(zhì)勘探資料，并結(jié)合現(xiàn)場實際施工工藝等因素綜合確定荷載箱“平衡點”位置。

(2)當樁長為長樁或超長樁時，應充分收集該基樁成孔地質(zhì)資料與實際勘探附件成孔資料是否一致，當施工成孔后發(fā)現(xiàn)出入較大時，應采用基樁成孔地質(zhì)資料作為往后平衡點計算的主要依據(jù)。

(3)規(guī)范經(jīng)驗公式法簡單易行已被廣泛應用，但由于樁側(cè)、樁端巖土層的力學參數(shù)主要根據(jù)規(guī)范參數(shù)取值，或者由室內(nèi)土工試驗進行確定。但在實際工程中荷載箱的“平衡點”會出現(xiàn)一定的偏差，甚至較大的偏差，此時建議采用數(shù)值模擬法進行巖土力學參數(shù)的模擬計算且進行綜合修正后確定。

[1]馬遠剛.基樁承載能力自平衡測試技術及其工程應用[M].北京：中國科學研究院，2010.

[2]DB45/T564-2009，樁承載力自平衡法測試技術規(guī)程[S].

[3]JTGD630-2007，公里橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S].

[4]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

Experimental Study for Equilibrium Point Position Effect on the Bearing Capacity of Foundation Pile Based on Self-balance Method

LUO Wei-bin，CHEN Mei-cun，ZHONG Xue-lin

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

With the self-balance method principle as a starting point，with the self-balanced method vertical compression test of bridge foundation pile in a city as the example，and combining the geological conditions of field test site，this article analyzed the effect caused by“equilibrium position”calculated and obtained in accordance with empirical formula in bridge pouring pile foundation-pile self-balanced testing technology on the ultimate foundation pile bearing capacity results after completing the piles，thereby providing the technical reference for similar projects.

Bridges and culverts engineering；Self-balance method；Equilibrium position；Load box；Founda-tion pile bearing capacity；Experimental study

U445.55+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.013

1673-4874(2015)04-0046-03

2015-03-04

羅偉斌，助理工程師，主要從事橋梁檢測及維修加固研究工作。