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摘要：采用自平衡法对新增基桩进行抗压静载试验，解决了传统堆载方法因净空限制无法堆载的问题，通过试验分析，得到了各土层摩阻力参数和基桩承载能力，为原桥基桩的承载能力分析提供了参数，达到了预期目的。
关键词：桩基；摩阻力；自平衡法；静载试验
1、引言
从广东省第一条高速公路开通运营到现在已经有27年，早期高速公路的部分桥涵结构物都不同程度的带有一定的病害，一些桥梁结构物经过多年的运营，检测数据会与原设计值存在差异，需要对相关参数进行验算，校核桥梁的承载力。桩基承载力验算是比较常规的一项指标。但是有些桥梁由于建设期的资料缺失，无法对设计数据进行验算，因此，需对该桥桩基进行摩阻力参数测试，通过测试桩基土层摩阻力参数，从而评定该桥的桩基承载力情况。
因桥梁基桩承载能力复核计算需要，需通过试验提供桩基各土层摩阻力参数。运营桥梁一般都会受桥底净空限制，无法采用传统堆载的试验加载方法进行，故引入自平衡法。
2、自平衡法静载试验基本原理
基桩自平衡法静载试验法利用桩土体系自身互相提供反力达到平衡，以确定单桩承载力和桩周土层的侧摩阻力、桩端阻力，是接近于抗压（拔）桩实际工作状态的试验方法。其原理是在桩身或桩端埋置荷载箱，抗压试验时，利用上部桩自重、上部桩桩侧摩阻力来代替堆载法中压重或锚桩法中锚桩以提供反力；在抗拔试验时，利用下部桩桩侧摩阻力及端承力来代替传统抗拔静载试验中的天然地基或反力桩以提供反力，从而达到试验基桩承载力的目的。
图1 自平衡测试原理示意图
3、工程实例
2016年广东省交通集团开展全省独柱墩连续连续箱梁桥横向抗倾覆的整治工作。我司在对历年检测数据整理的基础上决定对一座跨线桥进行基桩承载力试验，以论证桥梁检测的结果，解决历史遗留问题。结合本次独柱墩的整治工作，研究确定选独柱墩加固中增加墩柱的新增基桩进行试验，但是桥下的净空仅有5.3米，无法使用堆载加载法，本次选择基桩自平衡法抗压静载试验法，其单桩竖向抗拔最大试验荷载为13000kN。
（1）荷载箱的布设：
根据受检桩岩土勘察资料及岩土参数进行计算后确定荷载箱的布设位置，原则是：荷载箱放在桩身平衡点处，使上、下段桩的承载力大约相等（约为设计要求承载力特征值）以维持加载。因现工程主要是为了测试桩侧极限摩阻力分布情况，为较准确测得各地层的桩侧摩阻力极限值，所以荷载箱埋设位置进行了相应调整，放置在入中风化岩2.0m的位置。受检桩长28.8米，桩径为Φ1200mm，桩身配Ф25钢筋（HRB400），荷载箱布设如图2所示：
图2 荷载箱布设图 图3 钢筋计的布置
（2）钢筋计的布置
对于量测桩身轴力、桩侧摩阻力分布用的振弦式钢筋应力计，设计原则是在主要的岩土层分界面处，每个桩身截面对称布置6个（为保证试验成功率而增加布置数量），受检桩共布置8层，共计48个振弦式钢筋应力计（实际购买50个，预留2个备用）。
有关试桩桩身荷载箱及钢筋计布置，详见图3。
（3）土层桩侧摩阻力极限值确定
根据自平衡法抗压静载试验原理，本工程试验直接得出的各土层桩侧摩阻力极限值实为对应试验桩抗拔受力状态的各土层桩侧摩阻力极限值，需根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003中相关规定进行转换，将抗拔受力状态得到的各土层桩侧摩阻力极限值转换为抗压受力状态下的各土层桩侧摩阻力极限值。
（4）现场测试
采用的设备有：荷载箱（专利产品）、四根位移杆和位移杆护管、电动油泵1台、位移传感器6只、基准梁两条、电脑及数据自动采集仪一套。轴向应力测试采用的仪器设备：频率采集仪。试验所用的仪器设备均经法定计量部门作定期检定、校准，精度满足试验要求且均在有效周期内。
加载采用通过高压电动油泵输油加载（图4）；试桩的位移量测采用位移传感器。每根桩布设6个位移传感器。其中，两只测荷载箱下部桩向下位移，两只测荷载箱上部桩向上位移，两只测桩顶位移。
图4 测试系统示意图
（5）检测结果与分析
a.单桩竖向抗拔承载力结果
单桩竖向抗拔静载试验结果汇总见表
进行单桩竖向抗拔静载试验（自平衡法）的试验桩在各级荷载作用下上位移量速率均能达到相对稳定标准。在最大试验荷载作用下且达到相对稳定标准时，试验桩总上位移量为4.01mm。试验桩试验荷载与上位移的 Qn~ss曲线均为缓变型曲线，ss~lgt曲线呈平缓规则排列且曲线尾部均未出现明显向上弯曲。
进行单桩竖向抗拔静载试验（自平衡法）的试验桩，下部桩均能提供足够反力，在最大试验荷载作用下且上位移达到相对稳定标准时，下部桩累计向下位移量为8.60mm。
试验桩抗拔状态下在各级荷载下单位侧摩阻力分布图见附图4。根据自平衡法抗拔静载试验原理，对试验数据进行处理分析，根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003相关规定将抗拔受力状态得到的各土层桩侧摩阻力转换为抗压受力状态下的各土层桩侧摩阻力。试验桩在13000kN 荷载作用下各试验土层的摩阻力
综合分析检测结果，判定：
试验桩的单桩竖向抗拔极限承载力≥13000kN；
得到最大试验荷载作用下，各土层侧摩阻力。
4、结论
通过基桩自平衡法抗压静载试验，确定试验基桩的承载力以及桩侧各土层的摩阻力，试验结果可以用于基桩承载能力的计算分析，到达了试验的预期目的。该方法占用空间小，不需进行堆载，可用于因条件限制等无法使用传统堆载的基桩静载试验。
参考文献
（1）广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003；
（2）广东省标准《基桩自平衡法静载试验技术规程 》DBJ/T15-103-2014；
（3）广东省标准《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008。
论文作者:李年航
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：荷载论文; 阻力论文; 土层论文; 承载力论文; 位移论文; 极限值论文; 广东省论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;