李自光

（三門峽市公路局，河南三門峽 472000）

橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測

李自光

（三門峽市公路局，河南三門峽 472000）

隨著我國路橋工程事業(yè)發(fā)展速度的不斷提升，橋梁施工是否有效在工程建設(shè)中的地位越來越重要，為滿足社會經(jīng)濟的發(fā)展要求，橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能現(xiàn)場監(jiān)測作為橋梁工程施工的主要組成部分，其監(jiān)測的準確性將直接影響到工程的整體質(zhì)量。本文通過相應(yīng)的工程案例，主要對自平衡試樁法的原理、橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測的應(yīng)用進行了分析與探究。

橋梁工程 超長鉆孔灌注樁 承載性能 現(xiàn)場監(jiān)測 自平衡試樁法 原理 工程案例 應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展速度的不斷加快，大直徑鉆孔灌注樁在公路橋梁基礎(chǔ)施工中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是超長鉆孔灌注樁。但樁基設(shè)計計算方式卻較為滯后，如一般選用《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTJ024—85）。這種規(guī)范的計算方式并不符合體系變形，同時也沒有對樁—土體系的相互作用進行充分考慮，為此，在超長鉆孔灌注樁計算中應(yīng)選用與之相適應(yīng)的方式進行準確計算。為將大直徑鉆孔灌注樁的承載力能力充分發(fā)揮出來，及起到工程成本降低的作用，必須深入研究鉆孔灌注樁承載性能，對不同區(qū)域地質(zhì)條件下超長施工技術(shù)與其承載性能進行分析，這對研究鉆孔灌注樁施工具有重要意義。

1　自平衡試樁法的原理

堆載法與錨樁法是傳統(tǒng)樁基荷載試驗的主要方式。這兩種方式都選用油壓千斤頂在樁頂施加荷載，而千斤頂?shù)姆戳Γ演d法利用反力架上的推重和其平衡，錨樁法則利用反力架向錨樁傳遞反力，并平衡于錨樁的抗拔力。但這兩種方式都存在諸多弊端，如堆載法必須對荷載來源、堆放及運輸?shù)惹闆r進行處理，錨樁法必須進行多根錨樁與反力大梁的設(shè)置等。為對上述問題進行有效處理，上個世紀八十年代，美國學者Osteiberg首次提出了自平衡測試法，并進行了樁承載力自平衡試驗方式的探究。

自平衡測樁法就是將荷載箱安裝在樁身平衡點位置，順著垂直方向加載，這樣就可以對荷載箱上、下部各自承載力進行同時監(jiān)測。荷載箱是自平衡測樁法的重要裝置，分別由活塞、頂蓋、底蓋與箱壁構(gòu)成了荷載箱。相比樁的外徑，頂、底蓋外徑應(yīng)小一點，并將位移棒設(shè)置在頂、低蓋上面。確保荷載箱和鋼筋籠焊接為一個整體后，應(yīng)向樁體內(nèi)放入，隨后應(yīng)進行混凝土澆筑與振搗施工，以此成樁。

試驗過程中，在地面上利用油泵進行加壓作業(yè)，不斷增加壓力的同時，荷載箱將產(chǎn)生位移現(xiàn)象（同時向上、下方向），充分發(fā)揮樁側(cè)阻力與樁端阻力。如圖1所示。

通過壓力表測出荷載箱內(nèi)的壓力，通過位移傳感器測出荷載箱向上、下兩個方向的位移。基于此，可通過讀數(shù)進行相應(yīng)位移圖的描繪，并以此進行樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮等數(shù)據(jù)的確定。

2　工程案例

某大橋全長4566米，橋梁下部因橋位處具有較差的地質(zhì)條件，往往選用摩擦樁進行設(shè)計，選用密實細砂與中砂作為樁基持力層，同時對沖刷液化深度進行充分考慮，一般可達到20米。主橋174+ 352+174米一聯(lián)雙塔斜拉橋塔墩基礎(chǔ)進行F2.0米鉆孔樁的布設(shè)，共44根，樁長為80到85米，2#過渡墩分別進行4根F2.0米鉆孔樁的設(shè)置，樁長為70到80米之間，混凝土標號則為30#混凝土。

表1　1號試樁、2號試樁最終極限承載力

3　橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測

作為隱蔽工程，深埋巖土內(nèi)的樁基具有較為復(fù)雜的承載性能，條件不同，樁側(cè)摩阻力與樁端阻力發(fā)揮也具有不同的規(guī)律，特別是超長樁，選用自平衡試驗進行橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測，如開始樁基自平衡試驗后，荷載箱產(chǎn)生的荷載順著樁身軸向上、下進行傳遞。當基樁受荷后，樁身沒有出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，混凝土在各級荷載作用下出現(xiàn)的應(yīng)變量將與鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量具有一致性，利用對樁體內(nèi)預(yù)埋的鋼筋應(yīng)變計的測量，可以對各個鋼筋應(yīng)變計在各級荷載作用下出現(xiàn)的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系進行實測，從而得到樁截面的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。并得出樁身軸力、摩阻力隨荷載與深度變化而出現(xiàn)的傳遞規(guī)律，進而對超長鉆孔灌注樁承載性能進行現(xiàn)場監(jiān)測。

3.1自平衡試樁法軸力加載分布情況

自平衡法加載過程中，自荷載箱位置樁身軸力分布向上、下不斷減少，此過程并不同于樁頂加載過程中樁身軸力從上到下的減少。可通過采集的鋼筋計數(shù)據(jù)對各截面位置的軸力進行準確計算。根據(jù)工程監(jiān)測要求，分別進行1號試樁與2號試樁的標注，并進行不同鋼筋計的鋪設(shè)，一般將1號試樁進行8層鋼筋計的設(shè)置，2號試樁進行9層鋼筋計的設(shè)置。

3.2側(cè)摩阻力的分析

（1）樁側(cè)摩阻力將為超長鉆孔灌注樁提供大量的承載力，由此可見，在計算單樁極限承載力時，要求實測各土層極限側(cè)摩阻力。通過自平衡試樁法可以測出，上端樁摩阻力方向為下，不同于一般摩阻力方向。傳統(tǒng)加載過程中，側(cè)阻力將壓密土層，當選用自平衡試樁法進行加載時，上段樁側(cè)阻力將使土層減壓松散，因此，這種試驗方式相比一般摩阻力要小一點。通過相關(guān)試驗測試得出，1號試樁的實測摩阻力與勘察報告中的極限值要小一點，但差距較小。隨著土層深度的不斷加大，其偏差也會越來越大。2號試樁實測摩阻力與勘測報告中的極限值相比要大一點，但極為相近。一般將其中下部土層偏差在1/10的范圍內(nèi)進行有效控制，但土層不斷加深時，則其偏差不會發(fā)生改變。由此得出，勘察報告中的提供者基本符合側(cè)摩阻力的實測值。

（2）分層土側(cè)摩阻力的分析。隨著荷載的不斷增加，側(cè)摩阻力得到了充分發(fā)揮，由此可見，每一級荷載都具有一定的測阻值。在兩根試樁樁身內(nèi)，應(yīng)將鋼筋計預(yù)先埋設(shè)在相對應(yīng)的土層分界面位置，在處理過采集的鋼筋計數(shù)據(jù)后，就可以得到樁身各斷面的軸力，并進行各土層側(cè)摩阻力的準確計算。

（3）側(cè)摩阻力與樁土相對位移的關(guān)系。樁頂位置的位移情況及荷載箱位置的位移情況可通過位移傳感器進行準確測量，各級荷載下的樁身應(yīng)變可通過埋設(shè)在試樁樁身的應(yīng)變計進行測量，從而測量出各截面點的軸力。并得出各土層側(cè)摩阻力和樁土相對位移的關(guān)系。因樁身中部可以埋設(shè)荷載箱，因此2根試樁的樁側(cè)摩阻力—位移曲線必須分別進行上下兩段的測量。

3.3樁端阻力分析

因1號試樁加載過程中樁端將產(chǎn)生較小的位移，其破壞曲線與緩變型相似，在增加樁端位移的過程中，其極限荷載也呈現(xiàn)出不斷加大的發(fā)展趨向。但2號試樁因加載量較大，其樁端位移較大，樁端荷載—位移曲線則為陡變型。

3.4試樁承載力等效轉(zhuǎn)換結(jié)果

在樁承載力自平衡試驗中，在對荷載箱荷載、垂直方向向上、下變位量與樁在不同深度的應(yīng)變進行測定的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)樁的應(yīng)變與斷面剛度，通過一定公式，進行軸向力分布的計算。并得出深度不同的樁側(cè)摩阻力，通過荷載傳遞方式，進行樁側(cè)摩阻力、變位量、荷載箱荷載等各個關(guān)系的確定，并進行承載力等效轉(zhuǎn)換結(jié)果的確定。在兩根試樁中，1號試樁因加載較小，具有較小的樁頂位移情況，2號試樁因具有較大的加載，具有較大的樁頂位移情況，由此得出其最終極限承載力如下表1所示。

4　結(jié)語

綜上所述，隨著交通運輸量的不斷提升及社會經(jīng)濟發(fā)展需求的不斷加大，因建設(shè)時期社會經(jīng)濟、技術(shù)水平及建設(shè)思想等因素的影響，我國部分已建橋梁工程已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展的需求，并出現(xiàn)了超荷載與路面損壞等現(xiàn)象。從國民經(jīng)濟長遠發(fā)展的角度來看，在橋梁工程建設(shè)中應(yīng)重視樁基施工，通過對超長鉆孔灌注樁承載性能的監(jiān)測，不僅可以降低施工成本，更能縮短工期，為此，施工單位必須充分了解各項指標，進行科學有效施工，才能實現(xiàn)橋梁工程施工的預(yù)期目標。

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李自光（1976-），男，河南三門峽人，本科，研究方向：公路工程技術(shù)。