劉燦

（湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001）

1 工程概況

某公路橋梁工程沖擊成孔總樁數(shù)108根，依據(jù)業(yè)主及監(jiān)理要求采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)檢測(cè)初步定為Ⅱ號(hào)橋B1-3號(hào)樁。樁基直徑1.2m，為沖擊鉆成孔混凝土灌注樁。Ⅱ號(hào)橋?yàn)閱慰?5m橋梁，橋臺(tái)設(shè)計(jì)為4根孔深30m鉆孔樁。通過靜載試驗(yàn)可揭示施加在公路橋梁樁基礎(chǔ)上的軸向荷載與軸向運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果還可用于分析樁身側(cè)剪力分布、樁趾端部支座發(fā)育量及長(zhǎng)期荷載-撓度，以確定施加適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)后，樁基是否具有滿足具體承載力要求的極限力。當(dāng)作為多樁試驗(yàn)方案的一部分時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)不同樁型的可行性和試驗(yàn)場(chǎng)地的可變性進(jìn)行評(píng)估。該項(xiàng)目為設(shè)計(jì)-施工總承包項(xiàng)目，設(shè)計(jì)任務(wù)由專業(yè)設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)，要求至少用一根樁基來做軸向靜載試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)范要求。

2 儀器設(shè)備及安裝

2.1 儀器設(shè)備

該橋梁工程靜載試驗(yàn)所用儀器設(shè)備如表1所示，試驗(yàn)樁號(hào)為Ⅱ號(hào)橋B1-3號(hào)樁，樁基直徑為1.2m，試驗(yàn)所用設(shè)計(jì)荷載為1 939kN，2倍最大加載值為3 878kN。

表1 主要靜載試驗(yàn)設(shè)備表

表1 （續(xù)）

2.2 試驗(yàn)設(shè)備安裝

試驗(yàn)設(shè)備由反力結(jié)構(gòu)、荷載系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)組成。反力結(jié)構(gòu)由主梁、次梁、錨樁和連接結(jié)構(gòu)組成，即通過法蘭、拉條與連接鋼筋焊接錨樁，將整個(gè)反力系統(tǒng)連接在一起，次梁、主梁方向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整，保證受力均勻。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）的要求，由于場(chǎng)地大小受限，試驗(yàn)樁與錨樁距離不滿足5倍樁徑，但滿足間距大于2.5m的要求。試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)設(shè)備安裝示意圖

由圖1可知，荷載系統(tǒng)安裝在基準(zhǔn)梁之間。該套系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中能夠自動(dòng)進(jìn)行加卸載并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)。荷載系統(tǒng)由千斤頂、樁頂墊板、球鉸、百分表、梁底墊板、電控油泵、油壓傳感器和試驗(yàn)主機(jī)等組成。主機(jī)根據(jù)油壓傳感器測(cè)得的加載油路油壓力值和位移測(cè)量值對(duì)比試驗(yàn)預(yù)設(shè)荷載值，通過控制電控油泵的電源來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)千斤頂壓力。油壓傳感器測(cè)量精度可達(dá)0.1MPa，配合1臺(tái)500t千斤頂，壓力讀取精度可達(dá)1kN。

試樁頂沉降量采用4只量程為50mm、精度為0.01mm的位移計(jì)自動(dòng)測(cè)讀。對(duì)稱安置在距樁頂不少于200mm處樁側(cè)兩個(gè)正交直徑方向上，測(cè)點(diǎn)間夾角為90°。固定和支撐百分表的磁性表支座安置在基準(zhǔn)梁上?；鶞?zhǔn)梁為H型鋼，一端固定鉸支在混凝土支座上，另一端簡(jiǎn)支在混凝土支座上。

3 試驗(yàn)加載和卸載

采用標(biāo)準(zhǔn)加載法，按樁頂設(shè)計(jì)荷載2倍大小逐級(jí)等量加載，加卸載和各階段最短時(shí)間見表2。

表2 加卸載和各階段最短時(shí)間

3.1 加載過程

分級(jí)荷載為最大試驗(yàn)荷載的1/8，具體為485kN，等量加載。每級(jí)荷載加載完成前后第0,5,10,15min及之后每隔15min的時(shí)刻，記錄沉降數(shù)據(jù)。每級(jí)荷載維持到沉降數(shù)據(jù)60min內(nèi)對(duì)應(yīng)的沉降值小于0.25mm，認(rèn)定為該級(jí)沉降達(dá)到穩(wěn)定，并且維持荷載最多不超過2h，開始加載下一級(jí)。加載最大荷載12h內(nèi)，若60min內(nèi)沉降小于0.25mm，則維持荷載12h后開始卸載。若不穩(wěn)定，則維持最大荷載24h后再卸載。

3.2 卸載過程

分級(jí)荷載為最大荷載的1/4，具體為970kN。每級(jí)荷載維持1h，按照卸載后第0,5,10,15min及之后每隔15min的時(shí)刻記錄沉降數(shù)據(jù)。卸載完畢后，靜置12h記錄最終回彈數(shù)據(jù)。

3.3 特殊情況處理

若試驗(yàn)過程中沉降量或上拔量大于樁徑的5%，記錄最大荷載值，并按上一級(jí)有效荷載分級(jí)卸載，卸載過程中每隔20min記錄一次數(shù)據(jù)，卸載完成后12h記錄最終讀數(shù)。

3.4 樁基破壞標(biāo)準(zhǔn)

加載作用下，樁基位移超過樁基直徑15%，表示該樁基破壞。本次試驗(yàn)的樁基為1 200mm，即若樁基位移超過180mm，則表明樁基完全破壞。

4 靜載試驗(yàn)檢測(cè)中輔助樁承載力計(jì)算

4.1 計(jì)算說明

（1）擬采用反力法對(duì)該橋梁某樁基進(jìn)行承載力試驗(yàn)，共設(shè)置2根錨樁（采用2根φ1200mm的鉆孔灌注樁作為錨樁）。錨樁反力按計(jì)算值的2倍考慮。

（2）因鉆孔深度為30m，對(duì)于孔深超過30m缺鉆孔資料部分的地質(zhì)情況，按30 m部分同等地質(zhì)考慮。

（3）輔助樁考慮樁身自重。

（4）工程樁承載力等同于抗拔力，遠(yuǎn)大于所需提供的反力，此方案不進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2 錨樁深度、承載力計(jì)算

對(duì)于錨樁深度、承載計(jì)算參數(shù)和結(jié)果如表3所示。

表3 錨樁深度、承載計(jì)算表

4.3 φ1200鉆孔灌注樁作為錨樁的長(zhǎng)度計(jì)算

4.3.1 錨樁反力計(jì)算式

錨樁反力按式（1）計(jì)算：

式（1）中：Q為錨樁反力值（t）；Q0i為該段錨樁自重（t）；d為錨樁直徑（m），取1.2m；γ為混凝土的重力密度（t/m3），取2.35t/m3；K為推力系數(shù)；σ0為平均有效垂直應(yīng)力（kPa）；δ為摩擦角度（°）；p*為周長(zhǎng)（m）；l為計(jì)算長(zhǎng)度（m）；fs為側(cè)摩阻力（kPa）。

4.3.2 B1-3樁基相關(guān)參數(shù)計(jì)算

該橋梁B1-3樁基不同深度下的參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表4所示。

樁 基 自 重G=3.1415×0.36×2.35×21=55.81t，故Q=102.51+55.81=158.35t＞145.43t，滿足規(guī)范要求。

表4 相關(guān)參數(shù)計(jì)算

5 樁基檢測(cè)中靜載試驗(yàn)注意事項(xiàng)

5.1 靜載試驗(yàn)常見設(shè)備控制

單樁試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在覆蓋整個(gè)樁頂區(qū)域的試樁長(zhǎng)軸上垂直安裝25 mm厚的實(shí)心鋼板。測(cè)量設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠加載上述最大承載力120%的最大預(yù)期測(cè)試負(fù)載。液壓千斤頂及其操作應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范的要求，其額定負(fù)載能力應(yīng)超過最大預(yù)期千斤頂負(fù)載至少20%。用于加壓的千斤頂、泵及任何軟管、管道、配件、量規(guī)或換能器應(yīng)具有與公稱千斤頂容量相對(duì)應(yīng)的安全壓力。當(dāng)使用多個(gè)千斤頂系統(tǒng)時(shí)，型號(hào)和容量應(yīng)該相同。安裝千斤頂?shù)膲毫τ?jì)，以檢測(cè)故障和不平衡。液壓千斤頂、壓力計(jì)和壓力傳感器應(yīng)在每次試驗(yàn)或系列試驗(yàn)之前的6個(gè)月內(nèi)至少校準(zhǔn)到最大的預(yù)期千斤頂負(fù)載。在進(jìn)行測(cè)試前提供校準(zhǔn)報(bào)告，其中應(yīng)包括環(huán)境溫度和在千斤頂最大行程范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)沖壓沖程的校準(zhǔn)。試驗(yàn)過程中，液壓千斤頂泵應(yīng)隨時(shí)處于有人看管狀態(tài)。自動(dòng)頂升系統(tǒng)應(yīng)包括機(jī)械過載裝置，以便在緊急情況下安全地降低液壓壓力。

5.2 液壓千斤頂作用于錨定反力框架的荷載控制

液壓千斤頂對(duì)試樁或群樁施加試驗(yàn)荷載，并與試樁或群樁中間的試驗(yàn)梁相互作用。安裝足夠數(shù)量的錨樁或合適的錨固裝置。與試樁或試樁群保持至少5倍于最大錨桿或試樁最大直徑的距離，但不小于2.5m。工程師可以根據(jù)反力的類型和深度、土壤條件和荷載大小等因素增加或減少最小凈距，使反力對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響不顯著。向箱梁或平臺(tái)加載任何合適的材料，如土壤、巖石、混凝土、鋼材或裝滿水的容器，總重量至少比最大預(yù)期試驗(yàn)荷載大10%。

5.3 線形測(cè)量控制

用于線形測(cè)量的刻度盤和電子位移指示器應(yīng)符合度盤指示器的要求，一般應(yīng)具有100mm的行程，最低不小于50mm的最小行程。在基準(zhǔn)梁上至少安裝兩個(gè)位移指標(biāo)，以使樁桿平行于樁、斜樁或群樁的縱軸，在距試樁中心或樁帽等距的軸對(duì)稱點(diǎn)處作用于樁頂。在試樁或樁帽的兩側(cè)各放置一根平行的參考梁，使其朝向遠(yuǎn)離錨樁或槽的盡可能遠(yuǎn)的地方放置支撐。另一種方法是將這兩個(gè)指示器安裝在距試樁中心或樁帽等距的軸對(duì)稱點(diǎn)上，使樁桿與樁或樁群的縱軸平行，以支承在參考梁上。

5.4 安全和質(zhì)量保證措施

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員必須佩戴勞保用品。液壓千斤頂應(yīng)配置球形軸承盤，或與軸承表面完全、牢固接觸并對(duì)中，以避免偏心加載。不得在任何人的上方懸掛、擺動(dòng)或懸掛荷載，并由吊牌繩控制。試驗(yàn)梁、反力架、錨桿和其他錨固裝置、試驗(yàn)箱及其連接和支架應(yīng)由工程師設(shè)計(jì)和批準(zhǔn)，并用于傳送所需荷載，確保具有足夠的安全系數(shù)。所有試驗(yàn)梁、反應(yīng)框架、平臺(tái)和箱體應(yīng)始終得到充分支撐。遵照有關(guān)規(guī)程、規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，保證檢測(cè)的公正性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、資料處理、報(bào)告校核、審核等制定控制措施，在檢測(cè)全過程貫徹“質(zhì)量第一”的原則。

6 結(jié)語

卸載完畢后，靜置12h記錄最終回彈數(shù)據(jù)，累計(jì)沉降量4.42cm，滿足規(guī)范要求。采用以上儀器設(shè)備，按照具體的安裝技術(shù)要求，通過試驗(yàn)加載和卸載、承載力檢測(cè)輔助樁長(zhǎng)度計(jì)算等，使公路橋梁樁基檢測(cè)中的靜載試驗(yàn)取得了預(yù)期效果，檢測(cè)結(jié)果誤差在規(guī)范要求范圍內(nèi)，整體施工質(zhì)量合格。