[工作精品论文]浅议自平衡检测法在安哥拉lng工程中的应用龙

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集浅议自平衡检测法在安哥拉LNG工程中的应用何均龙（中交四航局二公司安哥拉LNG项目部广东广州510300）摘要根据安哥拉LNG项目资源匮乏的特征选用自平衡法进行桩基承载力试验，本文阐述如何进行自平衡试验，试验过程如何控制，结果如何取舍，本项目的理论计算数据经过试验数据纠正后，进一步验算设计桩长并调整其长度。通过这一实列可以把该方法推广到其他项目应用。关键词灌注桩自平衡检查法承载力OPINIONSONSELFBALANCEDTESTINGMETHODFORANGOLALNGPROJECTJUNLONGHE（SECONDENGGCOOFCCCCFOURTHHARBORENGINEERINGCOLTDGUANGZHOU510300CHINA）ABSTRACTDUETOTHESHORTAGEOFRESOURCES,SELFBALANCEDMETHODFORBEARINGCAPACITYOFCIPISTOAPPLYFORINANGOLALNGPROJECTTHEESSAYISTODESCRIBEHOWTOPERFORMTHESELFBALANCEDTEST,HOWTOCONTROLDURINGTHETESTING,HOWTOSELECTTHEAPPROPRIATEOUTCOMESTHEDESIGNLENGTHOFTHECIPCANBECHECKEDTHROUGHTHETHEORYDATAAMENDEDBYTHEEXPERIMENT,ANDTHENTOADJUSTITSLENGTHTHESELFBALANCEDMETHODCANBEAPPLIEDFOROTHERPROJECTTHROUGHTHESATISFACTORYIMPLEMENTATIONKEYWORDSCASTINSITUPILECIP；SELFBALANCEDMETHOD；BEARINGCAPACITY自平衡试桩法是一种基桩静载试验新技术，是接近于竖向抗压桩实际工作条件的一种试验方法。它有效弥补和解决了传统试桩法难以解决的基桩承载力检测问题，传统的静载荷试验的装置一直采用压重荷载平台式或锚桩反力架等形式，试验工作费力、费时、费钱，特别是对许多承载力较大的基桩，常常因为无法提供足够反力而回避做静载试验或仅做模拟试验，无法确定基桩准确的承载力大小，设计仅凭个人经验，以致造成工程隐患或许多大承载力基桩潜力不能发挥的浪费。项目概述该项目位于安哥拉SOYO市，是ANGOLALNG项目的终端接收码头的岸坡引桥桩基，总共39根灌注桩，直径12M，全部采用钻孔成型，由于当地物质极度匮乏，在采购和运输都较艰苦的条件下，选择使用自平衡的方法进行承载力试验，选取一根具有代表性的桩作为自平衡试验，得出该桩的承载力，并以此验证该桩按公式法计算出的承载力与试验结果是否吻合，校正得出该项目的桩基承载力计算方法，以此复核其余桩基长度。1自平衡的理论依据自从美国西北大学教授OSTERBERG为静载试验提供了一种新的方法，后来叫做自平衡法。它只需在桩中间装置一个特殊的荷载箱，不需另外提供反力和反力装置，自平衡试桩法是接作者简介何均龙（1980），男，四川广安人，助理工程师，从事港口工程施工管理。356中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集近于竖向抗压拔桩的实际试验条件的试验方法。自平衡试桩法是利用基桩自身反力加载，以激发极限桩侧摩阻力及桩端阻力。而在我国，清华大学对该法进行了理论研究，同时东南大学土木工程系与江苏省建设厅合作研究了OSTERBERG法，并研制了荷载箱在灌注桩工程中加以推广应用。2009年该方法被交通部定为行业标准JT/T7382009（基桩静载试验自平衡法）。2试验目的A、获得荷载位移QS曲线图；B、检验完善设计和施工工艺，验证桩基的安全性和可靠性；C、验证并完善桩基设计中的理论计算方法；D、获得桩的承载能力允许荷载和极限荷载；E、确定经济合适的桩长。3试验原理试验时上段桩的抗拔侧摩阻力上段桩重下段桩的抗压侧摩阻力端阻力桩的承载力桩侧土的摩擦力桩端反力未破坏时桩向两端的位移与荷载成正比增加。破坏时位移突然增大，荷载位移曲线图出现拐点。桩承载力确定拐点时的极限荷载除以安全系数。4试验步骤整个试验过程分为三个阶段，准备规划阶段、加载观察记录阶段和分析总结阶段。41准备规划阶段A、技术资料收集整理查找所有相关技术规格书、图纸、合同及特别说明要求；B、理论计算按照技术规格书、图纸和内力计算书算出所需设计荷载；C、试桩方案制定编写整个试桩方案并提交给BECHTEL审批通过；D、按照试桩方案准备相应仪器、仪表、设备和其他资源等；E、现场工作准备准备位移测量横梁和测试仪器仪表布置等准备工作。411平衡位置点选择理论计算（1）选择的单桩基本情况表1NTC8桩试桩编号桩径桩底标高河床标高有效桩长设计承载力（T）最大加载值（T）NTC812M430M25449M45025625（技术规格书要求河床地面15M以下开始计算有效摩阻力）地质条件试桩位置地质靠近最近的钻孔K25，参考其记录，桩顶标高为19M，K25的地质分层资料357中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集表2地质分层资料土层名称层顶标高（M）层底标高（M）层厚（M）备注细砂10018118松中砂01840839中密粗砂40885845中密中砂858119834中密粘土1198122803很软细砂1228128806中密粉粘1288166838土软中砂1668202836中密细砂2028240838中密中砂2408265825中密粉细砂265829583密实细砂2958322827很密实中砂3228351829很密实细砂3518387836很密实硬粘土3878400813坚硬粉细砂4008412812很密实中砂412843172很密实（2）受力计算根据API规范确定各土层单位摩阻力及单位端阻力对于非粘性土1）单位摩阻力按公式（6431）计算FKP0TAN其中，K横向地基压力系数，对于灌注桩取10；P0计算点有效覆盖土压力，KPALB/FT2；土和桩壁之间的摩擦角，按API规范表6431取用。2）单位端阻力按公式（6432）计算0QQPN其中，0P桩尖有效覆盖土压力，KPALB/FT2；Q无量纲支撑能力系数，按表6431取用。N上述公式计算的摩阻力和端阻力不得大于表6431中给定的极限值，即实际计算过程中取小值使用。对于粘性土1）单位摩阻力按公式（6421）计算FC其中，量纲为一的系数，可用下式计算；C相应点土壤的不排水抗剪强度。系数可用下式计算358中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集050250510100510其中，C/P0的相应点；P0相应点的有效覆盖土压力，KPALB/FT2各土层单位摩阻力及单位端阻力计算参数如表3和表4表3单位摩阻力计算结果土层名称层厚HIM有效重度KN/3MHIKN/M2P0KPACKPA单位摩阻力FKPA细砂118192242224220816中砂39923588754253514粗砂45924141168255443中砂3492312814808256901粘土0382246150543030细砂069255215606257273粉粘土38823116187223636中砂36102367225813细砂38102387625813中砂2510225525813粉细砂310230630957细砂271022754351148中砂291022958351148细砂361023672351148硬粘土13921196150100粉细砂121021224351148中砂1721021754351148有效重度引用资料5中相关试验值；非粘土单位摩阻力公式计算值大于表6431的极限值，即单位摩阻力由表中值直接确定；强度按资料5中FIG23近似线性取用，同时取1；摩阻力按资料5中TABLE32直接取用。表4单位端阻力计算结果单位端阻力QKPA桩端土层名击实数NAPI规范GOLDER推荐值中国规范中砂77/300MM960048002521采用中国规范JTJ2482001计算端阻力，公式如下QR2M0Q0K22LT3其中，M0清底系数。挖孔灌注桩取10；钻孔灌注桩取06509，沉渣厚度小取大值，反之取小值，且沉渣厚度不得大于300MM；修正系数，根据表4222选取；Q0地基容许承载力KPA，按附录A中表A011至表A016采用；K2地基容许承载力深度修正系数，根据桩端持力层土的类别按附录A中表A02选用；359中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集2桩端以上土的天然重度KN/M3，当土层多于两层时应取加权平均值；LT桩的入土深度M，自冲刷线起算，当LT大于40M时，按40M计算。按照公式计算，取M0065，085，Q0450KPA，K255，LT取40M，得到单位端阻力QR2521KPA。对于位移要求较严格的桩基础，计算单桩竖向抗压承载力时一般不计入端阻力。考虑到本试验的实际情况，选取最合适的单位端阻力值为2521KPA。（3）平衡点（荷载箱位置）的确定根据计算公式得出该试验桩的承载力为API规范单桩极限承载力计算公式（6411）QFASQAP其中，F单位桩侧摩阻力，KPALB/FT2；AS桩侧表面积，M2LB/FT2；Q单位桩端阻力，KPALB/FT2；AP桩端总面积，M2LB/FT2。表41假设平衡点位置的计算荷载箱摆放在桩底以上10M位置时承载力类型土层名称层厚M单位摩阻力/单位端阻力KPA修正系数分层摩阻力/端阻力KN细砂118816072440中砂3935140736147粗砂4554430764604中砂3469010761887粘土0330082713细砂067273071151粉粘土38360841237中砂368130777197细砂388130781486中砂258130753609粉细砂39570775726细砂2711480781755荷载箱以上桩段10M33M中砂07211480721801中砂218114894299细砂361148155724硬粘土1310048984粉细砂12114851908侧摩阻力中砂172114874401荷载箱以下桩段33M43M端阻力中砂2521243262注修正系数根据JT/T7382009的条文规定。当上段桩身向上运动，桩侧摩阻力方向向下，其摩阻力值应当由桩身正常向下运动时的摩阻力值乘以修正系数得到。修正系数的取值根据荷载箱上部土的类型确定粘性土、粉土08；砂土07；岩石1。360中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集表42假设平衡点位置计算结果摩阻力KN端阻力KN桩段自重KN极限承载力KN荷载箱以上6158582（见后面计算）6740荷载箱以下425324336686注1、估算过程假定试验桩桩身重度为245KN/，由于在海岸边土质为砂层中，故考虑水浮力，桩重度为145KN/M，水面09M以上桩重度为245KN/。3M3M2、荷载箱以上桩段的桩侧摩阻力与桩段自重之和为6740KN略大于荷载箱以下桩段的桩侧摩阻力与桩端阻力之和6686KN，故假定的平衡点位置是合适的。否则重新进行假设计算，直到上下荷载接近相等。故假设的桩底10M以上位置经过计算符合平衡位置要求。42加载观察记录阶段A、准备工作检查各种仪器仪表是否正常。B、按照方案进行加载。C、观察各个指标及现象。D、记录各种数据及资料需要注意的问题测得各项数据与理论计算的数据进行现场分析目的判断桩受力后是否正常，是否可以进行下一级加载。421仪器准备（1）荷载箱采用一个环形荷载箱，行程25CM，如图41所示。荷载箱的直径通常比桩径小100140MM。荷载箱的千斤顶最大荷载18000KN要超过桩的承载力的3倍。（2）高压油泵控制荷载箱加、卸载，压力值由精密压力表读出，压力表量程为060MPA，精度级为05级。5213位移观测仪器图41加载用荷载箱图42电子位移传感器361中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集图43电脑及数据采集仪图图44荷载箱与钢筋笼焊接采用6个电子位移传感器（如图42），量程为050MM，精度为001MM。通过磁性表座固定在基准梁上，2只用于量测桩身荷载箱处的向上位移，2只用于量测桩身荷载箱处的向下位移，2只用于量测桩顶向上位移。（3）电脑及数据采集仪如图43所示。422试验过程关键要求根据自平衡测桩法的需要，自平衡试桩试验时应注意以下几点（1）在试验桩位5米范围内要有地质钻孔，并提供该地质钻孔的详细地质报告。由于桩中埋有荷载箱，因此，不能成桩后在桩内进行钻孔。（2）试验时间灌注桩成桩后28天进行自平衡试验，或者灌注桩混凝土强度达到100强度。（3）地面上钢筋绑扎和焊接钢筋笼，位移棒外护管、声测管连接用套筒围焊，确保护管不渗泥浆，位移棒采用丝扣连接，并用钳子拧紧，与钢筋笼绑扎成整体，运到工作平台上。（4）荷载箱应立放在平整地上，吊车将上节钢筋笼吊起与荷载箱上顶板焊接（所有主筋围焊，并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离）保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上，再焊接喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与内圆边缘焊接，如图44所示。（5）导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，当荷载箱上部混凝土大于25M时导管底端方可拔过荷载箱，浇混凝土至设计桩顶；荷载箱下部混凝土坍落度宜为200220MM，便于混凝土在荷载箱处上翻。（6）埋完荷载箱，保护油管及钢管封头（用钢板焊，防止水泥浆漏入）。（7）灌注混凝土时，要求制作一定量的混凝土试块，待测试时作混凝土强度、弹性模量试验。（8）在试验完成后，需对荷载箱位置进行压力灌浆。423试验程序过程试验时，把一种特制的加载装置荷载箱，预先放置在桩身计算过的平衡位置，将荷载箱的高压油管和位移杆引到地面或平台。由高压油泵在地面或平台向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩侧极限摩阻力及自重与下部桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力相平衡来维持加载，从而获得桩的承载力。设置位移杆，用百分表测量位移（图42），在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。加载过程遵循规范ASTMD1143中的维持荷载法和快速加载法进行。424试验控制及终止条件当出现下列情况之一时，即可终止加载A、已达到设计最大加载值；B、某级荷载作用下，桩的位移量大于或等于前一级荷载作用下位移量的5倍；C、某级荷载作用下，桩的位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24H尚未362中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集达到相对稳定；D、荷载箱上位移或下位移累计量超过100MM。43试验数据分析判断试验数据处理及极限承载力判断标准交通部自平衡法JT/T7382009标准中的61根据QS曲线（图46）特征确定上下段桩承载力，分别求得上、下段桩的极限承载力，然后考虑桩自重影响，得出单桩竖向抗压极限承载力为UQW/（1）UUPQUDOWNQ式中单桩竖向抗压极限承载力；UQUUPQ荷载箱上部桩的实测极限值；UDOWNQ荷载箱下部桩的实测极限值；W荷载箱上部桩有效自重；荷载箱上部桩侧阻力修正系数,对于粘性土、粉土08；对于砂土07；对于岩石10。根据试验得出的QS图如图45所示，得出桩的弹性阶段向上的最大极限值为3900KN。WV3431406245100931406245582KN（桩有09M在海平面上）22UQW/3412582/0739007942KN。UUPQUDOWNQ按照规范计算允许荷载7942KN/23971KN，安全系数取20。根据荷载箱上部桩达到极限荷载时简化桩的每米摩擦力得出（3900KN582KN）/34M976KN/M，桩端承载力为3900KN976KN/M10M2924KN,那么按照该施工方法得出桩端力为2924KN，每M桩摩擦力为976KN。该桩极限承载力为2924976447218KN，允许荷载为7218KN/23609KN按此法计算复查各桩是否达到安全受力要求。141210864206145001000150020002500300034123900241081216QUUPQUND