泥巖地質(zhì)條件下自平衡法試樁技術的應用

張 明

(中鐵二院工程集團有限責任公司,四川 成都 610031)

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泥巖地質(zhì)條件下自平衡法試樁技術的應用

張 明

(中鐵二院工程集團有限責任公司,四川 成都 610031)

以河口黃河大橋工程為例，基于自平衡法測試原理，并利用工程樁進行了試樁，得到了泥巖地質(zhì)條件下基樁的極限承載力、樁側摩阻力、樁端阻力及分擔情況等數(shù)據(jù)，可為同類地質(zhì)條件下樁基設計提供參考。

自平衡測試方法，試樁技術，工程樁，摩阻力，樁端承載力

0 引言

河口黃河大橋主橋采用(177+360+177)m雙塔三跨半漂浮體系結合梁斜拉橋，采用A型鋼筋混凝土橋塔，每個橋塔設20根φ2.5 m的鉆孔樁，樁基持力層為泥巖。

泥巖為泥質(zhì)結構，松軟，吸水性強，軟化系數(shù)低，受環(huán)境影響較大，遇水后易于軟化。具有水穩(wěn)定性差、易擾動性和抗風化能力差等特點。由于這些特性和泥巖中樁基的設計一直缺少可靠、有效的單樁承載力設計參數(shù)，工程界甚至對泥巖中樁基承載性質(zhì)(端承樁還是摩擦樁)都有很多疑問。JTG D63—2007公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范端承樁計算理論的更新，使該問題趨于明朗化，但質(zhì)疑聲仍然不斷。為確保設計安全，往往需結合經(jīng)驗參數(shù)按摩擦樁和端承樁分別設計，按不利值控制設計。河口黃河大橋在兩主塔下各選一根φ2.5 m的樁基，引橋選一根φ1.8 m的樁基進行試樁，為大橋樁基設計提供更為準確的單樁承載力數(shù)據(jù)，也可為同類地質(zhì)條件下樁基設計提供參考。

1 自平衡法測試原理

1.1 樁基承載力確定方法

樁基承載力的確定方法大致可以分為單樁承載力直接試驗法和標準貫入法等采用試驗結合經(jīng)驗的方法。后者是公路工程上常采用的手段，通過這些方法并結合經(jīng)驗和規(guī)范推薦值確定樁基設計參數(shù)。但由于不是在具體樁上取得的數(shù)據(jù)，可靠性差，往往取值較為保守而造成樁基工程經(jīng)濟上的浪費。單樁承載力直接試驗法有動力測試法、傳統(tǒng)靜力載荷試驗法和自平衡靜力載荷試驗法。

動力測試法又分高應變法、低應變法和動靜試樁法。由于這種方法依據(jù)應力傳播原理，動態(tài)成分高，測試結果的可靠性較差，且必須通過經(jīng)驗和一定的假定來調(diào)整數(shù)據(jù)，在我國尚未推廣應用。傳統(tǒng)靜力載荷試驗方法是最為接近樁基實際工作條件的試驗方法?？色@得每級荷載下樁頂沉降隨時間的變化曲線，是最直接、最可靠的檢測方法。但加載系統(tǒng)和反力系統(tǒng)工程量大、工期長、成本高，而且還受到試樁噸位和場地條件的限制。

樁承載力自平衡法實際上就是基于改進傳統(tǒng)靜載荷載試驗的反力系統(tǒng)發(fā)展起來的。該方法于20世紀60年代由日本學者提出，80年代美國學者將此技術應用于工程實踐，90年代傳于國內(nèi)，東南大學率先進行實用性應用，并編制了江蘇省地方性標準，現(xiàn)已納入《建筑基樁檢測技術規(guī)范》《公路工程動測技術規(guī)程》，編制了JT/T 738—2009基樁靜載試驗 自平衡法。該測試方法裝置簡單，不占用場地，測試結果準確，可清楚的分出側阻力與端阻力的分布和各自的荷載位移曲線。

1.2 自平衡測試方法原理

自平衡測試法是利用試樁自身反力平衡的原則，通過在樁端預埋荷載箱，由于上下樁段的反力大小相等、方向相反，從而達到試樁自身反力平衡加載的目的。

試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力的增加，荷載箱伸長，上下樁段產(chǎn)生彈(塑)性變形，從而促使樁側和樁端阻力逐步發(fā)揮。通過油泵壓力表和位移傳感器分別測得施加的壓力和荷載箱頂?shù)装宓奈灰啤?jù)此得到荷載—位移曲線，疊加后得到樁頂?shù)某休d力和Q—s曲線(見圖1)。

2 試樁方案

2.1 試樁位置選擇及數(shù)量

根據(jù)大橋工程地質(zhì)情況、鉆孔位置、基樁長度、分布等，本著驗證試樁承載力和樁側巖土阻力的目的，主橋主塔墩選擇2根直徑2.5 m工程樁，引橋選擇1根直徑1.8 m的工程試樁進行承載力試驗。選取有代表性的地層位置和基樁參數(shù)布置樁位，試樁具體參數(shù)和位置見表1和圖2。

表1 試樁參數(shù)表

2.2 工程試樁保證措施

1)荷載箱位置及與樁身鋼筋的連接。荷載箱的埋設位置需根據(jù)土質(zhì)情況、試驗目的等予以確定。S1,S2荷載箱擺在距樁底6 m處，S2擺在距樁底4.5 m處，且荷載箱的埋設位置處于樁基0彎距點以下，減少對水平承載力的影響。荷載箱與鋼筋籠的連接，采用內(nèi)切的方式，以保證整個樁身的各項抗力水平與其他工程樁相等效。

2)樁身混凝土的連續(xù)(完整)及豎向承載力的保證。本橋試樁在試驗后仍作為工程樁使用，為保證樁身混凝土的連續(xù)性和完整性，必須對荷載箱處的縫隙進行壓漿處理(見圖3)。

3 試驗情況及結果分析

3.1 試驗情況

1)加載分級及測試。加載采用慢速維持荷載法，每級加載為預估值的1/15，第一級按兩倍荷載分級加載。每級加載后在第1 h內(nèi)在第5 min，15 min，30 min，45 min，60 min各測讀一次，以后每隔30 min測讀一次。達到相對穩(wěn)定后方可加(卸)下一級荷載。卸載到0后應至少觀測2 h。

2)卸載及測試。卸載分5級進行，每級卸載后，觀測樁頂回彈量，直到回彈量穩(wěn)定后，再卸下一級荷載。卸載到0后，測讀頻次與加載相同。

3.2 測試情況

三根試樁條件基本是當加載到一定程度后，荷載箱向上位移較大，位移迅速增加，此時荷載無法穩(wěn)定，荷載箱上部上抬，開始卸載。具體加載結果見表2。

表2 加載結果表

3.3 單樁豎向抗壓極限承載力

根據(jù)抗壓雙荷載箱試樁極限承載力計算公式：

計算出試樁S1極限承載力Pui≥70 048kN;S2極限承載力Pui≥75 707kN，均大于設計極限荷載60 000kN；S3極限承載力Pui≥8 182kN，大于設計極限承載力7 000kN。

3.4 承載力特性

1)承載力特性實測值。根據(jù)荷載箱荷載、變位量、應變等實測數(shù)據(jù)，得到試樁等效轉換曲線。由于地質(zhì)差別較小，樁基承載特性差別也較小，以S1為例，樁側實測樁端承載力為7 615kN，實測摩阻力見表3。

表3 樁基承載特性表

2)承載力構成見表4。

表4 承載力構成

由表4可知，樁基承載力仍以樁周摩阻力為主，樁周摩阻力得到了充分發(fā)揮。JTG D63—2007公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范5.3.4條規(guī)定在該地質(zhì)條件下，樁側阻力發(fā)揮系數(shù)為0.8，按該規(guī)范規(guī)定確定類似軟質(zhì)巖地質(zhì)條件下的單樁承載力是偏于安全的。

4 結語

采用自平衡法，并利用工程樁進行了試樁，得到了泥巖地質(zhì)條件下基樁的極限承載力、樁側摩阻力、樁端阻力及分擔情況等數(shù)據(jù)。卵石層、強風化泥巖層樁側阻力實測值與規(guī)范規(guī)定的標準值較為接近，中風化層實測值較大；試驗極限荷載較之設計極限荷載大17%～26%；實測樁側阻力占總承載力的79%～89%，樁側阻力得到了充分發(fā)揮。按JTG D63—2007公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范規(guī)定確定類似軟質(zhì)巖地質(zhì)條件下的單樁承載力是偏于安全的，該橋試驗結論可為同類地質(zhì)條件下樁基設計提供參考。

[1] JT/T 738—2009,基樁靜載試驗 自平衡法[S].

[2] JTG D63—2007,公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S].

[3] 韓慶祝，胡勝華，韓 朝.樁基靜載試驗自平衡法測試原理及方法[J]．資源環(huán)境與工程,2009(6)：122-123．

[4] 常志松.試論樁基靜載現(xiàn)場檢測試驗問題分析[J].科學之友，2010(22)：88.

[5] 龔維明，戴國亮．樁基承載力自平衡測試技術及工程應用[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：32-35．

Application of pile-testing technology with self-balanced test method under mudstone geological conditions

Zhang Ming

(ChinaRailway2ndInstituteEngineeringGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China)

Taking Yellow River bridge engineering in Hekou as an example, based on self-balanced testing principles, the paper carries out pile test by applying the engineering pile, and obtains the ultimate bearing capacity, lateral pile friction resistance, pile tip resistance and sharing conditions of foundation pile under mudstone geological conditions, which will provide some guidance for pile foundation design under similar geological conditions.

self-balanced test method, pile-testing technology, engineering pile, friction resistance, ultimate bearing capacity

1009-6825(2017)07-0055-02

2016-12-23

張 明(1971- )，男，工程師

TU473.16

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