樁基自平衡靜載試驗在鐵路樁基工程中的應(yīng)用

1、樁基自平衡靜載試驗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有限責任公司 北京 100085)摘要隨著高鐵項目的大量建設(shè)，如何預先控制其橋梁工程沉降量，基樁自平衡法試驗作為成本較低、適用范圍廣、實施簡便，將為設(shè)計、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際實用。 關(guān)鍵字自平衡靜載試驗；高鐵；樁基工程 一、概述 近年來，全國大修高鐵，城際鐵路，這類高速鐵路，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，由于采用無碴道床施工工藝，對 路基，橋梁

2、的沉量要求很嚴，通過什么方法可以知道，橋梁基礎(chǔ)在一定的荷載下，會有多大的沉降，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 壓靜載實驗就可以獲取這方面數(shù)據(jù)。 單樁豎向抗壓靜載實驗按加載方式區(qū)分有三種，即：壓重平臺反力裝置、錨樁橫梁反力裝置、基樁自平衡法。此三種方法的對比如下表：項目壓重平臺反力裝置錨樁橫梁反力裝置基樁自平衡法反力來源采用沙袋、水泥塊、鋼碇等作為荷載，通過千斤頂將其自重傳遞給試樁。通過千斤頂、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，對荷載箱加壓產(chǎn)生上下兩個方向的力，并傳遞到樁身。適用條件及最大加載量對試樁場地要求高，最大加載量很難超過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20000kN。對于端承阻力小于側(cè)摩阻力的樁均適用?；静皇軋龅叵拗?，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為70000kN，而紹興-嘉興跨海大橋達到205000kN。安全性由于設(shè)備放置于檢測，有時人員在荷載下方操作儀器，存在較大的安全隱患。對橫梁強度、錨樁焊接要求高，安全隱患較小。由于地面上只有測量及采集設(shè)備，安全性高，無安全隱患。費用由于要運送，吊裝配重，成本很高，試驗用時長，此方法在小荷載樁基中適應(yīng)性大些。實施過程中需要吊車、卡車等機械配合，檢測時需要監(jiān)控錨樁，在有條件提供反力錨樁的

4、實驗中，此方法成本較低。在施工過程中需要專家指導荷載箱、傳感器的埋設(shè)。檢測實施、儀器設(shè)備安裝簡單，檢測過程方便、快捷。從上表中，明顯可以看出，基樁自平衡法相對于傳統(tǒng)的壓重平臺反力裝置、錨樁橫梁反力裝置有較大的優(yōu)點，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： 1）大噸位試驗的可靠性。自平衡靜載法采用自有專利技術(shù)的特制荷載箱，只需很小的油壓（一般不超過20Mpa）就能產(chǎn)生所需要的加載力，大大 增加了試驗的可靠性；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目單樁20500噸極限加載值，油壓僅為17Mpa 左右。 2）位移測量的準確性

5、。自平衡測樁法采用位移絲綁定的方式，可以優(yōu)化測量點，并且在每個測量截面上多點測量，能準確反映出樁體在加載力作用下的位移。 3）試驗樁用作工程樁的保障。非封閉式荷載箱打開后，會在荷載箱箱體內(nèi)部產(chǎn)生不可預見的斷層，而且由于其不可預見性，無法獲知試驗后補漿的效 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，并通過荷載箱截面的優(yōu)化設(shè)計，確保荷載箱截面在試驗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.試驗原理、試驗裝置與試驗方法（一）試驗原理 自平衡法的檢測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)試驗的不同目的而 定），將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置（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，我們將得到相當于兩個靜載試驗的數(shù)據(jù)：荷載箱以上部分，我們獲得反向加載時上部分樁體的相應(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下部分樁體的相應(yīng)反應(yīng)參數(shù)。通過對加載力與這些參數(shù)（位移、應(yīng)變等）之間關(guān)系的計算和分析，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)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)，也可用于工程樁承載力的檢驗。 本項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)研制開發(fā)。 （二）實驗裝置 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、具有專利技術(shù)的專業(yè)荷載箱。其特點為： l 設(shè)計時，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、聲測等任務(wù)預留實施空間。 l 根據(jù)項目資料，荷載箱端面將設(shè)計錐形體，對灌注時產(chǎn)生的浮漿起導流作用，避免浮漿存積在荷載箱端面，從而保證了試驗位移數(shù)據(jù)的準確性，同時也保證了試驗補漿后的樁體強度和承載能力。 l

8、 荷載箱直徑和加載面積的設(shè)計，充分兼顧加載液壓的中低壓力和樁體試驗后的高承載能力。 l Tomer荷載箱通過內(nèi)置的特殊增壓技術(shù)設(shè)計，以很低的油壓壓強，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，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加密。 l 荷載箱與上下鋼筋籠連接強度適當，以方便試驗時打開荷載箱。 l 荷載箱與上下鋼筋籠連接處，焊接導正筋，以方便導管由荷載箱通孔穿入。 2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 項目的數(shù)據(jù)采集，采用電腦讀數(shù)和人工記錄的方式同步進行。 電腦系統(tǒng)實時顯示數(shù)據(jù)，并每3

9、0秒自動存儲一次。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量的裝置，安裝要求高，安裝效 率低， 特別是不適應(yīng)長樁的檢測。此次項目采用位移絲外套護管的方式，以簡化安裝過程并提高檢測精度。檢測點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行固定，并讀取這些位移的平均值。位移值由位移傳感器進行測量，其讀數(shù)精確到0.01mm。 l 先進的位移傳感器固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計和安裝，在原理上保證了位移測量值只受樁體位移和基準梁運動的影響。（如圖） （三）試驗方法 根據(jù)<基樁自平衡法靜載試驗技術(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，從而對荷載箱上下兩部分樁體同時施加載荷。當采用多個荷載箱加載時，液壓站以并聯(lián)油路對多個荷載箱同時加壓。 l 為保證試驗數(shù)據(jù)和試驗結(jié)論的可比性，加載具體方法（包括加載級別、加載時間、穩(wěn)定狀態(tài)判斷條件、