樁基自平衡靜載試驗(yàn)在鐵路樁基工程中的應(yīng)用

1、樁基自平衡靜載試驗(yàn)在鐵路樁基工程中的應(yīng)用謝冬華(北京中鐵瑞威工程檢測(cè)有限責(zé)任公司 北京 100085)摘要隨著高鐵項(xiàng)目的大量建設(shè)，如何預(yù)先控制其橋梁工程沉降量，基樁自平衡法試驗(yàn)作為成本較低、適用范圍廣、實(shí)施簡(jiǎn)便，將為設(shè)計(jì)、施工提供可靠的依據(jù)，本文將探討基樁自平衡法原理及工程實(shí)際實(shí)用。 關(guān)鍵字自平衡靜載試驗(yàn)；高鐵；樁基工程 一、概述 近年來(lái)，全國(guó)大修高鐵，城際鐵路，這類(lèi)高速鐵路，由于曲線半徑大，橋隧比例一般在50%以上，在山區(qū)，一般在70% 左右，如武廣高鐵的橋隧比為66.9%，貴廣鐵路橋隧比70%。大量采用橋隧代替路基，鐵路、交通工程一般荷載不大，高鐵，由于采用無(wú)碴道床施工工藝，對(duì) 路基，橋梁

2、的沉量要求很?chē)?yán)，通過(guò)什么方法可以知道，橋梁基礎(chǔ)在一定的荷載下，會(huì)有多大的沉降，或在允許最大的荷載下，基礎(chǔ)沉降量能到多少？用用單樁豎向抗 壓靜載實(shí)驗(yàn)就可以獲取這方面數(shù)據(jù)。 單樁豎向抗壓靜載實(shí)驗(yàn)按加載方式區(qū)分有三種，即：壓重平臺(tái)反力裝置、錨樁橫梁反力裝置、基樁自平衡法。此三種方法的對(duì)比如下表：項(xiàng)目壓重平臺(tái)反力裝置錨樁橫梁反力裝置基樁自平衡法反力來(lái)源采用沙袋、水泥塊、鋼碇等作為荷載，通過(guò)千斤頂將其自重傳遞給試樁。通過(guò)千斤頂、橫梁連接錨樁，將錨樁的上拔力反作用于試樁。在試樁內(nèi)部埋設(shè)荷載箱，對(duì)荷載箱加壓產(chǎn)生上下兩個(gè)方向的力，并傳遞到樁身。適用條件及最大加載量對(duì)試樁場(chǎng)地要求高，最大加載量很難超過(guò)10000

3、kN。要求不少于4根提供反力的錨樁。由于需要橫梁、千斤頂?shù)冗B接，最大加載量一般不超過(guò)20000kN。對(duì)于端承阻力小于側(cè)摩阻力的樁均適用?；静皇軋?chǎng)地限制，特別是跨海、跨江等特大型基樁均應(yīng)用。最大加載量杭州灣跨海大橋?yàn)?0000kN，而紹興-嘉興跨海大橋達(dá)到205000kN。安全性由于設(shè)備放置于檢測(cè)，有時(shí)人員在荷載下方操作儀器，存在較大的安全隱患。對(duì)橫梁強(qiáng)度、錨樁焊接要求高，安全隱患較小。由于地面上只有測(cè)量及采集設(shè)備，安全性高，無(wú)安全隱患。費(fèi)用由于要運(yùn)送，吊裝配重，成本很高，試驗(yàn)用時(shí)長(zhǎng)，此方法在小荷載樁基中適應(yīng)性大些。實(shí)施過(guò)程中需要吊車(chē)、卡車(chē)等機(jī)械配合，檢測(cè)時(shí)需要監(jiān)控錨樁，在有條件提供反力錨樁的

4、實(shí)驗(yàn)中，此方法成本較低。在施工過(guò)程中需要專(zhuān)家指導(dǎo)荷載箱、傳感器的埋設(shè)。檢測(cè)實(shí)施、儀器設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，檢測(cè)過(guò)程方便、快捷。從上表中，明顯可以看出，基樁自平衡法相對(duì)于傳統(tǒng)的壓重平臺(tái)反力裝置、錨樁橫梁反力裝置有較大的優(yōu)點(diǎn)，基樁自平衡法是作為一種新型的加載方式，與傳統(tǒng)的靜載加載方式相比具有以下優(yōu)勢(shì)： 1）大噸位試驗(yàn)的可靠性。自平衡靜載法采用自有專(zhuān)利技術(shù)的特制荷載箱，只需很小的油壓（一般不超過(guò)20Mpa）就能產(chǎn)生所需要的加載力，大大 增加了試驗(yàn)的可靠性；如杭州灣跨海大橋7000噸加載力，油壓僅為20Mpa左右，嘉紹通道跨海大橋項(xiàng)目單樁20500噸極限加載值，油壓僅為17Mpa 左右。 2）位移測(cè)量的準(zhǔn)確性

5、。自平衡測(cè)樁法采用位移絲綁定的方式，可以?xún)?yōu)化測(cè)量點(diǎn)，并且在每個(gè)測(cè)量截面上多點(diǎn)測(cè)量，能準(zhǔn)確反映出樁體在加載力作用下的位移。 3）試驗(yàn)樁用作工程樁的保障。非封閉式荷載箱打開(kāi)后，會(huì)在荷載箱箱體內(nèi)部產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)的斷層，而且由于其不可預(yù)見(jiàn)性，無(wú)法獲知試驗(yàn)后補(bǔ)漿的效 果，造成質(zhì)量隱患。自平衡荷載箱能保證產(chǎn)生有規(guī)則的連續(xù)斷面，并通過(guò)荷載箱截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保荷載箱截面在試驗(yàn)后得到有效而可靠的注漿效果，保證試樁用 作工程樁的質(zhì)量。 4）荷載箱自重輕，便于施工單位安裝。例如：嘉紹通道跨海大橋項(xiàng)目試樁3.8m直徑，所使用自平衡荷載箱的自重僅為7噸，只有傳統(tǒng)技術(shù)荷載箱重量的15%，大大方便了施工單位的鋼筋籠安裝工作

6、。 二.試驗(yàn)原理、試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法（一）試驗(yàn)原理 自平衡法的檢測(cè)原理是將一種特制的加載裝置自平衡荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內(nèi)相應(yīng)的位置（具體位置根據(jù)試驗(yàn)的不同目的而 定），將加載箱的加壓管以及所需的其他測(cè)試裝置（位移、應(yīng)變等）從樁體引到地面，然后灌注成樁。由加壓泵在地面向荷載箱加壓加載，荷載箱產(chǎn)生上下兩個(gè)方向 的力，并傳遞到樁身。由于樁體自成反力，我們將得到相當(dāng)于兩個(gè)靜載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)：荷載箱以上部分，我們獲得反向加載時(shí)上部分樁體的相應(yīng)反應(yīng)系列參數(shù)；荷載箱 以下部分，我們獲得正向加載時(shí)下部分樁體的相應(yīng)反應(yīng)參數(shù)。通過(guò)對(duì)加載力與這些參數(shù)（位移、應(yīng)變等）之間關(guān)系的計(jì)算和分析，我們可以獲

7、得樁基承載力等一系列 數(shù)據(jù)。這種方法可以用于為設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)，也可用于工程樁承載力的檢驗(yàn)。 本項(xiàng)目擬用的自平衡荷載箱,是由荷蘭Tomer Systems B.V.(通莫系統(tǒng)有限公司)研制開(kāi)發(fā)。 （二）實(shí)驗(yàn)裝置 1. 加載系統(tǒng) 包括加載泵站、荷載箱以及加壓管。 采用荷載箱為通莫公司研制的、具有專(zhuān)利技術(shù)的專(zhuān)業(yè)荷載箱。其特點(diǎn)為： l 設(shè)計(jì)時(shí)，荷載箱的形狀、布局形式等參數(shù)，充分考慮灌注混凝土、注漿、聲測(cè)等任務(wù)預(yù)留實(shí)施空間。 l 根據(jù)項(xiàng)目資料，荷載箱端面將設(shè)計(jì)錐形體，對(duì)灌注時(shí)產(chǎn)生的浮漿起導(dǎo)流作用，避免浮漿存積在荷載箱端面，從而保證了試驗(yàn)位移數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也保證了試驗(yàn)補(bǔ)漿后的樁體強(qiáng)度和承載能力。 l

8、 荷載箱直徑和加載面積的設(shè)計(jì)，充分兼顧加載液壓的中低壓力和樁體試驗(yàn)后的高承載能力。 l Tomer荷載箱通過(guò)內(nèi)置的特殊增壓技術(shù)設(shè)計(jì)，以很低的油壓壓強(qiáng)，產(chǎn)生很大的加載力，從而能夠極大地降低加載系統(tǒng)的故障率。1. 荷載箱的安裝埋設(shè) 為保證樁基質(zhì)量和試樁的成功，埋設(shè)荷載箱時(shí)，將有以下安全措施： l 為保證樁體因加載產(chǎn)生應(yīng)力集中而破壞，荷載箱附近鋼筋籠箍筋適當(dāng)加密。 l 荷載箱與上下鋼筋籠連接強(qiáng)度適當(dāng)，以方便試驗(yàn)時(shí)打開(kāi)荷載箱。 l 荷載箱與上下鋼筋籠連接處，焊接導(dǎo)正筋，以方便導(dǎo)管由荷載箱通孔穿入。 2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集，采用電腦讀數(shù)和人工記錄的方式同步進(jìn)行。 電腦系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，并每3

9、0秒自動(dòng)存儲(chǔ)一次。記錄內(nèi)容包括：油壓，荷載箱上部位移，荷載箱下部位移，樁頂位移等。 3. 數(shù)據(jù)傳感裝置 l 位移傳感器：傳統(tǒng)的位移棒作為位移測(cè)量的裝置，安裝要求高，安裝效 率低， 特別是不適應(yīng)長(zhǎng)樁的檢測(cè)。此次項(xiàng)目采用位移絲外套護(hù)管的方式，以簡(jiǎn)化安裝過(guò)程并提高檢測(cè)精度。檢測(cè)點(diǎn)截面引出若干組位移絲（通常3組），到樁頂后，用一特 定裝置將這些位移絲進(jìn)行固定，并讀取這些位移的平均值。位移值由位移傳感器進(jìn)行測(cè)量，其讀數(shù)精確到0.01mm。 l 先進(jìn)的位移傳感器固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安裝，在原理上保證了位移測(cè)量值只受樁體位移和基準(zhǔn)梁運(yùn)動(dòng)的影響。（如圖） （三）試驗(yàn)方法 根據(jù)<基樁自平衡法靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程> ( DGJ32/TJ77-2009),將按照如下方式加載: 1. 加載方法 如原理所述：以流體為加載介質(zhì)，向埋設(shè)于樁基內(nèi)一定深度位置的荷載箱中加壓，從而對(duì)荷載箱上下兩部分樁體同時(shí)施加載荷。當(dāng)采用多個(gè)荷載箱加載時(shí)，液壓站以并聯(lián)油路對(duì)多個(gè)荷載箱同時(shí)加壓。 l 為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)論的可比性，加載具體方法（包括加載級(jí)別、加載時(shí)間、穩(wěn)定狀態(tài)判斷條件、