论某大桥钻孔灌注桩自平衡静载试验技术

2022-10-12胡堃

交通科技与管理 2022年19期

胡堃

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州贵阳 550001）

0 引言

90年代，我国从国外引进了桩基自平衡检测技术，并得到了广泛的应用。该检测方法采用一种专用加载装置荷载箱，将荷载箱埋于桩基的规定部位，将其高压油管、位移杆一同引至地表，再利用高压油泵对其进行充油加载。在试验过程中，以荷载箱为媒介，同时带动上部桩体的摩擦力、自重，下桩体的摩擦和端阻力，使其相互保持平衡，以维持加载检测[1-3]。

1 工程概况

某特大桥的基础采用钻孔灌注桩，桥址区域的上部是淤泥质软土，中下部以黏土和粉质黏土为主，粉细砂不连续、多缺失，或与黏性土相互切割、重叠；桩位底部，暴露出混合土壤和中风化基岩[4]。由于场地地质情况较复杂，大面积场区，浅部基本没有较好的承力层。根据邻近钻孔位置、地层条件，在25~26号墩间打设试验桩，并进行了TP25号钻孔灌注桩的自平衡静载荷实验。桩位处软土面标高为-9.950 m，109.3~109.6 m为中风化层，109.6~119.38 m为微风化层，桩端的单轴饱和抗压强度为44.6~47.0 MPa。

2 试验桩技术参数

该试验桩的设计参数、施工参数以及地质参数分别如表1~3所示。

表1 试桩设计参数

表2 试桩施工参数

表3 桩位地质参数

3 仪器设备

该试验桩使用了一个环状荷载箱，在实际成孔过程中，出现了强风化夹层，最终荷载箱体顶板与桩端之间的距离为2.32 m，见图1；荷载箱的技术指标见表4。

表4 荷载箱参数表

图1 荷载箱埋设位置

该高压油泵最大压力为60 MPa，压力精确到0.5 MPa，压力计由计量单位进行标定校准。

位移测量仪：主要是在自平衡试验阶段，对试桩在荷载作用下的反应进行检测，其中包括桩顶位移和荷载箱顶、底板的位移[5]。位移观测系统如图2所示，包括电子位移计、位移测量杆、钢护管、观测桩、观测梁、遮挡隔离天棚等。观测桩、观测梁和遮阳棚的设计与常规静荷载测试的要求相符合[6]。自平衡测试是由荷载箱双向加载作用于桩基的桩身，因此，既要测量桩顶位移，又要测量荷载箱底板的位移。

图2 位移测量系统

桩顶位移采用电子位移计测量；荷载箱顶、底板位移采用位移测杆与电子位移计配合测量；荷载箱顶底板位移的测量采用位移测杆进行[7]。主要原理是：安装荷载箱时，将位移测杆的一端分别连接到荷载箱上下面板，另一端延伸至桩顶，并采用钢护管将位移测杆与桩身混凝土隔离，保持荷载箱上下面板的位移能够准确传递到桩顶。试验过程中，通过电子位移计测量桩顶位移测杆的移动即可获得荷载箱顶、底板的位移数据。荷载箱顶底各对称地布置两个位移测点，桩顶对称地布置两个位移测点[8]。基准桩与试桩之间的中心距离需≥3倍试桩直径或不小于4.0 m，基准梁的一端固定在基准桩上，另一端简支在基准桩上[9-10]。

4 自平衡试验结果

TP25的试桩荷载等分10级加载，5级卸载。在进行第10级加载时，压力表无法达到16.7 MPa，油泵持续加油，只能将压力稳定在16.5 MPa。此时荷载箱上部桩段整体位移不断增加，荷载箱顶板位移在增加了46.75 mm时，试验停止加载，并开始分级卸载，该级加载共维持了7个小时。TPS自平衡静载试验各分段的Q-S曲线、S-lgt曲线分别如图3~9所示。

图3 TPS自平衡静载试验荷载-位移（Q-S）曲线

图4 上段桩Q-S曲线

图5 上段桩S-Igt曲线

图6 桩顶Q-S曲线

图7 桩顶S-Igt曲线

图8 下段桩Q-S曲线

图9 下段桩S-Igt曲线

5 试验结果分析

在TP25试桩的试验荷载达到18 187 kN后，荷载箱顶板和桩顶位移Q-S曲线都发生了急剧变化。因此荷载箱上段桩体的承载能力上限为18 187 kN，所以荷载箱上段桩身承载力极限值为18 187 kN，转换为荷载箱上段桩进行压桩试验时桩身承受的极限摩阻力为（18 187-G）/γ，其中G=5 548 kN。

每一层桩体侧阻力折减系数（γ）按规定范围且依据指定的取值，计算出相应的权重，即：砂层γ=0.5，黏土γ=0.7。根据TP25试桩的地质参考资料计算加权平均得出γ=0.565，得出荷载箱上段桩向下桩身极限摩阻力为（18 187-G）/γ=22 369 kN。

综上所述，TP25试桩荷载箱下段桩身抗压极限承载力大于18 187 kN，荷载箱上段桩抗压极限承载力为22 369-G=16 821 kN。故TP25试桩整体的极限抗压承载力大于35 008 kN，为TP25试桩工作荷载的1.37倍。