自平衡法平衡点位置对基桩承载力影响的试验研究

罗伟斌，陈美村，钟雪琳

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

自平衡法平衡点位置对基桩承载力影响的试验研究

罗伟斌，陈美村，钟雪琳

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

文章以自平衡法原理为切入点，以某城市桥梁基桩自平衡法竖向抗压试验为例，综合现场试验场地的地质条件，分析桥梁灌注桩基桩自平衡测试技术中依据规范经验公式计算所得出的“平衡点位置”对成桩后基桩极限承载力结果所造成的影响，为同类工程提供技术参考。

桥涵工程；自平衡法；平衡点位置；荷载箱；基桩承载力；试验研究

0 引言

自平衡法测试技术是通过“荷载箱”激发基桩极限桩侧摩阻力及桩端阻力，依靠其自身的反力进行加载的一种测试手段。因此，在自平衡测试技术中，“荷载箱”的位置，即“平衡点”的选择是单桩静载荷试验过程成功与否的关键所在，在具体实施过程中，应根据基桩现场实际的工程地质勘察资料，按照力平衡点的原则，将荷载箱埋设于桩端或桩身某个截面处即平衡点。

所谓的“平衡点”即为上段桩的有效自重及桩侧摩阻力之和与下段桩的桩侧摩阻力及桩端阻力之和基本相等的位置[1]。

本文以环形荷载箱与组合式荷载箱两种不同类型的加载设备为例，采用规范经验公式计算出平衡点的位置，并将荷载箱埋设于“平衡点”处，将桩身分为上、下两段，并通过现场单桩竖向抗压静载荷试验结果，结合场区内地质情况，分析给出不同平衡点位置对基桩极限承载力结果造成的影响。

1 自平衡测试技术原理

自平衡法测试单桩竖向抗压静载试验是将“荷载箱”与灌注桩的钢筋笼进行焊接，并将其置于经过理论计算的桩身“平衡点”处，通过外部油泵站逐级对“荷载箱”加载，利用预先安装于桩顶的位移丝(杆)测试上、下段桩的竖向抗压极限承载力，并确定单桩竖向抗压极限承载力的试验方法[2]。

(1)本次试验加载时，采用“环形荷载箱”及“组合式荷载箱”且经计量院对荷载箱进行标定，荷载箱极限加载力能够达到预估极限承载力的1.2倍，“荷载箱”其构造能够保证其打开后留下的空间能够满足后续水泥浆液的填充。

(2)平面上荷载箱应平放于试桩中心或桩底端中心，荷载箱位移方向与桩身轴线夹角≤5°，自平衡法静载试验的荷载箱应安设在平衡点，并与钢筋笼焊接在一起，荷载箱与上下钢筋笼连接处应有加强措施，并焊接锥形导正钢筋便于导管通过。

2 规范经验公式“平衡点”位置的计算

当基桩处或附近的地质勘探报告中提供桩侧各岩土层的极限摩阻力fi和持力层的容许承载力σo时，可按照公式(1)直接确定荷载箱的位置。

(1)

A——桩端截面积。

本文依据本工程地质勘查报告，按照上述规范经验公式计算得出本次试验桩荷载箱埋设位置(即：平衡点位置)，计算结果详见表1。

表1 试桩荷载箱位置一览表

3 基桩承载力静载荷试验

3.1 桥梁概况与工程地质概况

某城市桥涵工程采用钢筋混凝土箱梁结构，跨径组合均为12.4m+15.0m+15.0m+15.0m+15.0m+14.0m，主梁总宽88.0m，共计22幅桥；桥梁与6个匝道桥相衔接，其中GA、GB、GC、GD采用3×25.0m预应力混凝土连续箱梁桥，FL4、FL5匝道采用4×25.0m预应力混凝土连续箱梁桥。

下部结构桥墩基础均采用钻孔灌注桩基础，桩基按摩擦桩设计，桩身采用C30混凝土，单桩承载力容许值分别为3 100～3 600kN。

场区内分布的地层主要为：上部上层为素填土Q4ml、耕土Q4ml、淤泥Q4pr、第四系(Q4el)残积成因的粉质粘土Q4el，下伏第三系(N)泥岩与粉砂岩。

3.2 承载力静载荷试验结果

分别对该桥梁基桩1号、2号、3号三根灌注摩擦桩进行自平衡法静载荷试验，自平衡法测试的基桩位移实测结果详见表2。

表2 试桩位移实测结果一览表

1～3号试桩单桩极限承载力的推定：自平衡法静载试验推定单桩竖向抗压极限承载力按照式(2)进行计算[2]：

Qu=(Qu上-W上-Wp)/λ+Qu下…

(2)

式中：Qu——单桩竖向抗压极限承载力；W上——上段桩桩身自重；Wp——有效堆载重量，当反力不足时，可在桩顶增加堆载配重；

λ——桩侧抗拔-抗压阻力比，粘性土、粉土、碎石土取0.8；砂土取0.7。

自平衡法测试的桩基承载力实测结果详见表3，Q-s、U-δ(d)曲线如下页图1～3所示。

表3 试桩自平衡法静载荷试验结果一览表

图1 1号试桩下位移Q-s曲线、下位移及桩顶U-δ曲线图

3.3 试验结果分析

(1)当荷载箱理论计算位置与实际位置差值为2.5m时，由图1的Q-s、U-δ曲线可看出向上位移与桩顶位移基本保持一致，向下位移处于合理位移量范围，但其位移量仍偏小，其产生的原因主要是在钻孔灌注桩施工过程中，泥浆护壁质量较高，钻孔到达桩底标高后，即能及时下放钢筋笼，工序衔接较为平顺，桩底沉渣厚度较薄，使得桩底充分与持力层接触，桩端承载力得到了充分发挥。

(2)当荷载箱理论计算位置与实际位置差值为1.0m时，由图2的Q-s、U-d曲线可看出桩侧摩阻力与桩端摩阻力发挥较为充分，其位移量与本工程所采用堆载法所得到的位移量基本接近。

(3)当荷载箱理论计算位置与实际位置差值为3.0m时，由图3的Q-s、U-d曲线可看出，在桩长变化为35.0m，荷载箱距桩端7.0m时，其端阻力发挥较不充分，向上位移及桩顶位移量偏大，使得荷载箱一侧的桩端首先达到了极限状态，而另一侧处于弹性状态，试桩的极限承载力的确定受到限制，并易发生桩顶周围土体局部开裂。

4 结语

(1)在利用规范经验公式计算确定荷载箱“平衡点”位置时，应充分收集基桩桩位地质勘探资料，并结合现场实际施工工艺等因素综合确定荷载箱“平衡点”位置。

(2)当桩长为长桩或超长桩时，应充分收集该基桩成孔地质资料与实际勘探附件成孔资料是否一致，当施工成孔后发现出入较大时，应采用基桩成孔地质资料作为往后平衡点计算的主要依据。

(3)规范经验公式法简单易行已被广泛应用，但由于桩侧、桩端岩土层的力学参数主要根据规范参数取值，或者由室内土工试验进行确定。但在实际工程中荷载箱的“平衡点”会出现一定的偏差，甚至较大的偏差，此时建议采用数值模拟法进行岩土力学参数的模拟计算且进行综合修正后确定。

[1]马远刚.基桩承载能力自平衡测试技术及其工程应用[M].北京：中国科学研究院，2010.

[2]DB45/T564-2009，桩承载力自平衡法测试技术规程[S].

[3]JTGD630-2007，公里桥涵地基与基础设计规范[S].

[4]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[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

罗伟斌，助理工程师，主要从事桥梁检测及维修加固研究工作。