自平衡法在桥梁桩基承载力检测中的应用分析

李运樟

（中国铁建港航局集团有限公司，广东 珠海 519000）

1 引言

长期以来，在对建筑工程与道路桥梁工程桩基竖向抗压承载力进行静载荷检测时广泛采用传统静载试桩法，即堆载法和锚桩法。通过对比分析传统静载试桩法和自平衡静载试桩法，可以得出后者具有试验场地要求小、检测效果精准、省力省钱省时等特点，两种测试具体对比分析详见表1。

表1 传统法与自平衡法对比表

文章针对南港河大桥工程试桩采用自平衡法进行试验，以确定试桩的竖向抗压极限承载能力、试桩桩侧各土层极限摩阻力和桩端极限端阻力，并测定桩基的沉降、桩弹性压缩及岩土塑性变形。

2 工程概况

项目为东方市金月湾滨海大道工程，位于东方市板桥镇西南部，紧邻板桥镇镇区，距东方市区约35 km。大桥横跨现状南港河，为预应力混凝土连续箱梁桥，全长201.2 m，上部结构为预应力混凝土箱梁；下部结构采用花瓶式桥墩、肋板式桥台接承台桩基础，桩基为水下摩擦桩，钻孔桩直径为1.2 m 和1.0 m 两种，采用反循环钻机成孔。

3 试验设备及方法

3.1 自平衡试桩法原理

自平衡试桩法原理是将特制的加载装置—荷载箱，在桩基钢筋笼加工制作过程中，同步绑扎固定于钢筋笼之中，将加载箱的工作加压管、测试装置（应变、位移等）从桩体牵引至地面，然后使用导管水下灌注成桩。试桩中荷载箱的加压、加载工作通过加压泵完成，过程中产生的上力和下力分别传递至桩体。桩身被荷载箱分成上、下桩段截面，由此产生的上、下桩段相关反应参数也会有不同。通过计算、分析加载力和位移、应变等参数，以及对相关数据的处理，可以获得桩基承载力、静荷载等一系列数据。

试桩测试流程：试桩钢筋笼绑扎→测试器具、管线预埋绑扎固定→荷载箱定位安装、密封→试桩水下灌注混凝土→试桩混凝土养护（不少于15 d）→测试基准梁、篷架搭设→测试仪器安装、调试→试桩测试。

3.2 测试规程

自平衡法加载必须循序渐进，采用慢速维持荷载法，按《基桩静载试验自平衡法》（JT/T 738-2009) 和《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003)进行，即：

3.2.1 成桩至试验间隙时间

桩身强度达到设计要求且不少于15 d。

3.2.2 位移观测

单级加载后第1 h 内进行4 次测读，间隔时间15 min；之后测试时间内间隔30 min 复测一次。相关位移测试数据经电子传感器传输至电脑，可在电脑屏幕上直接生成Q-s、s-lgt、s-lgQ 曲线。

3.2.3 下沉相对稳定标准

在单级加载过程中，30 min 内下沉量≤0.1 mm，可判定为稳定。

3.2.4 终止加载条件

极限荷载取值为终止加载的前一加载级。

加载终止需满足以下任一条件：①累计位置≥4 cm；②本级加载累计下沉量≥上一加载级累计下沉量的5 倍。

3.2.5 卸载及测试

①卸载：分级进行卸载。单级完成后，及时读取桩顶回弹量。当回弹量读值稳定后，方可进入下一级卸载，回弹量观测、稳定判定方法同沉降。②测试：完成卸载后的1.5 h 内，每间隔15 min 观测一次读数。

3.3 受检桩基本情况

南港河大桥桥址地层结构简单，4#、5#桥墩基地土质主要分布有巨厚土层及砂层，无不良地质现象及特殊岩土分布，工程地质条件较好，地势北低南高，局部稍有起伏，地面标高0～10 m，相对高差为0～10 m。

工程受检桩的主要参数：

①4#～11#桩（27 m），桩径1 000 mm，桩底标高-26.795 m，荷载加载值2×1600 kN；

②5#～6#桩（21 m），桩径1 200 mm，桩底标高-21.300 m，荷载加载值2×1400 kN。

3.4 单桩竖向抗压极限承载力判断标准

3.4.1 《基桩静载试验自平衡法》（JT/T 738-2009）

根据实测荷载箱上、下位移计算承载力公式：

其中：uQ-单桩竖向的抗压极限承载力；荷载箱上段桩身的实测极限值；W-荷载箱上段桩身的有效自重；γ-荷载箱上段桩身的侧阻力修正系数；Qux-荷载箱下段桩身的实测极限值。

3.4.2 等效转换曲线法

通过自平衡法试验可获得上、下两条Q-s 曲线，利用等效力转换，可转换成一条等效转换曲线（Q-s曲线），最终依据等效转换曲线对单桩竖向抗压极限承载力进行判断。

3.5 轴向力测试及相关指标计算

3.5.1 轴力计算

通过桩基中预埋的应变计可求得相应的应变量，根据应变计频率读数求得应变计所受力，再以此求算应变计应变量。计算公式如下：

F应变计所受力（kN）；K应变计系数（kN/Hz2）；

f应变计在某级荷载作用下的频率读数（Hz）；

f0-应变计频率初读数（Hz）。

3.5.2 摩阻力计算

3.5.3 截面位移计算

Si-第i+计算截面处的沉降量（mm）；Si+1-第i+1计算截面处的沉降量（mm）；Δi-第i+1截面到第i+截面之间的桩身弹性压缩量（mm）。

4 测试结果与分析

项目于2019 年6 月7 日—8 日对4#～11#桩和5#～6#桩进行自平衡试验，通过现场采集的试验检测数据，获得了如图1、图2 所示的4#～11#桩和5#～6#桩Q-s 曲线，4#～11#桩和5#～6#桩在加载到第十级荷载时，总位移量小于40 mm，均满足要求，故终止加载，取第十级荷载为极限荷载，即4#～11#桩2×1600 kN，5#～6#桩2×1450 kN 为极限荷载。

图1 4#～11#受检桩Q-s 曲线图

图2 5#～6#受检桩Q-s 曲线图

根据各土层摩阻力-位移曲线的测量数据，通过等效转换得到Q-s 转换曲线，当中4#～11#桩体、5#～6#桩体的极限承载力和位移为2730 kN、2360 kN 和22.38 mm、21.03 mm，所绘制的曲线均缓变下降，不存在明显下弯情况。并通过计算得到受检桩的桩侧摩阻力（见表2、3）和桩端承载力。

表2 4#～11#桩（27 m）各岩层摩阻力

表3 5#～6#桩（21 m）各岩层摩阻力

上述测试结果表明：4#～11#桩当加载值达到2×1600 kN 时，总位移量小于40 mm，满足要求，故终止加载，取第10 级荷载即2×1600 kN 为极限荷载，桩端承载力小于桩端极限荷载，满足要求。5#～6#桩当加载值达到2×1450 kN 时，总位移量小于40 mm，满足要求，故终止加载，取第10 级荷载即2×1450 kN 为极限荷载，桩端承载力小于桩端极限荷载，满足要求。

5 结束语

文章以南港河大桥桩基工程为例，以自平衡法对受检桩进行检测从而得到科学数据，验证了其设计承载力，提供各土层及桩端有关参数，测定了桩基沉降和变性，对成桩质量进行评估，为工程的桩基施工提供了数据支撑及有效保障，同时，为今后桥梁工程的桩基检测提供了重要参考。