论文部分内容阅读
【摘要】：在曹妃甸工业区西通路高架一期工程项目在施工的过程中采用自平衡测试技术进行钻孔灌注桩的试桩测试。从承载力取值、荷载传递、设计参数等方面对试验效果进行分析。指导工程桩施工。
【关键词】：自平衡试桩测试施工工艺
中图分类号： TU755.2 文献标识码： A
工程概述
曹妃甸工业区西通路高架一期工程桥梁主线工程部分包括一港池大桥主桥、水中引桥及一港池西侧一联陆上引桥，工程范围K5+985.000～K6+868.000。桥梁全长883m。主线跨径布置为4×28+3×45+4×45+2×138（钢管混凝土下承式系杆拱桥）+4×45m。
主桥采用两座跨径为138m的单索面钢箱叠合梁钢管混凝土系杆拱桥，主桥断面布置为：0.5（防撞栏杆）+12.25（机动车道）+4（中央分隔带）+12.25（机动车道）+0.5（防撞栏杆）=29.5m。
主桥桥型总体布置见图1.1。
图1.1主桥总体立面布置图
2.试验过程
2.1试验概况
本次试桩静载检测是基于该工程设计要求进行的，本工程基础均采用钻孔灌注桩，桩底采用后注浆工艺，试桩均为非工程桩基，其设计参数一览表
试桩1、2#为引桥陆上段基础及匝道基础，采用Φ1.2m钻孔桩基础方案。
试桩3#为模拟引桥水中基础，采用Φ1.8m钻孔桩基础方案。同时，由于基础需承受较大的水平力作用，采用变截面桩，上节桩（约35m）的桩径为Φ2.3m，以增强其抗弯能力。
试桩4#为主桥中墩及边墩基础，采用Φ2.3m钻孔桩基础方案，由于基础需承受较大的水平力作用，采用变截面桩，上节桩（约40m）的桩径为Φ2.8m，以增强其抗弯能力。试桩S1、S2、S3、S4布置图见图2.1
图2.1试桩位置布置图
2.2 测试原理
将荷载箱放在桩身指定位置，直观地反映荷载箱上下两段各自的承载力。将荷载箱上段桩的侧阻力经处理后与下段桩端阻力相加，即为桩极限承载力。加载方式采用慢速维持荷载法逐级加载。
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或只向上产生位移，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来维持加载；再通过预先埋置于桩体中的钢筋计(钢筋计的具体埋设位置及数量根据桩位钻孔柱状图确定)，在每级稳定时监测桩身应力，以便通过计算樁身内力及内力差测定桩周各土层的极限侧摩阻力和端阻力随位移的发挥关系，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。
2.3测试目的
试桩施工在工程桩之前，通过工程桩所在地进行相同孔径、孔深的试桩施工达到以下目的：
（1）通过本次试验要求提出桩侧的分层极限摩阻力和桩端极限承载力，验证地质报告提出的相关数据。确定进行试桩的钻孔灌注桩在注浆前后的单桩极限承载力，为验证、指导钻孔灌注桩的设计提供重要参数。
（2）通过本次试验对近海处钻孔灌注桩的泥浆级配；水下混凝土级配；成孔、成桩（清孔、下钢筋笼、二次清孔、灌混凝土）、后注浆等施工工艺进行专题研究及科学试验与检测分析。为确定合适的施工机具设备，确定钻孔灌注桩的施工工艺等提供重要的参数。
2.4 测试方法
（1）根据试验规范要求，加载分级应按试桩预估极限承载力加载量的1/8~10进行，其中第一级加1-2倍的分级荷载，之后逐级累加，沉降加速时减为半级加载，直至试桩破坏或达到试验控制最大加载值。
（2）测读桩顶沉降量的时间间隔为每级加载后，隔5、10、15、15、15、15分钟各记录一次，累计1小时后，每隔30分钟记录一次。
（3）稳定标准：每级荷载作用下，桩顶沉降量在每小时内小于0.1mm，且每级荷载维持时间不少于2小时。
（4）破坏条件
当上、下段桩任一段达到下述情况即破坏：
a、某级荷载下的桩顶沉降量大于前级等量荷载的沉降量增量的5倍；
b、总沉降量大于40mm时，某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载的沉降增量的2倍，且24小时沉降仍不稳定；
c、加载后期，桩顶沉降随荷载作近似于直线增长，且总沉降量大于60mm。
（5）卸载观测的规定：
每级卸载值为分级加载值的2倍，卸载后隔15分钟记录一次，记录两次后，隔半小时再记录一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3—4小时再记录一次。
试桩准备工作于2010年5月5日、5月13日、6月9日、8月25日等次进场进行仪器设备安放，浇筑时间分别为2010年6月13日、6月18日、7月1日，9月1日，我公司于2010年8月6日～8日、9月25日、10月24日等期间进行现场试验。
2.5试验结果
1. 本次试验实测得到西通路高架桥钻孔桩注浆前试桩S1-4的最大加载量分别为7000、7000、12000、18750kN，注浆后试桩S1h-4h的最大加载量分别为8000、8000、14000、22500kN，基本实现了试桩方案的预估承载力及试验目的，相应的上下段桩的最大变形量及桩段的承载力取值见下表所示（表中数据力的单位制为“kN”）：
2. 水中试桩S3、S4承载力应为冲刷线以下桩段的部分，注浆前S3-4和注浆后S3h、S4h的转换得到的有效承载力详见下表所述：
3. 注浆前试桩S1-4和注浆后试桩S1h-4h的上下段桩，在各土层的抗拔压侧端阻发挥具有一定的差异，各桩段侧端阻发挥的抗拔及抗压最大值见下表所示（表中数据侧端阻的单位为“kpa”），靠近桩身加力处荷载箱附近的桩段侧阻具有一定的应变软化现象，可详见侧阻力发挥曲线和数据表。
4. 综合以上试验数据给定试桩桩侧阻力值如下，下段桩桩端阻发挥给出承载参数有可能不充分，该施工中桩端沉渣经过后注浆工艺有一定改善，同时对下部桩侧改善明显，诸如大直径的S4h试桩桩底段侧阻改善较大。
结语
1、桩的极限摩阻力除了依赖于桩周土的物理状态、物理力学状态外，还与施工工艺、土层特点、试验环境有较大关系。
2、桩承载力自平衡测试法与传统堆载静压试验相比，省时、省力、节约、安全，且测试结果与静载测试相近，可以满足工程精度要求。
3、采用该法可以判定桩周与桩端的阻力分布，可以清楚地分出桩周和端部的土阻力分布和各自的位移曲线。
通过试桩所得到的试验检测数据的结果，给设计单位提供设计依据、优化桩型、桩数，又给我们提供了选择合适钻机的依据，同时又保证了桥梁的经济性、合理性、安全性、可靠性。给社会带来了很好的经济效益和社会效益。
参考文献：
1、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
2、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
【关键词】：自平衡试桩测试施工工艺
中图分类号： TU755.2 文献标识码： A
工程概述
曹妃甸工业区西通路高架一期工程桥梁主线工程部分包括一港池大桥主桥、水中引桥及一港池西侧一联陆上引桥，工程范围K5+985.000～K6+868.000。桥梁全长883m。主线跨径布置为4×28+3×45+4×45+2×138（钢管混凝土下承式系杆拱桥）+4×45m。
主桥采用两座跨径为138m的单索面钢箱叠合梁钢管混凝土系杆拱桥，主桥断面布置为：0.5（防撞栏杆）+12.25（机动车道）+4（中央分隔带）+12.25（机动车道）+0.5（防撞栏杆）=29.5m。
主桥桥型总体布置见图1.1。
图1.1主桥总体立面布置图
2.试验过程
2.1试验概况
本次试桩静载检测是基于该工程设计要求进行的，本工程基础均采用钻孔灌注桩，桩底采用后注浆工艺，试桩均为非工程桩基，其设计参数一览表
试桩1、2#为引桥陆上段基础及匝道基础，采用Φ1.2m钻孔桩基础方案。
试桩3#为模拟引桥水中基础，采用Φ1.8m钻孔桩基础方案。同时，由于基础需承受较大的水平力作用，采用变截面桩，上节桩（约35m）的桩径为Φ2.3m，以增强其抗弯能力。
试桩4#为主桥中墩及边墩基础，采用Φ2.3m钻孔桩基础方案，由于基础需承受较大的水平力作用，采用变截面桩，上节桩（约40m）的桩径为Φ2.8m，以增强其抗弯能力。试桩S1、S2、S3、S4布置图见图2.1
图2.1试桩位置布置图
2.2 测试原理
将荷载箱放在桩身指定位置，直观地反映荷载箱上下两段各自的承载力。将荷载箱上段桩的侧阻力经处理后与下段桩端阻力相加，即为桩极限承载力。加载方式采用慢速维持荷载法逐级加载。
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或只向上产生位移，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来维持加载；再通过预先埋置于桩体中的钢筋计(钢筋计的具体埋设位置及数量根据桩位钻孔柱状图确定)，在每级稳定时监测桩身应力，以便通过计算樁身内力及内力差测定桩周各土层的极限侧摩阻力和端阻力随位移的发挥关系，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。
2.3测试目的
试桩施工在工程桩之前，通过工程桩所在地进行相同孔径、孔深的试桩施工达到以下目的：
（1）通过本次试验要求提出桩侧的分层极限摩阻力和桩端极限承载力，验证地质报告提出的相关数据。确定进行试桩的钻孔灌注桩在注浆前后的单桩极限承载力，为验证、指导钻孔灌注桩的设计提供重要参数。
（2）通过本次试验对近海处钻孔灌注桩的泥浆级配；水下混凝土级配；成孔、成桩（清孔、下钢筋笼、二次清孔、灌混凝土）、后注浆等施工工艺进行专题研究及科学试验与检测分析。为确定合适的施工机具设备，确定钻孔灌注桩的施工工艺等提供重要的参数。
2.4 测试方法
（1）根据试验规范要求，加载分级应按试桩预估极限承载力加载量的1/8~10进行，其中第一级加1-2倍的分级荷载，之后逐级累加，沉降加速时减为半级加载，直至试桩破坏或达到试验控制最大加载值。
（2）测读桩顶沉降量的时间间隔为每级加载后，隔5、10、15、15、15、15分钟各记录一次，累计1小时后，每隔30分钟记录一次。
（3）稳定标准：每级荷载作用下，桩顶沉降量在每小时内小于0.1mm，且每级荷载维持时间不少于2小时。
（4）破坏条件
当上、下段桩任一段达到下述情况即破坏：
a、某级荷载下的桩顶沉降量大于前级等量荷载的沉降量增量的5倍；
b、总沉降量大于40mm时，某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载的沉降增量的2倍，且24小时沉降仍不稳定；
c、加载后期，桩顶沉降随荷载作近似于直线增长，且总沉降量大于60mm。
（5）卸载观测的规定：
每级卸载值为分级加载值的2倍，卸载后隔15分钟记录一次，记录两次后，隔半小时再记录一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3—4小时再记录一次。
试桩准备工作于2010年5月5日、5月13日、6月9日、8月25日等次进场进行仪器设备安放，浇筑时间分别为2010年6月13日、6月18日、7月1日，9月1日，我公司于2010年8月6日～8日、9月25日、10月24日等期间进行现场试验。
2.5试验结果
1. 本次试验实测得到西通路高架桥钻孔桩注浆前试桩S1-4的最大加载量分别为7000、7000、12000、18750kN，注浆后试桩S1h-4h的最大加载量分别为8000、8000、14000、22500kN，基本实现了试桩方案的预估承载力及试验目的，相应的上下段桩的最大变形量及桩段的承载力取值见下表所示（表中数据力的单位制为“kN”）：
2. 水中试桩S3、S4承载力应为冲刷线以下桩段的部分，注浆前S3-4和注浆后S3h、S4h的转换得到的有效承载力详见下表所述：
3. 注浆前试桩S1-4和注浆后试桩S1h-4h的上下段桩，在各土层的抗拔压侧端阻发挥具有一定的差异，各桩段侧端阻发挥的抗拔及抗压最大值见下表所示（表中数据侧端阻的单位为“kpa”），靠近桩身加力处荷载箱附近的桩段侧阻具有一定的应变软化现象，可详见侧阻力发挥曲线和数据表。
4. 综合以上试验数据给定试桩桩侧阻力值如下，下段桩桩端阻发挥给出承载参数有可能不充分，该施工中桩端沉渣经过后注浆工艺有一定改善，同时对下部桩侧改善明显，诸如大直径的S4h试桩桩底段侧阻改善较大。
结语
1、桩的极限摩阻力除了依赖于桩周土的物理状态、物理力学状态外，还与施工工艺、土层特点、试验环境有较大关系。
2、桩承载力自平衡测试法与传统堆载静压试验相比，省时、省力、节约、安全，且测试结果与静载测试相近，可以满足工程精度要求。
3、采用该法可以判定桩周与桩端的阻力分布，可以清楚地分出桩周和端部的土阻力分布和各自的位移曲线。
通过试桩所得到的试验检测数据的结果，给设计单位提供设计依据、优化桩型、桩数，又给我们提供了选择合适钻机的依据，同时又保证了桥梁的经济性、合理性、安全性、可靠性。给社会带来了很好的经济效益和社会效益。
参考文献：
1、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
2、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000