繆云，謝禮飛，殷開成，靖從英

(1.江蘇城市職業(yè)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 210036; 2.南京東大自平衡樁基檢測有限公司;3.南京賽寶液壓設(shè)備有限公司)

1 工程概況

格更1號橋(CA CAM 1 BRIDGE)位于越南胡志明市第七郡富美興新富街，是一座全長101 m的5跨斜交橋，上跨格更河(CA CAM RIVER)。

該橋基礎(chǔ)形式為鉆孔灌注樁，平面布置見圖1，其中：A1、A2兩橋臺處樁徑1 200 mm，樁長分別為53、48 m；P1～P3墩處樁徑1 500 mm，樁長53 m；P4墩處樁徑1 500 mm，樁長51 m。

為了檢驗工程樁承載力是否滿足設(shè)計要求，在A2橋臺處選取了1根試樁TP1進行豎向抗壓靜載試驗，其平面位置見圖1，主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 試樁TP1設(shè)計參數(shù)

2 地質(zhì)情況與方案比選

鄰近鉆孔揭示的試樁TP1處地層分布情況見圖2。該樁在河岸邊，地下水位接近地表。

由圖2可知：樁身上部約14 m范圍內(nèi)為流塑淤泥；中部約22 m范圍內(nèi)為硬塑黏土和中密細(xì)砂，標(biāo)貫擊數(shù)為10～20擊；下部約12 m為堅硬黏土和中密～密實細(xì)砂，標(biāo)貫擊數(shù)有明顯波動，平均值>30擊。

在確定靜載試驗方案時，有堆載法、錨樁法、O-cell法(即中國自平衡法)3種方案可供選擇。若采用堆載法，因淺表土層為性質(zhì)很差的流塑淤泥(圖2)，需要對一定深度范圍內(nèi)的地基進行加固處理，花費代價較高；若采用錨樁法，因試樁TP1周邊沒有合適的工程樁提供反力(圖1)，需要另外打設(shè)錨樁，花費代價也較高；綜合衡量之后，決定采用O-cell法(自平衡法)進行檢測，以避開場地方面的不利條件。

3 試驗原理

O-cell法(自平衡法)的試驗原理如圖3所示。

該法的加載裝置是一種特制的荷載箱，在成樁過程中已預(yù)埋在樁身平衡點處，故此地面上沒有反力系統(tǒng)，對場地條件要求不高，適合該項目的試樁檢測。

試驗時，荷載箱將樁身分成上、下兩段，利用上段樁的側(cè)阻和自重、下段樁的側(cè)阻和端阻互相提供反力進行加載；分別測得上、下段樁的承載力后，再計算得出整樁承載力。

圖1 格更1號橋樁基礎(chǔ)平面布置圖(單位：cm)

圖2 地層情況及試樁標(biāo)高(單位：m)

圖3 自平衡法示意圖

試樁TP1的設(shè)計安全余量較大，經(jīng)計算，將荷載箱置于樁底以上10 m處即可滿足向上、向下各3 000 kN的加載要求，荷載箱位置見圖2。

4 檢測方案

4.1 檢測依據(jù)

試樁TP1的豎向抗壓承載力檢測，應(yīng)遵循越南規(guī)范《Piles - Standard test method in situ for piles under axial compressive load》(TCVN 9393:2012，以下簡稱越南TCVN規(guī)范)，該規(guī)范專門適用于軸向受壓樁的承載力檢測。

一般情況下，越南項目也可參考或使用其他國家的相關(guān)規(guī)范，較為常見的有美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)《Standard test methods for deep foundations under static axial compressive load》(ASTM D1143/D1143M-07，以下簡稱美國ASTM規(guī)范)。另外，中國的樁基檢測規(guī)范，如JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》、JT/T 738-2009《基樁靜載試驗 自平衡法》等也可用于越南的樁基檢測。

在該項目實施過程中，前期方案主要基于越南TCVN規(guī)范，同時參考了美國ASTM規(guī)范；后考慮到試樁采用O-cell法(自平衡法)檢測，而中國已有此方面的專門規(guī)范，故修改為按中國JT/T 738-2009《基樁靜載試驗 自平衡法》進行。

該文仍對前期方案進行簡要介紹，以增加對越南樁基檢測規(guī)范要求的了解。

4.2 基于越南規(guī)范的前期方案

試樁TP1前期方案的加/卸載要求見表2。

表2 試樁TP1前期方案加/卸載要求

(1) 試驗流程

試驗流程分為預(yù)加載、加載、卸載三部分。

越南TCVN規(guī)范對預(yù)加載有明確規(guī)定，一般可取設(shè)計荷載的5%，主要用來檢驗儀器設(shè)備的工作狀況等。該項目預(yù)加載值200 kN，稍高于設(shè)計荷載的5%(150 kN)。

預(yù)加載之后正式開始試驗，荷載均分10級施加，其持荷時間的要求包含兩項內(nèi)容：① 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。位移變化≤0.25 mm/h時認(rèn)為已穩(wěn)定；② 持荷時長。持荷時間不得小于1 h，最大荷載之前每級最多2 h，最大荷載為24 h。

前9級加載時，達到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)和本級時長中的任一項便可施加下一級荷載。在第10級最大荷載作用下，同時滿足兩項條件才認(rèn)為滿足了設(shè)計要求，可以正常卸載。

卸載均分5級進行，每級持荷時間30 min，卸載至零后可延長觀測時間至60 min。

此處，位移變化≤0.25 mm/h的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)和最大荷載之前持荷2 h的要求，越南TCVN規(guī)范和美國ASTM規(guī)范的規(guī)定相同；最大荷載作用下持荷24 h，越南TCVN規(guī)范并無此項規(guī)定，美國ASTM規(guī)范則有此項可供選擇。

(2) 測讀時間

在每級荷載作用下，按下列間隔測讀位移：

① 0～30 min，每隔10 min測讀；② 30～60 min，每隔15 min測讀；③ 60～600 min(10 h)，每隔60 min測讀；④ >600 min(10 h)，每隔120 min測讀。

此處，位移測讀時間來自越南TCVN規(guī)范。

(3) 終止加載條件

上、下段樁的終止加載條件有如下6項：① 荷載不變，位移持續(xù)增大；② 經(jīng)24 h仍未滿足位移增量≤0.25 mm/h；③ 位移值達到樁徑的10%(120 mm)；④ 本級總位移不小于上級總位移的5倍；⑤ 加載至6 000 kN且位移穩(wěn)定；⑥ 樁身材料破壞。

此處，終止加載條件并非完全對應(yīng)越南TCVN規(guī)范或美國ASTM規(guī)范的條款，而是設(shè)計方結(jié)合該項目特點具體給出的要求。

4.3 基于中國規(guī)范的實施方案

該項目的正式實施，按中國JT/T 738-2009《基樁靜載試驗 自平衡法》進行。試驗過程中的荷載分級、位移觀測、穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、終止加載條件等詳見參考文獻[2]，此處不贅述。

5 試驗過程和結(jié)果

5.1 試驗過程

試樁TP1于2018年4月9日開始試驗，分級荷載2×300 kN，第一級按分級荷載的2倍施加。當(dāng)加載至試驗要求的最大荷載2×3 000 kN時，持荷2 h達到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，荷載箱處向下位移19.17 mm，向上位移2.56 mm，樁頂位移0.43 mm，滿足加載終止條件；之后分5級卸載。

現(xiàn)場實測的荷載-位移曲線見圖4。

圖4 實測荷載-位移曲線

5.2 結(jié)果分析

(1) 承載力發(fā)揮

由樁基承載力發(fā)揮機理可知，樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮所需的位移，黏性土為5～10 mm，砂土為10～20 mm；樁端承載力充分發(fā)揮所需位移約為樁徑的10%，即該試樁為120 mm左右。

從地層分布情況和測試曲線可知，上段樁對應(yīng)土層為黏土和細(xì)砂，試驗產(chǎn)生的最大位移僅2.56 mm，遠小于側(cè)阻充分發(fā)揮所需的位移，因此上段樁側(cè)阻并未完全發(fā)揮；下段樁樁側(cè)土層為黏土和細(xì)砂，樁端持力層為細(xì)砂，試驗產(chǎn)生的最大位移為19.17 mm，可見其側(cè)阻已發(fā)揮較完全，但端阻仍未充分發(fā)揮。

總體來看，此次試驗僅按設(shè)計要求對工程樁承載力進行了檢驗，并未測出試樁TP1真正的極限承載力。

(2) 極限承載力

按中國自平衡標(biāo)準(zhǔn)，此種情況下可根據(jù)最大加載值給出試樁的極限承載力，所得結(jié)果是偏于安全、保守的；美國O-cell法則不是根據(jù)加載值直接計算極限承載力，而是要結(jié)合樁頂?shù)刃мD(zhuǎn)換曲線來判斷。

根據(jù)JT/T 738-2009《基樁靜載試驗 自平衡法》，試樁的極限承載力Pu(kN)按式(1)計算，結(jié)果見表3：

Pu=(Quu-W)/γ+Qlu

(1)

式中:Quu、Qlu分別為上、下段樁的加載極限值(kN);W為上段樁有效自重(kN);γ為修正系數(shù)。

表3 試樁TP1極限承載力

試樁TP1的極限承載力6 087 kN>6 000 kN，滿足設(shè)計要求。

(3) 等效轉(zhuǎn)換曲線

不論是美國O-cell法還是中國自平衡法，總體上都是按照上、下段樁位移大小相等時荷載相加的原則進行等效轉(zhuǎn)換。對試樁TP1而言，其上段樁最大位移明顯小于下段樁最大位移，因此需對數(shù)據(jù)處理后才能轉(zhuǎn)換。

按照美國O-cell法，應(yīng)先將上段樁的荷載-位移曲線外推至與下段樁位移量相等，然后再對荷載進行疊加，計算樁身壓縮量等?，F(xiàn)上段樁的實測最大位移為2.56 mm，若將其外推至下段樁的最大位移19.17 mm，外推量為實測最大位移的7倍多，所得結(jié)果不一定安全可靠。同時，O-cell法基于等效轉(zhuǎn)換曲線給出承載力，此種情況下也不一定是安全的。

從安全保守的角度考慮，進行等效轉(zhuǎn)換時，可假定在最大荷載作用下，試樁TP1的上段樁向上陡變破壞，此時可按式(2)、(3)計算樁頂?shù)刃Ш奢dP(kN)和樁頂沉降s(m)：

P=(Qu-W)/γ+Ql

(2)

(3)

式中:sl為荷載箱處向下位移(m);L為上段樁樁長(m);Ep為樁身彈性模量(kPa);Ap為樁身橫截面面積(m2)。

由此得到的等效樁頂荷載-沉降曲線見圖5。

圖5 等效樁頂荷載-沉降曲線

由圖5可知：在樁頂設(shè)計荷載3 000 kN作用下，對應(yīng)樁頂沉降為3.49 mm；在2倍設(shè)計荷載6 000 kN作用下，保守估計的沉降量為22.07 mm。

6 結(jié)論

(1) 對于淺表地基軟弱，周邊又無合適的工程樁提供反力的情況，采用堆載法或錨樁法進行試樁的代價較高，此時自平衡法具有明顯的優(yōu)勢。

(2) 越南TCVN規(guī)范對預(yù)加載有明確要求，其穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、持荷時間、位移測讀時間、終止加載條件均有別于中國規(guī)范。

(3) 中國自平衡標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)加載值直接給出試樁極限承載力，美國O-cell法則需結(jié)合等效轉(zhuǎn)換曲線判斷。

(4) 美國O-cell法和中國自平衡法，都是按照上、下段樁位移大小相等時荷載相加的原則進行等效轉(zhuǎn)換。當(dāng)上、下段樁最大位移明顯不等時，O-cell法先對位移較小者外推，由此得到的承載力不一定安全可靠。從保守角度考慮，可假定在最大荷載作用下位移較小者發(fā)生陡變破壞，由此得到的結(jié)果是偏安全的。