静载试验在公路桥梁桩基检测中的应用

2022-09-14刘灿

交通世界 2022年23期

刘灿

（湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南长沙 410001）

1 工程概况

某公路桥梁工程冲击成孔总桩数108根，依据业主及监理要求采用单桩竖向抗压静载试验对其进行检测。单桩竖向抗压静载试验检测初步定为Ⅱ号桥B1-3号桩。桩基直径1.2m，为冲击钻成孔混凝土灌注桩。Ⅱ号桥为单跨25m桥梁，桥台设计为4根孔深30m钻孔桩。通过静载试验可揭示施加在公路桥梁桩基础上的轴向荷载与轴向运动之间的关系，试验结果还可用于分析桩身侧剪力分布、桩趾端部支座发育量及长期荷载-挠度，以确定施加适当的安全系数后，桩基是否具有满足具体承载力要求的极限力。当作为多桩试验方案的一部分时，设计人员还可基于试验结果对不同桩型的可行性和试验场地的可变性进行评估。该项目为设计-施工总承包项目，设计任务由专业设计院负责，要求至少用一根桩基来做轴向静载试验，以验证设计是否满足规范要求。

2 仪器设备及安装

2.1 仪器设备

该桥梁工程静载试验所用仪器设备如表1所示，试验桩号为Ⅱ号桥B1-3号桩，桩基直径为1.2m，试验所用设计荷载为1 939kN，2倍最大加载值为3 878kN。

表1 主要静载试验设备表

表1 （续）

2.2 试验设备安装

试验设备由反力结构、荷载系统、观测系统组成。反力结构由主梁、次梁、锚桩和连接结构组成，即通过法兰、拉条与连接钢筋焊接锚桩，将整个反力系统连接在一起，次梁、主梁方向根据现场情况进行调整，保证受力均匀。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）的要求，由于场地大小受限，试验桩与锚桩距离不满足5倍桩径，但满足间距大于2.5m的要求。试验设备安装示意图如图1所示。

图1 试验设备安装示意图

由图1可知，荷载系统安装在基准梁之间。该套系统在试验过程中能够自动进行加卸载并记录各项数据。荷载系统由千斤顶、桩顶垫板、球铰、百分表、梁底垫板、电控油泵、油压传感器和试验主机等组成。主机根据油压传感器测得的加载油路油压力值和位移测量值对比试验预设荷载值，通过控制电控油泵的电源来实时调节千斤顶压力。油压传感器测量精度可达0.1MPa，配合1台500t千斤顶，压力读取精度可达1kN。

试桩顶沉降量采用4只量程为50mm、精度为0.01mm的位移计自动测读。对称安置在距桩顶不少于200mm处桩侧两个正交直径方向上，测点间夹角为90°。固定和支撑百分表的磁性表支座安置在基准梁上。基准梁为H型钢，一端固定铰支在混凝土支座上，另一端简支在混凝土支座上。

3 试验加载和卸载

采用标准加载法，按桩顶设计荷载2倍大小逐级等量加载，加卸载和各阶段最短时间见表2。

表2 加卸载和各阶段最短时间

3.1 加载过程

分级荷载为最大试验荷载的1/8，具体为485kN，等量加载。每级荷载加载完成前后第0,5,10,15min及之后每隔15min的时刻，记录沉降数据。每级荷载维持到沉降数据60min内对应的沉降值小于0.25mm，认定为该级沉降达到稳定，并且维持荷载最多不超过2h，开始加载下一级。加载最大荷载12h内，若60min内沉降小于0.25mm，则维持荷载12h后开始卸载。若不稳定，则维持最大荷载24h后再卸载。

3.2 卸载过程

分级荷载为最大荷载的1/4，具体为970kN。每级荷载维持1h，按照卸载后第0,5,10,15min及之后每隔15min的时刻记录沉降数据。卸载完毕后，静置12h记录最终回弹数据。

3.3 特殊情况处理

若试验过程中沉降量或上拔量大于桩径的5%，记录最大荷载值，并按上一级有效荷载分级卸载，卸载过程中每隔20min记录一次数据，卸载完成后12h记录最终读数。

3.4 桩基破坏标准

加载作用下，桩基位移超过桩基直径15%，表示该桩基破坏。本次试验的桩基为1 200mm，即若桩基位移超过180mm，则表明桩基完全破坏。

4 静载试验检测中辅助桩承载力计算

4.1 计算说明

（1）拟采用反力法对该桥梁某桩基进行承载力试验，共设置2根锚桩（采用2根φ1200mm的钻孔灌注桩作为锚桩）。锚桩反力按计算值的2倍考虑。

（2）因钻孔深度为30m，对于孔深超过30m缺钻孔资料部分的地质情况，按30 m部分同等地质考虑。

（3）辅助桩考虑桩身自重。

（4）工程桩承载力等同于抗拔力，远大于所需提供的反力，此方案不进行验算。

4.2 锚桩深度、承载力计算

对于锚桩深度、承载计算参数和结果如表3所示。

表3 锚桩深度、承载计算表

4.3 φ1200钻孔灌注桩作为锚桩的长度计算

4.3.1 锚桩反力计算式

锚桩反力按式（1）计算：

式（1）中：Q为锚桩反力值（t）；Q0i为该段锚桩自重（t）；d为锚桩直径（m），取1.2m；γ为混凝土的重力密度（t/m3），取2.35t/m3；K为推力系数；σ0为平均有效垂直应力（kPa）；δ为摩擦角度（°）；p*为周长（m）；l为计算长度（m）；fs为侧摩阻力（kPa）。

4.3.2 B1-3桩基相关参数计算

该桥梁B1-3桩基不同深度下的参数计算结果如表4所示。

桩基自重G=3.1415×0.36×2.35×21=55.81t，故Q=102.51+55.81=158.35t＞145.43t，满足规范要求。

表4 相关参数计算

5 桩基检测中静载试验注意事项

5.1 静载试验常见设备控制

单桩试验时，应在覆盖整个桩顶区域的试桩长轴上垂直安装25 mm厚的实心钢板。测量设备应当能够加载上述最大承载力120%的最大预期测试负载。液压千斤顶及其操作应符合相应规范的要求，其额定负载能力应超过最大预期千斤顶负载至少20%。用于加压的千斤顶、泵及任何软管、管道、配件、量规或换能器应具有与公称千斤顶容量相对应的安全压力。当使用多个千斤顶系统时，型号和容量应该相同。安装千斤顶的压力计，以检测故障和不平衡。液压千斤顶、压力计和压力传感器应在每次试验或系列试验之前的6个月内至少校准到最大的预期千斤顶负载。在进行测试前提供校准报告，其中应包括环境温度和在千斤顶最大行程范围内对多个冲压冲程的校准。试验过程中，液压千斤顶泵应随时处于有人看管状态。自动顶升系统应包括机械过载装置，以便在紧急情况下安全地降低液压压力。

5.2 液压千斤顶作用于锚定反力框架的荷载控制

液压千斤顶对试桩或群桩施加试验荷载，并与试桩或群桩中间的试验梁相互作用。安装足够数量的锚桩或合适的锚固装置。与试桩或试桩群保持至少5倍于最大锚杆或试桩最大直径的距离，但不小于2.5m。工程师可以根据反力的类型和深度、土壤条件和荷载大小等因素增加或减少最小净距，使反力对试验结果的影响不显著。向箱梁或平台加载任何合适的材料，如土壤、岩石、混凝土、钢材或装满水的容器，总重量至少比最大预期试验荷载大10%。

5.3 线形测量控制

用于线形测量的刻度盘和电子位移指示器应符合度盘指示器的要求，一般应具有100mm的行程，最低不小于50mm的最小行程。在基准梁上至少安装两个位移指标，以使桩杆平行于桩、斜桩或群桩的纵轴，在距试桩中心或桩帽等距的轴对称点处作用于桩顶。在试桩或桩帽的两侧各放置一根平行的参考梁，使其朝向远离锚桩或槽的尽可能远的地方放置支撑。另一种方法是将这两个指示器安装在距试桩中心或桩帽等距的轴对称点上，使桩杆与桩或桩群的纵轴平行，以支承在参考梁上。

5.4 安全和质量保证措施

现场检测人员必须佩戴劳保用品。液压千斤顶应配置球形轴承盘，或与轴承表面完全、牢固接触并对中，以避免偏心加载。不得在任何人的上方悬挂、摆动或悬挂荷载，并由吊牌绳控制。试验梁、反力架、锚杆和其他锚固装置、试验箱及其连接和支架应由工程师设计和批准，并用于传送所需荷载，确保具有足够的安全系数。所有试验梁、反应框架、平台和箱体应始终得到充分支撑。遵照有关规程、规定进行检测，保证检测的公正性、准确性、科学性。针对现场检测、资料处理、报告校核、审核等制定控制措施，在检测全过程贯彻“质量第一”的原则。