自平衡載荷試驗(yàn)在基樁靜載檢測中的運(yùn)用

陳本初，羅林，趙堅(jiān)華

（中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 400000）

1 引言

雄安新區(qū)建設(shè)具有質(zhì)量要求高、建設(shè)速度快、交叉作業(yè)多、施工環(huán)境較復(fù)雜等特點(diǎn)，試樁施工臨近主便道，來往車輛、施工人員出入頻繁。目前，針對試樁承載力檢測運(yùn)用較多的方法是堆載靜壓法，此檢測方法成熟可靠，但堆載靜壓法在配重支架搭設(shè)時(shí)需要對周邊的場地進(jìn)行封閉，所以，采用堆載靜壓法進(jìn)行試樁承載力檢測時(shí)將影響多方單位正常施工通行，還會影響整體施工進(jìn)度，并存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。與堆載靜壓法相比，錨樁法不會影響施工主便道的通行，但試樁周圍4 根樁基是正方形四角分布，不能利用現(xiàn)有樁基進(jìn)行錨固，重新施作錨固樁基成本高。自平衡荷載試驗(yàn)法是將荷載箱提前根據(jù)基樁尺寸預(yù)制后進(jìn)行埋設(shè)，不受工期場地影響。

2 自平衡法檢測原理

自平衡荷載檢測法的儀器設(shè)備主要由5 部分組成，分別為：加壓裝置、頂蓋、底蓋、箱壁、應(yīng)力計(jì)及導(dǎo)線。箱壁內(nèi)用不低于基樁強(qiáng)度等級的混凝土填充振搗密實(shí)。荷載箱外徑應(yīng)略小于基樁鋼筋籠的內(nèi)徑，在荷載箱的頂蓋及底蓋位置上分別使用連接位移桿進(jìn)行固定。按檢測方案焊接至試樁鋼筋籠指定位置，將位移傳感器及線圈固定在基樁鋼筋籠外側(cè)，并與鋼筋籠一體放入鉆孔內(nèi)，即可澆筑混凝土成樁。在澆筑完成28 d后，當(dāng)試樁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)即可進(jìn)行試驗(yàn)，通過油泵加壓使荷載箱內(nèi)部壓力增大，荷載箱的頂蓋及底蓋將分別向上向下發(fā)生位移變化，基樁樁側(cè)阻力及樁端阻力也隨之發(fā)生變化（見圖1）。荷載箱中的壓力變化通過壓力傳感器進(jìn)行傳輸，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄相應(yīng)數(shù)值，荷載箱向上及向下的位移變化量由固定在基樁頂蓋及底蓋位置的位移傳感器記錄。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)繪出相應(yīng)的向上的力與位移曲線及向下的力與位移曲線，繪制2 條Q-s 曲線及相應(yīng)的s-lg t、s-lg Q 曲線（Q 為荷載；s 為位移；t 為時(shí)間），分別計(jì)算得出荷載箱上段樁及下段樁的極限承載力，將上段樁極限承載力經(jīng)一定處理后與下段樁極限承載力相加即可得到試驗(yàn)樁的極限承載力（見圖2）[1]。

圖1 試驗(yàn)示意圖

圖2 自平衡試樁法承載力計(jì)算圖

3 自平衡法樁基指標(biāo)檢測實(shí)操

以雄安某項(xiàng)目二標(biāo)段某橋N1-1 樁基數(shù)據(jù)整理分析為例，荷載值與位移量關(guān)系如圖3 所示。

圖3 荷載值與位移量關(guān)系圖

4 自平衡法靜載試驗(yàn)樁身內(nèi)力檢測

4.1 檢測原理

基樁內(nèi)力檢測應(yīng)預(yù)先埋設(shè)應(yīng)變計(jì)，埋設(shè)位置要通過巖土工程勘察報(bào)告確定埋設(shè)高度，且處于兩種不同土質(zhì)的交界處，通過靜載荷載檢測時(shí)記錄樁身內(nèi)力變化，計(jì)算得出基樁側(cè)面不同土層的抗壓摩阻力。因受荷載作用，處于樁身內(nèi)部的應(yīng)變計(jì)會有微量變形，通過對鋼弦自身狀態(tài)下的自震頻率與荷載作用下變形后的振動頻率進(jìn)行對比，并參照應(yīng)變計(jì)與自動頻率的標(biāo)定曲線，可以得出樁身鋼筋所受的軸向力。因此，可以在樁體不同位置設(shè)置應(yīng)變計(jì)，由應(yīng)變得到不同截面的樁身軸力，由軸力可以計(jì)算出不同樁段的樁側(cè)阻力。將應(yīng)變計(jì)埋設(shè)于基樁端處，可以得到基樁端阻摩擦力[2]。

4.2 檢測方法

每個(gè)測試斷面放置4 個(gè)對稱測點(diǎn)，應(yīng)力計(jì)布置間距按設(shè)計(jì)的文件要求并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)綜合考慮確定，暫定每根樁樁頂標(biāo)高布置1 組應(yīng)力計(jì)（4 個(gè)），以下各地層分界標(biāo)高位置每組均布置4 個(gè)。應(yīng)力計(jì)與鋼筋籠綁扎牢固，將應(yīng)力計(jì)導(dǎo)線順延鋼筋籠綁扎并伸出地面約1～2 m 即可。

5 自平衡法靜載試驗(yàn)樁身內(nèi)力檢測振弦式傳感器的設(shè)置安裝要求

1）傳感器按指定位置沿樁周均勻分布，并焊接或綁扎在基樁鋼筋籠主筋上。

2）傳感器導(dǎo)線需引出至基樁地表面約2 m，為了防止附近其他基樁施工、破除樁頭時(shí)對導(dǎo)線造成損壞，應(yīng)對導(dǎo)線進(jìn)行保護(hù)工作，一般情況下采用在導(dǎo)線外套鋼管進(jìn)行保護(hù)。

3）儀器安裝完成后，對傳感器及導(dǎo)線進(jìn)行測試工作，保證各處連接正常情況下，可進(jìn)行混凝土澆筑工作。在混凝土澆筑過程中，應(yīng)使用水下高流態(tài)混凝土進(jìn)行澆筑，不得采用振搗、插搗等工藝，避免對傳感器和導(dǎo)線造成破壞。

4）傳感器及導(dǎo)線埋設(shè)完成后，應(yīng)及時(shí)觀測初始值，并做好相應(yīng)的記錄。

6 試驗(yàn)結(jié)果整理

6.1 自平衡法靜載試驗(yàn)樁身內(nèi)力檢測及數(shù)據(jù)分析處理

在混凝土齡期滿足要求后，可對基樁進(jìn)行檢測，根據(jù)測試結(jié)果對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，在測試數(shù)據(jù)整理過程中需將無效測點(diǎn)刪除，計(jì)算出同一斷面有效測點(diǎn)的應(yīng)變平均值，以及該斷面處樁身軸力，見表1、圖4。

表1 樁側(cè)極限側(cè)阻力和樁端阻力統(tǒng)計(jì)表

圖4 樁身刨面圖

6.2 后續(xù)處理

工程樁自平衡法靜載試驗(yàn)完畢后，需對前期埋設(shè)荷載箱過程中預(yù)埋的注漿管，在荷載箱位置處進(jìn)行注漿處理。荷載箱埋設(shè)于基樁樁身中，在荷載箱加壓過程中，荷載箱的頂蓋、底蓋發(fā)生位移將產(chǎn)生裂縫，通過對裂縫位置進(jìn)行注漿處理，確保基樁測試后基樁能夠正常使用。

7 自平衡法樁基試樁應(yīng)用分析

受檢樁不受破壞，反而具有更高的承載力。受檢樁在注漿后，能夠作為正常樁使用通過以下3 點(diǎn)進(jìn)行分析論證：

1）通過注漿填滿荷載箱處縫隙，使該處樁身強(qiáng)度不低于試驗(yàn)前，在注漿過程中，漿液會填充基樁側(cè)面，增加基樁側(cè)摩阻力，使基樁的承載力也相應(yīng)提高。

2）進(jìn)行自平衡荷載試驗(yàn)時(shí)，通過荷載箱向下的壓力可使樁底的土層更密實(shí)，土層承載力更強(qiáng)，受檢樁沉降量相比普通樁要小。

3）由于荷載箱置于樁的平衡點(diǎn)處，較多數(shù)靠近樁底位置，安置荷載箱位置處樁身主要承受豎向壓力，且豎向壓力不會超出樁身總承載力1/2。

試驗(yàn)結(jié)論可輔助選擇合理的施工方法、施工工藝、機(jī)具設(shè)備作相應(yīng)的總結(jié)，在滿足施工階段檢驗(yàn)試樁的前提下，可測定試樁穿越各土層側(cè)壁極限摩阻力和樁尖阻力，確定單樁容許承載力。

檢測結(jié)果類別齊全，能夠準(zhǔn)確無誤地驗(yàn)證基樁承載能力。

1）可經(jīng)分析得出P-s 曲線，s-lg t 曲線、樁身極限承載力；

2）提供土層分段摩阻力及樁尖承載力；

3）判定試樁承載力。

8 結(jié)語

綜上優(yōu)勢，平衡法試樁能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)承載力、校核地勘資料信息，輔助設(shè)計(jì)單位樁基設(shè)計(jì)，同時(shí)，由于其不破壞樁基、且能夠提高摩阻力及樁尖承載力，還具有加載方便、后續(xù)處理簡單等優(yōu)勢，是施工單位試樁的首選方法。試樁反映了真實(shí)承載能力，對于施工過程中的一些特殊情況，如掉入導(dǎo)管、串筒等鋼質(zhì)材料，雖然其不影響樁基承載能力，但會對超聲波傳遞造成影響，導(dǎo)致超聲檢測不合格。此時(shí)，荷載箱自平衡法承載力檢測結(jié)果可作為判定性依據(jù)，以避免誤判結(jié)論造成返工損失。