藺媛媛

（徐州市公路工程總公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

公路橋梁工程中的樁基檢測手段包括鉆芯法、低/高應(yīng)變法、靜載荷試驗(yàn)法以及聲波透射法等，其中應(yīng)用較多的主要是靜載荷試驗(yàn)法，現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中主要包括錨樁法和堆載法，如圖1所示。但樁基靜荷載試驗(yàn)法主要采取的加載方法是慢速維持荷載法，且樁基承載力一般較大，若實(shí)際的公路工程項(xiàng)目位于較偏僻的地區(qū)或交通不發(fā)達(dá)區(qū)域，則試驗(yàn)時(shí)將存在現(xiàn)場施工不便、檢測時(shí)間長、費(fèi)用高、檢測過程中基樁易發(fā)生位移以及配套工作復(fù)雜等弊端。此時(shí)，傳統(tǒng)的靜載荷試驗(yàn)法不再適用，而樁基自平衡法靜載試驗(yàn)的出現(xiàn)能有效地解決上述相關(guān)問題，且在樁基檢測過程中不存在安全隱患，能在縮短近1/2檢測工期的同時(shí)，節(jié)省約1/3的檢測費(fèi)用，具有較高的綜合效益。

圖1 錨樁法（左）和堆載法（右）試驗(yàn)現(xiàn)場

1 工程概況

某高速公路的橋梁工程樁基采用灌注樁，樁長較長，地下水較豐富，共1 102根樁，樁型共設(shè)計(jì)有4類，樁徑為800mm、1 000mm不等，單樁豎向承載力分別為2 300kN、3 000kN、4 600kN、5 300kN。樁基處覆土較淺，大多為黏土與回填土，厚度1～2m，其下風(fēng)化程度不一的巖層，樁基施工時(shí)主要采用機(jī)械成孔方式，采用水下C30混凝土灌注成樁，保護(hù)層厚度為70mm，混凝土防腐等級為一級。

根據(jù)要求，擬對本次公路橋項(xiàng)目采取靜載檢測的樁基根數(shù)達(dá)59根，數(shù)量較大，因此，需要綜合考慮施工成本、場地占用、檢測進(jìn)度以及檢測效率等問題，做到在保證樁基檢測準(zhǔn)確性的條件下，使檢測成本和工程進(jìn)度得到良好的控制。經(jīng)技術(shù)人員與專家會(huì)審，考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，決定采用樁基自平衡法靜載試驗(yàn)實(shí)施本次樁基檢測。

2 樁基自平衡法靜載試驗(yàn)檢測原理及工藝流程

2.1 樁基自平衡法靜載試驗(yàn)檢測原理

樁體上段樁的自重與側(cè)阻力隨選取截面的不同而變化，在樁身的某一截面位置處，其值約等同于下段樁的側(cè)+端阻力之和，該位置即為樁身自平衡點(diǎn)。根據(jù)待檢測樁的設(shè)計(jì)參數(shù)，主要包括樁的類型、承載力、樁徑及混凝土強(qiáng)度等，通過廠家定制一種加載裝置荷載箱，構(gòu)成包括箱側(cè)壁、頂蓋、底蓋以及活塞，其外徑相比樁外徑值應(yīng)略小，且底蓋與頂蓋焊接位移桿，主要工作原理與千斤頂相似。在樁身自平衡點(diǎn)處放置加載箱，通過地面上的油管對其施加荷載，導(dǎo)致樁體內(nèi)發(fā)生加載力，繼續(xù)增大加載壓力時(shí)，該加載箱將同時(shí)對上下側(cè)兩段樁產(chǎn)生一定的作用，使樁身處于自平衡狀態(tài)。然后，對相應(yīng)的油管壓力以及加載箱上下推動(dòng)的位移進(jìn)行計(jì)算，畫出力與位移曲線，從而可求得樁基的極限承載力。檢測原理如圖2所示。

圖2 設(shè)備與試驗(yàn)組示意

2.2 樁基自平衡法靜載試驗(yàn)檢測工藝流程

樁基自平衡法靜載試驗(yàn)的檢測工藝流程如下：設(shè)計(jì)檢測方案→安裝荷載箱以及油管、護(hù)管、位移桿等→施工工程樁→安裝試驗(yàn)檢測裝備→逐級加載并觀察位移→加載停止→逐級卸荷并觀察位移→整理并分析試驗(yàn)所得的檢測數(shù)據(jù)。

3 成樁前施工

3.1 檢測方案設(shè)計(jì)

樁基施工前，與建設(shè)方、監(jiān)理方以及設(shè)計(jì)方等會(huì)面，對樁基進(jìn)行編號，再按照所確定受檢樁的設(shè)計(jì)參數(shù)，選定生產(chǎn)工廠進(jìn)行自平衡加載箱的定制。

3.2 安裝荷載箱、油管、位移桿及導(dǎo)管

驗(yàn)收樁孔后，即可安裝荷載箱。將加載箱固定于鋼筋籠上，同時(shí)設(shè)置4根位移桿與護(hù)管。4根位移桿均預(yù)埋于樁體里，其中2根焊固于箱底，用于底蓋位移檢測，即對樁基底部的反力是否足夠進(jìn)行判斷；另外2根焊固于箱頂，用于頂蓋位移檢測，即檢測樁基上拔值。安裝護(hù)管的用途主要是保證位移桿能夠自由移動(dòng)，避免其內(nèi)部因進(jìn)入泥漿或混凝土而受到影響。

3.3 工程檢測樁施工

（1）采用汽車泵進(jìn)行樁身混凝土澆筑，樁身超灌標(biāo)高約為1m，并作為后續(xù)廢棄樁頭予以鑿除。

（2）當(dāng)混凝土澆灌至待檢測樁基的自平衡點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)放慢速度，使荷載箱附近的混凝土充填密實(shí)。

（3）灌注樁樁身的混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)科學(xué)控制混凝土澆灌速度，避免鋼筋籠發(fā)生上浮情況。若發(fā)生浮籠現(xiàn)象，應(yīng)對導(dǎo)管采取“慢提快落”的方式，反復(fù)多次，從而使鋼筋籠能與混凝土面同時(shí)下沉。

4 成樁后檢測

在混凝土灌注結(jié)束后，檢測試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)待樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的100%后才能實(shí)施。當(dāng)基坑土方開挖至樁基樁頭周圍時(shí)，應(yīng)改用人工的方式進(jìn)行挖土，并人工完成樁頭破除，不得使用機(jī)械方式，以免使樁身上的油管或護(hù)管封頭遭到破壞，使后續(xù)檢測試驗(yàn)無法開展。

4.1 試驗(yàn)檢測裝置安裝

（1）在安裝試驗(yàn)檢測設(shè)備前，對場地進(jìn)行平整，圍好警戒帶，并接通電源。檢測設(shè)備主要為：全自動(dòng)樁基靜載測試儀，可收集數(shù)據(jù)并分析；可進(jìn)行壓力測定的壓力傳感器1個(gè)；容柵式數(shù)顯百分百1個(gè)，精度為0.01mm；φ48.3mm鋼管1根，作為基準(zhǔn)梁；額定輸出壓力70MPa以上的超高壓油泵站1臺(tái)。

（2）利用鋼管架對位移基準(zhǔn)梁進(jìn)行固定，并安裝好位移傳感器，傳感器兩端分別連接位移桿與顯示器。將靜載測試儀連接于泵站，可讀取相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)，泵站另一端與油管相連，用以加壓。

（3）安裝完成相關(guān)的機(jī)具裝置后，調(diào)試運(yùn)行狀況。預(yù)壓受檢樁，確定油管接頭、閥門等沒有漏油情況。檢查系統(tǒng)運(yùn)行無誤后，卸載至原始狀態(tài)，并記錄初始讀數(shù)。

4.2 逐級加載及加載位移觀測

（1）對樁基采取分級加載，分級加載量為設(shè)計(jì)加載值的1/10，每級加載完畢后應(yīng)保持穩(wěn)定后方能進(jìn)行下一級加載。

（2）按照規(guī)范要求實(shí)施分級加載后，分別于相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)測讀一次數(shù)據(jù)，時(shí)間點(diǎn)分別為5min、15min、30min、15min、60min。在這之后，數(shù)據(jù)測讀按每半小時(shí)進(jìn)行一次。

（3）本次逐級加載過程中，判斷加載位移趨于穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為：在1.5h內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的三次測讀數(shù)據(jù)中，前面兩次測讀的位移差值小于0.1mm，后面兩次測讀的位移差值也不超過0.1mm。

4.3 終止加載

本次試驗(yàn)中，判斷加載終止的標(biāo)準(zhǔn)為測讀數(shù)據(jù)出現(xiàn)下述3種情況：

（1）數(shù)據(jù)已達(dá)到設(shè)計(jì)荷載值，保證基巖不被破壞的前提下（能控制加載之后的最大沉降值不超過40mm），可再施加0.5～1.0級荷載。

（2）某級荷載施加后，受檢樁的位移值約為上一級荷載時(shí)相應(yīng)位移值的2倍，且沒有能夠穩(wěn)定的跡象。

（3）受檢樁的樁端沉降量累積約40mm（最大沉降量控制在不超過40mm）。

4.4 逐級卸載及卸載位移觀測

（1）卸載要求：按照規(guī)范，每級卸載值取為2倍的每級加載值，每級卸載時(shí)間維持1h。

（2）位移觀測：按照規(guī)范，測讀沉降量分別在第15min、30min、60min進(jìn)行，卸載結(jié)束后應(yīng)保持3h后再測讀，各次測讀時(shí)間分別為第0.25h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h。

4.5 試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)的整理與分析

（1）將各級荷載作用下受檢樁的相應(yīng)位移和累積位移數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并據(jù)此繪制出對應(yīng)的力和位移曲線，見圖5～圖8。本次受檢樁的樁長為11.88m，樁徑為800mm，注意需要分別匯總樁基的上位移與下位移。

（2）基于圖5～圖8所示的曲線圖，分析后得到以下結(jié)論：

圖5 U-δ曲線圖

圖8 s-lgt曲線圖

對曲線U-δ和δ-lgt、Q-s和s-lgt進(jìn)行對比分析可知，在試驗(yàn)荷載作用下，基樁累計(jì)上移2.07mm，累計(jì)下移3.24mm，兩者數(shù)值均在標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。其中曲線U-δ和Q-s沒有出現(xiàn)拐點(diǎn)，曲線δ-lgt和s-lgt整體趨勢也呈現(xiàn)為平緩形狀，說明各分級加載條件下基樁基本保持穩(wěn)定狀況。

綜上所述，本次公路工程中所測長11.88m、樁徑800mm鉆孔灌注樁的檢測結(jié)果符合要求，為合格樁，其相應(yīng)的承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 δ-lgt曲線圖

圖7 Q-s曲線圖

5 樁基自平衡法靜載試驗(yàn)檢測的應(yīng)用要點(diǎn)與思考

與錨樁法、堆載法等傳統(tǒng)的基樁檢測技術(shù)相比，自平衡法具有許多優(yōu)勢，如：試驗(yàn)裝置簡單，不需要體量龐大笨重的反力架和堆載物，環(huán)保安全，占用空間少，對地基和周圍樁體的影響很小；對空間基本無要求，可廣泛應(yīng)用于坡地樁、水上試樁、基坑底試樁、斜樁等，檢測效率高，檢測結(jié)果可信；可以取得樁側(cè)摩阻力和樁端阻力，且結(jié)果可信；試驗(yàn)費(fèi)用較為節(jié)省，雖然荷載箱為一次性不可反復(fù)利用，但整體經(jīng)濟(jì)性可節(jié)省30%～50%，樁基承載力越大，節(jié)省越多；試驗(yàn)為非破壞性試驗(yàn)，可在試驗(yàn)樁和工程樁上進(jìn)行檢測試驗(yàn)，檢測完畢，對荷載箱空腔注漿，即可保證樁體正常使用。

總之，樁基自平衡法靜載檢測方法雖然已有較多應(yīng)用，但不同工程中的實(shí)際工況存在區(qū)別，實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)現(xiàn)場條件，因地制宜地確定檢測方案。經(jīng)過本文的實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)出以下幾點(diǎn)思考：

（1）自平衡法基樁靜載檢測裝置較為簡單，不需要堆載法那樣運(yùn)輸數(shù)百噸或千噸的堆載塊，也不需要錨樁法那樣笨重的反力架，省時(shí)省力，而且會(huì)較大程度節(jié)約檢測成本，本次檢測成本節(jié)省近35%。

（2）荷載加載箱位置的確定，應(yīng)確保上段樁側(cè)阻力估算值與下端樁側(cè)阻力和端阻力估算值之和相接近，保證檢測結(jié)果的精度。若沒有相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估算，應(yīng)進(jìn)行試樁，用試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)來確定加載箱合理位置。

（3）文中涉及工程選取工程樁進(jìn)行自平衡靜載試驗(yàn)檢測，加載極限值為設(shè)定值，并非樁體真正破壞的抗壓承載力極限值。如此可以保證現(xiàn)狀工程樁在檢測結(jié)束后能正常使用。

（4）實(shí)際應(yīng)用中，針對不同地層情況，可考慮負(fù)摩阻力的放大效應(yīng)，提高基礎(chǔ)部分的安全儲(chǔ)備。

6 結(jié)語

本文所述高速公路合同標(biāo)段內(nèi)的橋梁工程樁基自平衡法靜載檢測的實(shí)踐證明，所測長11.88m、樁徑800mm鉆孔灌注樁的檢測結(jié)果符合要求，為合格樁，其相應(yīng)的承載力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。相對于傳統(tǒng)的堆載法、錨樁法等檢測手段，灌注樁自平衡法優(yōu)勢顯著，如所需設(shè)備簡單、費(fèi)用更低，實(shí)施時(shí)場地條件容易滿足，同時(shí)可多根樁基同時(shí)檢測，且檢測過程安全可靠、綠色環(huán)保。但該技術(shù)也存在一定的缺陷，如樁身自平衡點(diǎn)的選取存在難度，實(shí)際計(jì)算其位置時(shí)往往有一定誤差，一般需要由設(shè)計(jì)單位輔助確定。