桩基承载力自平衡测试法在某工程中的应用

2022-09-10

1 桩承载力自平衡测试法工作原理

桩承载力自平衡测试法是接近于单桩竖向抗压 (拔) 桩的实际工作条件的一种试验方法, 其工作原理是:由预先埋于桩身混凝土中的荷载箱 (埋设位置按地质资料估算) 与联于地面的油泵, 施加压力使桩体同时向上或向下产生位移, 由荷载箱上部桩身的摩擦力与下部桩体的摩擦力及桩端阻力相平衡—自平衡来维持加载, 从而测定桩的极限承载力和桩周土的极限侧摩阻力、桩端土极限端阻力。

2 工程概况

本工程为昆明市高海公路上一座大桥 (全长5.7km) , 场地位于昆明市滇池沿岸, 根据地质勘察报告, 该桥大部分处于软流塑状深层软土地段上, 软土最深处已超过70m, 地质情况复杂, 且多层软土并存, 具有厚薄不均、含水量、孔隙比、压缩性不一, 土体强度较低的特点。该桥基础采用钻孔桩。

为确保桥梁的安全并减少工程造价, 高海公路建设指挥部决定选取两组试桩进行载荷试验, 以获得准确的有关数据, 供设计使用。试桩位置分别位于高海公路K2+875.05m (S8-1号桩) 及K3+446.06m (S51-1号桩) 处。S8-1号桩桩径1500mm, 桩长39m, 设计预估极限承载力504t;S51-1号桩桩径1500mm, 桩长34m, 设计预估极限承载力574t。根据在试桩桩位处进行的桩位勘察, 两根试桩位置处的土层在钻孔揭露深度 (56m) 范围内, 多为软流塑状的软土间夹稍～中密的含粘土圆砾, 土体强度较低。

3 测试方法

3.1 试桩的潜在极限承载力予估

为确保能尽可能试验出桩的极限承载力, 根据桩位处的勘察资料, 对试桩的极限承载力按《公路桥涵地基与基础设计规范》调整了桩长范围内各土层桩的极限侧阻力 (尽可能取高值) , 并按该规范对桩基的潜在承载力进行了试算分析, 试桩的潜在极限承载力予估如下。

根据规范《公路桥涵地基与基础设计规范》 (JTJ024-85) , 钻孔灌注桩的单桩极限承载力[P]可按下式计算:

根据上式, 可得出试桩的极限承载力为:试桩S8-1的承载力P1=9359+1469=10828kN;试桩S51-1的承载力P2=7370+1284=8654kN。

3.2 测试方法的确定

由于场地位于滇池沿岸, 表层即为软土, 且试桩承载力高, 无法进行常规静载试验 (无锚桩, 采用堆载) , 故决定采用桩承载力自平衡测试法, 该法已有江苏省编制的地方标准《桩承载力自平衡测试技术规程》 (DB32/T291-1999) , 本次测试即参照该标准进行。

3.3 荷载箱设计及安放位置

箱体设计加载按5040kN施加, 安全储备2 5%。可测得的单桩极限承载力可达11500kN。

箱体位置的确定:桩中反压平衡测试荷载箱位结合箱位上下段顶压力确定分别为桩顶以下29.2、21.6m处。

3.4 现场试验程序

具体按《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-94) 及《桩承载力自平衡测试技术规程》 (DB32/T291-1999) 中的有关规定进行测试。

4 检测结果

4.1 单桩竖向极限承载力的确定

分别求得上、下段桩的极限承载力Qu上、Qu下, 然后考虑桩自重影响, 得出单桩竖向抗压极限承载力为

式中:W为荷载箱上部桩自重;

对于粘性土、粉土=0.8;对于砂土=0.7。

4.2 测试结果

S8-1试桩的试验结果如下:施加的分级荷载值P与桩顶沉降位移S的关系曲线P-S曲线 (见图1) 及相应的有关数据表 (见表1) 。现场试验严格按规范执行, 数据准确可靠;从测试结果可看出, 达终试验条件时, 上段桩位移量很小 (2.17mm) , 下段桩位移量大 (53.06mm) 。

根据上述曲线分析:两桩均发生陡降型破坏, S8-1#桩的破坏形式为荷载箱以下的底段桩陡降型剪切破坏, S51-1#桩的破坏形式为荷载箱以上的顶段桩陡降型剪切破坏, 破坏荷载分别为3780、4410kN, 对应的前一级荷载分别为3460、4095kN。其中S8-1#桩在破坏荷载后做了4410kN的瞬间超载试验, 其上段桩向上位移较稳定, 上段桩有承载潜力可挖。按规范S8-1试桩的极限承载力为6041.25kN, S51-1试桩的极限承载力为7155kN。

5 结论及建议

本次测试的两根试桩的极限承载力为:S8-1#桩的极限承载力不小于6041.25kN;S51-1#桩的极限承载力不小于7155kN。S8-1#桩由于箱体位置设置的关系, 上段桩位移较小, 未达极限荷载, 在破坏荷载后做了4410kN的瞬间超载试验, 其上段桩向上位移较稳定, 根据以往的经验以及灰色理论预测结果可知, 若按荷载沉降曲线和未发挥桩段的侧阻力试算, 预测S8-1#试桩上半段可增加1.5～2级荷载, 试桩极限承载力可达到8390～8800kN。S51-1#桩, 下段桩未达极限荷载, 根据以往的经验以及灰色理论预测结果可知, 若按荷载沉降曲线和未发挥桩段的侧阻力试算, 预测S51-1#试桩上半段可增加0.5～1级荷载, 经试算试桩的极限承载力可达到7780～8100kN。由于箱体位置设置的关系, S8-1#桩达终试验条件时, 上段桩位移量很小 (2.17mm) , 下段桩位移量大 (53.06mm) , 说明箱体位置过于靠下;S51-1#试桩的箱体位置则布置得较为合理。在今后的试验工作中应认真考虑荷载箱的埋设位置。

摘要：本文讲述了某工程中由于桩的直径大、吨位大, 且受场地条件限制无法进行常规静载试验, 应用桩基承载力自平衡测试法进行试验, 使桩基的承载潜力得到了较充分的发挥。

关键词：桩基承载力,自平衡测试法,极限承载力