王新山
(大連理工現(xiàn)代工程檢測有限公司 大連市 116024)
某工程樁基采用鉆孔灌注樁,直徑達(dá)2.1m,設(shè)計要求單樁極限承載力不小于24000kN。檢測樁基承載力時,傳統(tǒng)的方法[1]雖然直接可靠,但對于大噸位的樁基,由于必須解決數(shù)千噸甚至上萬噸的配重堆放和運(yùn)輸,以及配套的反力大梁,所需費(fèi)用極高,檢測周期又長,且有一定的風(fēng)險性,采用傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)法存在一定困難[2]。自平衡試樁法與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)相比,其具有造價省、操作容易,測試數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)點(diǎn),尤其是在檢測場地受限、測試大直徑樁的極限承載力時,該法可以較好克服傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)法的不足,在國內(nèi)、國際橋梁界得到廣泛應(yīng)用[3]。
依托本工程樁基自平衡試樁法荷載試驗(yàn),介紹了自平衡試樁法的測試原理、測試系統(tǒng)和試驗(yàn)程序,并通過現(xiàn)場試驗(yàn)測得了樁基極限承載力,為同類地質(zhì)條件下大直徑樁基的設(shè)計、施工和檢測提供寶貴經(jīng)驗(yàn)及重要參考。
本次基樁靜載試驗(yàn)對象為試驗(yàn)樁,試驗(yàn)樁樁號為S1、S2,樁長26m,樁徑2.1m,詳見表1所示。
表1 試樁參數(shù)表
自平衡試樁法的基本出發(fā)點(diǎn)是利用試樁自身反力平衡的原則,在樁端附近或樁身某截面處預(yù)先埋設(shè)單層(或多層)荷載箱,試驗(yàn)時,通過荷載箱對上、下段樁身施加荷載,從而迫使上段樁身上抬,使上段樁樁側(cè)摩阻力徐徐發(fā)揮,同時迫使下段樁下沉,使下段樁樁側(cè)阻力及樁端阻力徐徐發(fā)揮;此時,上下樁段的反力大小相等、方向相反,從而達(dá)到試樁自身反力平衡加載的目的;如此隨著荷載箱壓力的不斷增加,試樁破壞,試驗(yàn)終止。經(jīng)過測試可獲得上下樁段2條Q~S曲線及相應(yīng)的S~lgt曲線,采用合理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法和承載力判定方法,即可得到樁頂?shù)腝~S曲線,確定基樁的極限承載力、樁側(cè)及樁端阻力分布情況[4]。
圖1 自平衡法原理圖
根據(jù)初始設(shè)計參數(shù)計算得到,平衡點(diǎn)以上樁長Lu=21m,平衡點(diǎn)以下樁長Ld=5m,荷載箱布置于平衡點(diǎn)的位置。為設(shè)計提供依據(jù)的試樁,應(yīng)加載至破壞。最大雙向加載值可取按地質(zhì)報告計算的單樁極限承載力的1.2~1.5倍。根據(jù)設(shè)計文件要求,確定荷載箱最大雙向加載值為25000kN,荷載箱位置見圖2。
圖2 荷載箱布置圖
在樁頂位置共布置4個位移測點(diǎn),對稱布置,分別為荷載箱向下位移測點(diǎn)2個(S1、S2)、荷載箱向上位移測點(diǎn)2個(X1、X2),其中荷載箱向上、向下位移通過位移桿傳遞到樁頂測量,位移測點(diǎn)布置詳見圖3。
圖3 位移測點(diǎn)布置平面圖
共2根試驗(yàn)樁,每根試驗(yàn)樁設(shè)置3個應(yīng)變測試斷面,每個斷面布置4個應(yīng)變測點(diǎn),全部共計12個應(yīng)變測點(diǎn),應(yīng)變測點(diǎn)布置詳見圖4。
圖4 應(yīng)變測點(diǎn)布置圖(單位:m)
采用慢速維持荷載法[5]。每級加(卸)載后第1h內(nèi)應(yīng)在第5min、10min、15min、30min、60min測讀位移,以后每隔30min測讀一次,達(dá)到相對穩(wěn)定后方可加(卸)下一級荷載。卸載到零后應(yīng)至少觀測2h,測讀時間間隔同加載。每級加(卸)載的向上、向下位移量在最后30min內(nèi)均不大于0.1mm。
表2為試樁S1和試樁S2單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果,圖5和圖6分別為其對應(yīng)的荷載-位移曲線。
圖5 試樁S1荷載-位移曲線
圖6 試樁S2荷載-位移曲線
表2 試樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)荷載-位移結(jié)果匯總表
本次試驗(yàn)樁所處地層多為卵石,承載力較高,總位移量小于40mm,但荷載已大于或等于設(shè)計荷載乘以規(guī)定的安全系數(shù),取極限加載值為50000kN,并以此計算試樁的極限承載力。
試樁的抗壓極限承載力按下式計算[5]:
其中:Pu—試樁的單樁極限承載力,單位為kN;
Quu—試樁上段樁的加載極限值,單位為kN;
Qlu—試樁下段樁的加載極限值,單位為kN;
W—荷載箱上部樁自重,單位為kN,若荷載箱處于透水層,取浮自重;
γ—試樁的修正系數(shù),根據(jù)荷載箱上部土的類型確定:粘性土、粉土γ=0.6,砂土γ=0.7,巖石γ=1.0,若上部有不同類型的圖層,γ取加權(quán)平均值。本次試驗(yàn)樁所處地層基本為卵石,取γ=0.8。
根據(jù)上式和已知條件,計算試樁單樁豎向抗壓極限承載力Pu不小于54000kN。
單樁豎向極限承載力容許值Pk不小于27000kN。
樁側(cè)阻力和樁端阻力可以通過樁身軸力圖求得[5],表3和表4分別為試樁S1和試樁S2計算得到側(cè)阻力和端阻力結(jié)果,從計算結(jié)果可以看出,在加載過程中,采用不同荷載等級計算得到側(cè)阻力和端阻力相差較大。由于規(guī)范所涉及到的側(cè)阻力和端阻力為極限狀態(tài)下力學(xué)參數(shù),因此,本次計算取加載過程的后半部分結(jié)果進(jìn)行計算(0.5~1.0倍極限荷載)。試樁S1的側(cè)阻力實(shí)測值為310kPa,端阻力實(shí)測值為3933kPa;試樁S2的側(cè)阻力實(shí)測值為284kPa,端阻力實(shí)測值為4211kPa。取兩組數(shù)據(jù)的平均值,側(cè)阻力實(shí)測值為297kPa,端阻力實(shí)測值為4072kPa。
表3 試樁S1側(cè)阻力及端阻力計算匯總表
表4 試樁S2側(cè)阻力及端阻力計算匯總表
(1)本工程橋梁樁基直徑達(dá)2.1m,施工場地狹窄,采用傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)法檢測樁基承載力成本高、試驗(yàn)不便。
(2)選用自平衡法對大直徑試樁進(jìn)行了承載力檢測,測得2根試樁極限承載力測試值不小于設(shè)計值27000kN,側(cè)阻力實(shí)測值為297kPa,端阻力實(shí)測值為4072kPa。為同類地形、地質(zhì)條件下大直徑樁基的設(shè)計、施工和檢測提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)及重要參考。
(3)通過本試驗(yàn)研究可以看出,自平衡試驗(yàn)法試驗(yàn)裝備構(gòu)造簡單,場地影響小,試驗(yàn)迅速,安全性高,試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,尤其適用于大直徑、大噸位以及施工場地受限等樁基承載力檢測,在橋梁樁基檢測中具有廣闊的應(yīng)用前景。