1 引言

由于樁基具有獨特的優(yōu)良性能，已被廣泛應(yīng)用于高層、大跨度及大荷載等建筑基礎(chǔ)中。 為了滿足實際工程的需要，樁基的設(shè)計承載力和設(shè)計尺寸不斷增大。 受測試原理及測試設(shè)備的制約， 傳統(tǒng)測試方法難以滿足大直徑樁基極限承載力測試的需求， 從而導(dǎo)致基樁承載力得不到合理利用， 造成資源浪費，這是目前樁基礎(chǔ)應(yīng)用面臨的一大難題[1]。

自平衡靜載試驗是目前樁基承載力檢測的新型技術(shù)，該方法克服了傳統(tǒng)檢測方法的缺點，具有省時、省力、安全、綜合檢測費用低等優(yōu)點[2]。 此方法的原理思路最早于1969 年在日本被提出，稱為樁端加載試樁法。 1993 年，我國學(xué)者將此方法引入國內(nèi)，開啟了國內(nèi)自平衡靜載試驗的研究。 馬曄[3]以東營黃河公路大橋樁基自平衡試驗為背景，分析了超長樁基的自平衡靜載試驗。 戴國亮[4]研究了自平衡試樁法在海上樁基中的應(yīng)用，為自平衡試驗應(yīng)用積累一定的經(jīng)驗。

本文以南寧市快環(huán)立交橋梁樁基工程為背景， 采用自平衡法對其承載力進行檢測， 并結(jié)合該工程實例對荷載箱的安裝和自平衡法試驗操作過程等施工工藝做了詳細(xì)研究。

2 工程概況

快環(huán)綜合整治項目橋梁工程位于南寧市高新區(qū)心圩江片區(qū)。 其中，秀廂大道跨線橋基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，總樁數(shù)為76 根，樁徑分別為1 200 mm、1800 mm，單樁承載力特征值為3 500 kN、8 000 kN、10 000 kN， 樁身混凝土強度等級為C35。 該工程具有施工場地狹窄、樁基噸位大且施工工期緊張的難點， 因此采用自平衡法完成3 根基樁2-3#、5-4#、7-1#的單樁豎向抗壓承載力檢測。

3 自平衡法靜載試驗及施工工藝

3.1 平衡點位置的確定

2-3#基樁樁徑1.8m，樁長43m，單樁承載力特征值10000kN，本樁位置無地下水，基樁持力層為中風(fēng)化泥巖⑧。 根據(jù)地勘資料、設(shè)計圖紙可得表1 所示的基樁土層分布及相關(guān)計算參數(shù)。

表1 基樁土層分布及相關(guān)計算參數(shù)

3.1.1 平衡點計算過程

由已知條件可知基樁周長為5.652 m， 樁端截面面積為2.543 4 m2。 本樁位置無水位，故計算荷載箱上段樁身自重時，不需要計算浮重度的影響。

1）樁端阻力Q=2.543 4 m2×1 300 kPa×2=6612.84 kN＜10 000 kN。

2）荷載箱距樁底的距離h 計算過程如下。

假設(shè)荷載箱埋設(shè)在“中風(fēng)化泥巖⑧”層，則所需要埋設(shè)位置驗算如下：（10 000 kN－6 612.84 kN）/（5.652 m×120 kPa）=4.994 m。

可知，4.994 m＞4.944 m，即“中風(fēng)化泥巖⑧”并不能滿足荷載箱埋設(shè)要求，荷載箱應(yīng)埋設(shè)在其他土層，具體埋設(shè)土層可進行驗算后確定。

假設(shè)荷載箱在強風(fēng)化泥巖⑦中的高度為h1，則有6 612.84+5.652×（120×4.944+100×h1）=10 000， 反算得出h1=0.06 m，則h=（4.944＋0.06）=5.004 m。

但為了保證下端樁具有一定的安全儲備， 取荷載箱距離樁底h=8.0 m。

3.1.2 荷載箱設(shè)計值計算

假設(shè)基樁能加載至最大加載值， 即單樁豎向抗壓極限承載力Qu滿足設(shè)計要求，可先假定Qu=20 000 kN，上段樁和下段樁抗壓極限承載力Qu上= Qu下為未知數(shù)。 根據(jù)DBJ/T 45-031—2016《基樁承載力自平衡法測試技術(shù)規(guī)程》中荷載箱上部土的類型確定：粉土取0.8，砂土取0.7，巖層取1.0，此工程有不同類型的土層， 取加權(quán)平均值。 可求得Qu上=Qu下=10 494.9kN，上段樁實測承載力極限值為10494.9kN 時可計算得出本樁單樁豎向抗壓極限承載力臨界值。 即實際試驗時，上、下段樁實測承載力極限值應(yīng)該大于10 494.9 kN，試驗時，可取上段樁承載力極限值和下段樁承載力極限值為10 500 kN。

樁5-4#、7-1#平衡點計算方法與2-3#相同， 此處不再贅述，計算得平衡點位置分別為3 m 和8 m。

3.2 荷載箱安裝工藝

目前，荷載箱安裝存在隨意性，不規(guī)范安裝會導(dǎo)致試驗失敗的風(fēng)險提高。 為了規(guī)范荷載箱的安裝，現(xiàn)結(jié)合本工程實例將荷載箱的施工工藝步驟講解如下。

1）荷載箱運至現(xiàn)場時，用吊車將其平放于平整場地。 將鋼筋籠平放于平整場地，然后將鋼筋籠在樁身平衡點處斷開，斷開位置要準(zhǔn)確誤差控制在±10 cm 內(nèi)。 焊接前確保荷載箱及相應(yīng)部件在現(xiàn)場未遭到破壞。

2）將荷載箱上、下板焊接到對應(yīng)的上、下段鋼筋籠上主筋與上下連接板焊接部位，要進行補強處理。 焊接時，確保荷載箱合力中心線與鋼筋籠縱軸線重合或偏差小于5°。

3）荷載箱與上、下鋼筋籠連接處，需加焊喇叭筋和L 形連接鋼筋，同時靠近荷載箱一端的鋼筋籠需將箍筋適當(dāng)加密。 焊接喇叭筋應(yīng)注意采用圓鋼，直徑不得小于16 mm，喇叭筋的根數(shù)應(yīng)與主筋數(shù)量相同，且與荷載箱的夾角應(yīng)大于60°。

4）將位移管、油管、聲測管沿鋼筋籠自下到上延伸至樁頂，并每隔50 cm 綁扎一次。 在荷載箱處，聲測管的接頭應(yīng)位于下連接板頂面以上1~2 cm 處為最佳。 位移管宜超出鋼筋籠，但應(yīng)小于30 cm；油管和位移管在樁頂鋼筋籠處應(yīng)進行保護處理，防止泥漿等雜物進入管內(nèi)。

5）鋼筋籠和荷載箱焊接成一個整體后下放鋼筋籠。 下放鋼筋籠時，樁頂部位要進行對油管的保護，防止在澆筑混凝土?xí)r油管跌落被混凝土破壞。

6）鋼筋籠下放完成后，即可澆筑混凝土，澆筑前安放導(dǎo)管至荷載箱位置時應(yīng)小心輕放通過避免撞擊， 荷載箱下部混凝土坍落度宜大于200 mm，澆筑過程中接近荷載箱位置時應(yīng)緩慢均勻通過，避免浮籠、堵管等意外現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 加卸載及壓力注漿

樁身混凝土養(yǎng)護后達到設(shè)計強度時， 即可進行自平衡試驗。 試驗加載時，操作步驟如下。

1）檢驗油泵，將油泵出油口封閉，打開卸壓閥，關(guān)閉送油溢流閥，啟動油泵，關(guān)閉卸壓閥，完全打開送油溢流閥，然后利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溢流閥調(diào)節(jié)螺母將壓力調(diào)節(jié)至系統(tǒng)加載額定壓力，關(guān)閉油泵并卸壓。

2）將荷載箱進油管與油泵連接，打開卸壓閥，關(guān)閉送油溢流閥，啟動油泵。

3）加載過程中因為位移的產(chǎn)生導(dǎo)致壓力下降時，按照慢速維持加載法步驟進行，持續(xù)保持油泵處于工作狀態(tài)，實時記錄上下段樁的位移。

4）當(dāng)系統(tǒng)保壓穩(wěn)定后進入下一級加載，啟動油泵，慢慢控制送油溢流閥加載至所需壓力；壓力不穩(wěn)定時按步驟3）操作。

5）加載完成后進行卸載，根據(jù)卸載分級表，慢慢打開卸壓閥，壓力調(diào)節(jié)至所需壓力時關(guān)閉卸壓閥，并重復(fù)卸壓至卸載結(jié)束。

4 檢測結(jié)果及承載力確定

4.1 檢測結(jié)果

以2-3#樁檢測結(jié)果進行分析， 測試共分10 級進行加載，當(dāng)加載至第10 級2×10 500 kN 時，經(jīng)觀測1 560 min，荷載箱向上最大加載量為10 500 kN， 荷載箱向下最大加載量為10 500 kN。 基樁沉降達到相對穩(wěn)定時， 測得上位移最大值為4.82 mm，下位移最大值為7.76 mm。 上、下段樁的荷載-位移曲線（Q-s 曲線）如圖1 所示，未出現(xiàn)陡降段且均呈緩變型。

圖1 2-3#樁Q-s 曲線

4.2 等效轉(zhuǎn)換結(jié)果

以自平衡樁的平衡點作為分界點，分為上、下兩段樁體，極限承載力Q 由等效的上、下段樁承載力組成，則有：

式中，Q上，Q下分別為上段樁與下段樁的極限加載值；W 為自平衡上段樁的自重；K=1/γ，γ 為樁側(cè)表面抗拔系數(shù)， 對于黏性土、粉土、碎石土取0.8。

假定受壓樁上段樁身壓縮總量為Δs， 即為樁端及樁側(cè)兩部分荷載，引起的彈性壓縮變形量之和。

可得樁身的彈性壓縮總量為：

將自平衡法測得的上段樁與下段樁兩條Q-s 曲線等效轉(zhuǎn)換為樁頂受壓樁的一條Q-s 曲線。

按照以上轉(zhuǎn)換原理對2-3#樁進行轉(zhuǎn)換得到等效轉(zhuǎn)換曲線如圖2 所示， 樁頂?shù)刃ё畲笪灰茷?8.24 mm 符合規(guī)范要求。且樁的等效轉(zhuǎn)換曲線均為緩變型，加載的10 級荷載均未出現(xiàn)陡降，表明未達到樁的極限承載力，承載力滿足設(shè)計值。 基樁2-3#，5-4#，7-1#自平衡法靜載試驗結(jié)果，如表2 所示。

圖2 Q-s 等效轉(zhuǎn)換曲線

表2 自平衡法靜載試驗結(jié)果匯總表

5 結(jié)論