大直径超长灌注桩荷载试验方案比选分析

大直径超长灌注桩荷载试验方案比选分析

发表时间：2018-11-30T18:45:26.303Z 来源：《防护工程》2018年第22期作者：史真钢

[导读] 本文依托于某跨海大桥大直径灌注桩基，通过静载试验、静动试验、自平衡试验等各方法的比较，来确定此类桩基的荷载试验方法。

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摘要：本文依托于某跨海大桥大直径灌注桩基，通过静载试验、静动试验、自平衡试验等各方法的比较，来确定此类桩基的荷载试验方法。比选结果表明，在该工程项目施工、地质条件下采用自平衡方法最为合适。

关键词：超长灌注桩荷载试验自平衡方案比选

文章基于文莱某跨海大桥，双向四车道设计，桩基395根，桩长45～100 m。

对于钻孔灌注桩存在如下标准：桩长 L≥40 m 或长径比L/d≥40时均称为长桩；桩长 L≥60 m或长径比 L/d≥60时均称为深长桩[1]。根据该桥桩基设计参数：桩长100 m、桩径1.5 m(长径比66.7）可知，属于典型的深长桩。其荷载试验方案的选取，对于其承载能力的确定影响较大。

1 荷载试验方法比选

1.1 静载试验

静载试验为传统的方法，一般为大吨位堆载和锚桩反力架法。对于深长直径较大的灌注桩，过大的加载量都会导致地基土的附加下沉或是影响土中水平应力场的变化，且荷载传递至桩底的有效性应该较低。

1.2 静动法

静动法(Statnamic)与高应变检测法在本质上相类似。与动载试验相比，静动法桩顶施加的荷载是等梯度递增形式的，桩顶受的力脉冲持续的时间长，不仅对桩顶的损害小，而且可以使桩产生很大的贯入度，应力波的传播不会影响桩身应力和位移分布，静动法加荷与静态加荷时各点的速度和位移差别较小，因此，该方法更加接近静态加荷，其加荷速度还是比较快的，桩体在荷载作用下具有一定的速度和加速度，因此该方法是一种介于静态和动态之间的方法，故称为静动法[2]。

1.3 荷载自平衡法

自平衡测桩法的本质上是根据桩的反力平衡原则确定的，使用荷载箱对其加载[3]。将钢筋笼与其经过焊后在桩身的合理部位进行安装，且控制桩身轴线与其位移方向的夹角。同时将位移杆与高压油管引至地表。在试验过程中，为了对箱内腔施加压力，在地面使用高压油泵通过高压油管对其进行加载，当压力增加到一定程度，箱顶部与底部将被推开，上下部分离，并出现上下两个方向的推力，促使桩上段侧摩阻力的产生以及桩下段侧阻力和端阻力的产生。随着增大的荷载箱压力，试桩被破坏，将测得的侧阻力和端阻力相加，可得桩的极限抗压承载力[4]。

1.4 高应变动测桩法

桩基动测法是指将稳态激振力施加于桩顶或施加以瞬态冲击力，桩－土体系在其中一种作用下将产生动态响应，相应的信号可以通过桩顶设置的传感器测量得到，通过这些信号的基本特征进行的分析，可以判断桩身的缺陷，还能得到单桩的承载力。动载测桩法包括高低两种应变法，采用高应变法不仅能测得桩身是否完整，还能测得基桩的抗压承载力，而低应变法可以测得桩身是否完整，判断其损坏程度及位置[5]。

2 试桩的选取及目的

本桥试桩共3根，选取最差地质处作为代表性地质，试桩目的为检验轴向上单桩的承载力，各桩径1.5m的实验桩参数如下桩1 桩长65~70m, 极限状态下设计荷载 13000KN，桩2 桩长95~105m, 极限状态下设计荷载17000KN，桩3 桩长80~90m，极限状态下设计荷载13000KN。

3 荷载试验方案比较

3.1 各方案劣势

根据各方案的对比分析可以得出如下结论：大直径深长桩，由于桩长过长，锚桩法不切实际，载荷难以传递至桩底；静动法根据动力波传递到桩底再反射回来被测试仪器采集到，根据波形及其他参数估算极限承载力本质和高应变动测法原理相似，实施困难大；自平衡法应用较为成熟，可以考虑；高应变动测桩法可作为检测成桩的辅助手段。

从实验时间方面考虑，静动法占优。 “静动法"本质上是为应对高应变动测法与静荷载试验法所存在的不足而不断兴起的一种检测方法，它同时拥有静载试验与高应变动测的双重优点，例如：原理简单，花费仅达到以往静载试验的1/4～1/2、历时短方便灵活(使用的反力物仅需施加荷载的5%～10%)等。其不足在于荷载作用的时间（一般为100 ms）远远短过常规载荷试验甚至自平衡法，因此从本质上可以说静动法仍属于一种特殊动测方法[6]，使用过程中必须要有一系列的经验假定。静动法的一般用于尺寸相对较小的灌注桩，试验过程中所施加的反力对大直径较长桩一般难以满足要求。

对于单桩竖向承载力的判定，当前动力方法还仅仅局限于复查工作，现有研究成果已指出，动力测试经验的积累以及动静对比的研究仍然具有其深远的意义，因此国内某些省份和地区规范中并未提及动力测试方法。

对于传统、常用的常规静载试验方法，无论采用大吨位堆载或是锚桩反力架法都难以做成破坏性试验。首先，试桩桩径设计为1.5 m，桩头平面尺寸按照预估加载量在桩头堆放油压千斤顶、液压千斤顶或堆重平台比较困难。其次，常规反力架装置在维持17000 kN级别的加载量，反力梁会有挠曲变形导致应力消散，锚桩上拔量过大也会导致对桩顶的沉降量所造成得影响。

3.2 推荐方案优势

自平衡静载法能够适用于各种地层，且荷载箱可根据桩体尺寸定制，形式多样。自平衡测试法从加载方式上来看也属于静载的一种，但自平衡测试法荷载装置简单，对场地要求低，因此，该方法被广泛应用于大型桩基测试中。经对比分析，该项目推荐采用自平衡方案。

4 结语

通过各种对试桩的荷载试验方案的比选，本跨海大桥项目将采用自平衡法进行试验。现场试验结果也表明，在本工程项目施工、地质条件下采用自平衡方法进行是正确的。由于平衡法试验使钻孔桩的承载力得到充分发挥，实测承载力远大于设计承载力，故桩长优化空间大幅提升，得到较为理想的实用效益。

参考文献:

[1] 王忠福,刘汉东,贾金禄,等.大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究[J].岩土力学,2012,33(9):2663-2670.

[2] 吴庆曾,袁明德.测桩承载力新方法——STATNAMIC[J].工程质量, 1996(1): 18-19.

[3] 龚维明,蒋永生.桩承载力自平衡测试法[J].岩土工程学报, 2000,22(5): 532-536.

[4] 龚维明,戴国亮,蒋永生,等.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报,2002,23(1): 82-88.

[5] 吴轶东,陈久照.单桩承载力的高应变动测和静载荷试验对比分析[J].广东土木与建筑,2004(11): 54-56.

[6] 王湛,刘宇峰,娄学谦,等.基于静动法的大直径超长桩承载力实测分析[J].地震工程学报,2014,36(4): 1113-1117.