张 明

(中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)



泥岩地质条件下自平衡法试桩技术的应用

张 明

(中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

以河口黄河大桥工程为例，基于自平衡法测试原理，并利用工程桩进行了试桩，得到了泥岩地质条件下基桩的极限承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力及分担情况等数据，可为同类地质条件下桩基设计提供参考。

自平衡测试方法，试桩技术，工程桩，摩阻力，桩端承载力

0 引言

河口黄河大桥主桥采用(177+360+177)m双塔三跨半漂浮体系结合梁斜拉桥，采用A型钢筋混凝土桥塔，每个桥塔设20根φ2.5 m的钻孔桩，桩基持力层为泥岩。

泥岩为泥质结构，松软，吸水性强，软化系数低，受环境影响较大，遇水后易于软化。具有水稳定性差、易扰动性和抗风化能力差等特点。由于这些特性和泥岩中桩基的设计一直缺少可靠、有效的单桩承载力设计参数，工程界甚至对泥岩中桩基承载性质(端承桩还是摩擦桩)都有很多疑问。JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范端承桩计算理论的更新，使该问题趋于明朗化，但质疑声仍然不断。为确保设计安全，往往需结合经验参数按摩擦桩和端承桩分别设计，按不利值控制设计。河口黄河大桥在两主塔下各选一根φ2.5 m的桩基，引桥选一根φ1.8 m的桩基进行试桩，为大桥桩基设计提供更为准确的单桩承载力数据，也可为同类地质条件下桩基设计提供参考。

1 自平衡法测试原理

1.1 桩基承载力确定方法

桩基承载力的确定方法大致可以分为单桩承载力直接试验法和标准贯入法等采用试验结合经验的方法。后者是公路工程上常采用的手段，通过这些方法并结合经验和规范推荐值确定桩基设计参数。但由于不是在具体桩上取得的数据，可靠性差，往往取值较为保守而造成桩基工程经济上的浪费。单桩承载力直接试验法有动力测试法、传统静力载荷试验法和自平衡静力载荷试验法。

动力测试法又分高应变法、低应变法和动静试桩法。由于这种方法依据应力传播原理，动态成分高，测试结果的可靠性较差，且必须通过经验和一定的假定来调整数据，在我国尚未推广应用。传统静力载荷试验方法是最为接近桩基实际工作条件的试验方法。可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线，是最直接、最可靠的检测方法。但加载系统和反力系统工程量大、工期长、成本高，而且还受到试桩吨位和场地条件的限制。

桩承载力自平衡法实际上就是基于改进传统静载荷载试验的反力系统发展起来的。该方法于20世纪60年代由日本学者提出，80年代美国学者将此技术应用于工程实践，90年代传于国内，东南大学率先进行实用性应用，并编制了江苏省地方性标准，现已纳入《建筑基桩检测技术规范》《公路工程动测技术规程》，编制了JT/T 738—2009基桩静载试验 自平衡法。该测试方法装置简单，不占用场地，测试结果准确，可清楚的分出侧阻力与端阻力的分布和各自的荷载位移曲线。

1.2 自平衡测试方法原理

自平衡测试法是利用试桩自身反力平衡的原则，通过在桩端预埋荷载箱，由于上下桩段的反力大小相等、方向相反，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。

试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力的增加，荷载箱伸长，上下桩段产生弹(塑)性变形，从而促使桩侧和桩端阻力逐步发挥。通过油泵压力表和位移传感器分别测得施加的压力和荷载箱顶底板的位移。据此得到荷载—位移曲线，叠加后得到桩顶的承载力和Q—s曲线(见图1)。

2 试桩方案

2.1 试桩位置选择及数量

根据大桥工程地质情况、钻孔位置、基桩长度、分布等，本着验证试桩承载力和桩侧岩土阻力的目的，主桥主塔墩选择2根直径2.5 m工程桩，引桥选择1根直径1.8 m的工程试桩进行承载力试验。选取有代表性的地层位置和基桩参数布置桩位，试桩具体参数和位置见表1和图2。

表1 试桩参数表

2.2 工程试桩保证措施

1)荷载箱位置及与桩身钢筋的连接。荷载箱的埋设位置需根据土质情况、试验目的等予以确定。S1,S2荷载箱摆在距桩底6 m处，S2摆在距桩底4.5 m处，且荷载箱的埋设位置处于桩基0弯距点以下，减少对水平承载力的影响。荷载箱与钢筋笼的连接，采用内切的方式，以保证整个桩身的各项抗力水平与其他工程桩相等效。

2)桩身混凝土的连续(完整)及竖向承载力的保证。本桥试桩在试验后仍作为工程桩使用，为保证桩身混凝土的连续性和完整性，必须对荷载箱处的缝隙进行压浆处理(见图3)。

3 试验情况及结果分析

3.1 试验情况

1)加载分级及测试。加载采用慢速维持荷载法，每级加载为预估值的1/15，第一级按两倍荷载分级加载。每级加载后在第1 h内在第5 min，15 min，30 min，45 min，60 min各测读一次，以后每隔30 min测读一次。达到相对稳定后方可加(卸)下一级荷载。卸载到0后应至少观测2 h。

2)卸载及测试。卸载分5级进行，每级卸载后，观测桩顶回弹量，直到回弹量稳定后，再卸下一级荷载。卸载到0后，测读频次与加载相同。

3.2 测试情况

三根试桩条件基本是当加载到一定程度后，荷载箱向上位移较大，位移迅速增加，此时荷载无法稳定，荷载箱上部上抬，开始卸载。具体加载结果见表2。

表2 加载结果表

3.3 单桩竖向抗压极限承载力

根据抗压双荷载箱试桩极限承载力计算公式：

计算出试桩S1极限承载力Pui≥70 048kN;S2极限承载力Pui≥75 707kN，均大于设计极限荷载60 000kN；S3极限承载力Pui≥8 182kN，大于设计极限承载力7 000kN。

3.4 承载力特性

1)承载力特性实测值。根据荷载箱荷载、变位量、应变等实测数据，得到试桩等效转换曲线。由于地质差别较小，桩基承载特性差别也较小，以S1为例，桩侧实测桩端承载力为7 615kN，实测摩阻力见表3。

表3 桩基承载特性表

2)承载力构成见表4。

表4 承载力构成

由表4可知，桩基承载力仍以桩周摩阻力为主，桩周摩阻力得到了充分发挥。JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范5.3.4条规定在该地质条件下，桩侧阻力发挥系数为0.8，按该规范规定确定类似软质岩地质条件下的单桩承载力是偏于安全的。

4 结语

采用自平衡法，并利用工程桩进行了试桩，得到了泥岩地质条件下基桩的极限承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力及分担情况等数据。卵石层、强风化泥岩层桩侧阻力实测值与规范规定的标准值较为接近，中风化层实测值较大；试验极限荷载较之设计极限荷载大17%～26%；实测桩侧阻力占总承载力的79%～89%，桩侧阻力得到了充分发挥。按JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范规定确定类似软质岩地质条件下的单桩承载力是偏于安全的，该桥试验结论可为同类地质条件下桩基设计提供参考。

[1] JT/T 738—2009,基桩静载试验 自平衡法[S].

[2] JTG D63—2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[3] 韩庆祝，胡胜华，韩 朝.桩基静载试验自平衡法测试原理及方法[J]．资源环境与工程,2009(6)：122-123．

[4] 常志松.试论桩基静载现场检测试验问题分析[J].科学之友，2010(22)：88.

[5] 龚维明，戴国亮．桩基承载力自平衡测试技术及工程应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006：32-35．

Application of pile-testing technology with self-balanced test method under mudstone geological conditions

Zhang Ming

(ChinaRailway2ndInstituteEngineeringGroupCo.,Ltd,Chengdu610031,China)

Taking Yellow River bridge engineering in Hekou as an example, based on self-balanced testing principles, the paper carries out pile test by applying the engineering pile, and obtains the ultimate bearing capacity, lateral pile friction resistance, pile tip resistance and sharing conditions of foundation pile under mudstone geological conditions, which will provide some guidance for pile foundation design under similar geological conditions.

self-balanced test method, pile-testing technology, engineering pile, friction resistance, ultimate bearing capacity

1009-6825(2017)07-0055-02

2016-12-23

张 明(1971- )，男，工程师

TU473.16

A