自平衡法桩基静载试验在水下大桩径施工中的应用

张自安 伍志珍

摘要：以硃山湖北路西延伸段桥梁工程为例，对自平衡法桩基静载试验在水下大桩径桩基工程检测中应用的实施方案、质量控制、结果分析、前景应用进行了探索和实践，并取得了良好的试验结果，为今后在水上试桩，坡地试桩，基坑底试桩，狭窄场地试桩积累了经验。

Abstract： Taking the project of west extension of Zhu Shan Hubei Road as an example， this paper explores and practices the implementation scheme， quality control， result analysis and prospect application of static load test of pile foundation with self-balanced method in the detection of underwater large diameter pile foundation. Good test results have been obtained， which has accumulated experience for future testing piles on water， on slope， on the bottom of foundation pit and on narrow site.

关键词：自平衡法；桩基检测；实施方案；施工

Key words： self-balanced method；pile foundation testing；implementation scheme；construction

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）10-0123-03

1 工程概况

硃山湖北路西延伸段位于硃山湖北岸，平行于硃山湖大道，连接军山第一大道与枫树南街，沿线湖岸均为规划用地，设计道路主线长3129.326m，其中桥梁长676.6m，道路红线宽为30m，桥梁宽度为27m。桥梁共三座，硃山湖一桥（20+8×30+20）m，中心桩号为K1+312；硃山湖二桥（20+6×30+20）m，中心桩号为K1+897；硃山湖三桥（20+4×30+20）m，中心桩号为K2+437。桥台基础采用直径为1.5m的钻孔灌注桩，单桩顶承载力容许值9000kN。

硃山湖桥梁工程属于水上桥梁，施工桩基采用钻孔灌注桩工艺，基础均采用2根？准1.5m的单排桩。由于大部分施工过程，材料运输及堆放，人员活动均是在主栈桥和支栈桥上完成的，本身就面临着施工场地狭小，人员流通大，交叉施工繁多等诸多问题。在这样复杂的施工环境下，桩基自身面临着桩径大，桩长较长以及水上施工等问题，因此，自平衡法静载试验是较好的一种选择。

2 原理及实施方案

2.1 试验原理

自平衡法桩基静载试验是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。其主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱，它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成；顶、盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布置位移棒；将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇筑混凝土成桩。荷载箱上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力平衡来维持加载，根据向上向下Q——S、S——lgt和S——lgQ曲线来确定桩承载力。

2.2 实施方案

总体施工流程：

①桩基钻进成孔。绑扎和焊接钢筋笼，位移管、声测管连接用套筒围焊。②严格按试桩图纸确定钢筋应变计在主筋上的位置，钢筋应变计宜焊接于主筋上。③荷载箱立放在场地上，钢筋笼所有主筋与荷载箱外缘围焊，并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离，保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与内圆边缘点焊，保证荷载箱水平度小于1%。④下钢筋笼并浇筑混凝土。⑤布置平衡梁（基准梁），采用I32A工字钢，跨度为8m，安置在试桩上侧，用于固定磁性表座；一端铰接固定，一端自由支撑。⑥搭设防风蓬架（保护罩），确保测试时仪表不受外界环境的影响。⑦加载检查桩基承载力。

2.3 操作要点

2.3.1 试桩基准梁和防风棚搭设

每次试验前需要布置平衡梁（基准梁），采用I32a工字钢，跨度为8m，安置在试桩上侧，用于固定磁性表座；一端铰接固定，一端自由支撑。基准桩作为基准梁的支承点，须在桩侧打入槽钢，打入土中深度2m（可根据实际情况调整），确保其稳定，可根据现场实际情况进行调整。为尽量减少试桩时外部因素的影响，须搭设防风蓬架（保护罩），确保测试时仪表不受外界环境的影响。

2.3.2 注意事项

①成孔时施工单位应进行桩位偏差、桩径、孔深、桩孔倾斜率、孔底沉淀土厚度的檢查。绑扎和焊接钢筋笼，位移管、声测管连接用套筒围焊，确保护管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体。

②焊接过程中注意保护应变计导线，穿过荷载箱预留孔时，预留25cm左右的导线于预留孔内。

③试桩混凝土标高同工程桩，导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，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，浇混凝土至设计桩顶；荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷载箱处上翻。

④埋完荷载箱，保护油管及钢管封头（用钢板焊，防止水泥浆漏入）。

⑤灌注混凝土时，要求制作一定量的混凝土试块，待测试时作混凝土强度试验。

⑥测试期间应保证不间断供电（380V、220V两种电源），试桩周围10m内不得有较大的振动。

⑦基准桩作为基准梁的支承点，须在桩侧打入槽钢，打入土中深度2m（可根据实际情况调整），确保其稳定。（基准系统的搭设可根据现场实际情况进行调整）

3 加载检测及数据分析

3.1 加载检测

3.1.1 荷载箱位置确定

1-1#基桩，埋设一个荷载箱。根据表1计算结果以及灌注桩施工的方便，建议荷载箱位置距桩底约3.5m处。

6-2#基桩，埋设一个荷载箱。根据表2计算结果以及灌注桩施工的方便，建议荷载箱位置距桩底约0.8m处。

3.1.2 加、卸载分级

工程桩加载分10级进行，卸载分5级进行。

3.1.3 测试顺序

成桩后15天进行测试。

3.1.4 观测程序

①加载量测： 每级加载后在第1h内应在5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔30min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，同时在电脑屏幕上显示Q—s曲线、s—lgt曲线和s—lgQ曲线。

②卸载量测：每级荷载卸载后，应观测桩顶的回弹量，观测办法与加载相同。卸载到零后，至少在2h内每30min观测一次。

③稳定标准：

每级加载下沉量，在最后30min不大于0.1mm时即可认为稳定。

④终止加载条件：

1）位移量大于或等于40mm，本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载的位移量的5倍时，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。

2）总位移量大于或等于40mm，本级荷载加上后24h未达稳定，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。

3）总位移量小于40mm，但荷载已达到压力箱极限或位移达到荷载箱行程，加载即可终止，取此最大加载值荷载为极限荷载。

3.2 试验数据的分析、整理

3.2.1 单桩极限承载力判断标准

实测荷载箱向上（Q+—s+）、向下（Q-—s-）两条曲线，根据位移协调原则，转换成传统桩顶Q—s曲线，如图4所示，根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），判斷试桩极限承载力。

3.2.2 数据整理

①硃山湖二桥。

二桥6-2#、桩基分别于2015年9月25日完成混凝土浇筑工作，施工过程正常；2015年10月26日对该桩机进行现场测试，试桩加载至第10级2×9402kN，向上、向下位移较小，但已达到要求最大加载值，故停止加载。检查结果见表3。

检查结论：本次实测6-2#桩单桩抗压极限承载力不小于18804kN，单桩竖向抗压承载力特征值为9402kN，达到设计要求。

②硃山湖一桥。

一桥1-1#、桩基分别于2015年10月12日完成混凝土浇筑工作，施工过程正常；2015年11月03日对该桩机进行现场测试，试桩加载至第10级2×9196kN，向上、向下位移较小，但已达到要求最大加载值，故停止加载。检查结果见表4。

检查结论：本次实测1-1#桩单桩抗压极限承载力不小于18392kN，单桩竖向抗压承载力特征值为9196kN，达到设计要求。

4 结语

自平衡法静载实验是一项新兴的桩基承载力检测方法，是我们了解新技术的一个窗口。适用于面临着场地限制或运输物料困难，特别是其桩基属于大直径、大吨位水下桩，试桩仍然可以作为工程桩使用，有很高的经济效益。

目前我国的各项工程所遇到的场地情况越来越复杂，这种新兴的检测方式将成水上试桩，坡地试桩，基坑底试桩，狭窄场地试桩，斜桩，嵌岩桩，抗拔桩等施工一种很好的选择，推广应用前景良好。

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