桥梁大吨位桩基新静载试验方法的工程应用

1、桥梁大吨位桩基新静载试验方法的工程应用试桩和润扬长江公路大桥亩弓桥试桩工程实倒中的具体运用,该法威功地解块了栗再传统静载试验方法难以解决的特殊现场试验条件与大吨位试桩问题,在桥梁桩基由具有广泛的应用前景关键词:桥桩;自平衡试桩;静载试验中图分类号:TU4732文献标识码:A文章编号:1001051”)5(2001)04005404桩基础是最古老的基础形式之一随着现代科学的进步,目前已成为我国桥梁基础中最主要的基础类型之一单桩承载力的确定是桩基设计的关键问题,而桩的静载试验是确定单桩承载力最可靠的方法.然而传统静载荷试验的装置一直停留在压重平台或锚桩反力架之类的形式上,试验工作费时,费力,费钱,

2、因此人们常力图回避做静载试验,而且单桩承载力越高,越不倾向于做静载试验,以致许多重要的桥梁的大吨位基桩往往得不到准确的承载力数据,基桩的潜力不能发挥本文针对桥梁桩基吨位大,试桩场地特l朱等特点,采用一种新的静载试验方法自平衡试桩方法进行测试.取得j,良好的效果.1自平衡试桩法原理简介自平衡试桩法在桩施工过程中将荷载箱(主要由活塞,顶盖,底盖及箱壁4部分组成)放在桩身指定位置,测试时能直观地反映荷载箱上,下2段桩各自的承载力,为我们区分摩阻力与端阻力的发挥情况提供了强有力的手段.其测试原理示意图如图1所示试验时,从地面通过油压管加压,随着压力的增大,荷载箱将同时向上,向F发生变位.并能自动调整桩

3、侧阻力及桩端阻力的作用.直到破坏,根据加载及向上,下位移的惟一对应关系,可以绘出向E,向下2条ps曲线.将上段桩图1测试机理示意图得到的极限抗拔承载力经一定处理后转换为极限抗压承载力与下段桩极限承戴力相加即为桩极限承载力”.这种测桩系统可以省去传统单桩竖向静载试验中.用锚桩横梁反力装置和压重半台反山装置来提供所需的装备,经费和时间.2应用实例21南京新三汉河大桥2l1工程概况该桥地处原惠民河上,紧邻长江.桥位区地貌属长江漫滩,勘察深度内上部分布巨厚层软土,其强度低,压缩性高,具流变性和触变性,工程地质性质差;下部为砂夹卵砾石,厚度及分布表1主要土层物理力学指标综台值有变化,工程地质性质一般;深

4、部为白垩系泥质粉砂岩,工程地质性质良好工程力学陆质见表1,试桩有收稿日期:21)0t01.11作者简介:蛾国亮.1975年.陴I_研,生第4期戴国亮等:桥梁大吨位柱基新静载试验方法的I程应用关数据见表2212试桩情况及结果试桩在水中进行,测试时只需将,F衡粱固定在周围桩上,而测试设备引到陆地上,采用慢速维持简载法,严格按公路桥涵施J-技术规范($FJ0412(300)附录试桩试表2试桩有关数据验办法”和江苏省地方标准桩承载力自平衡测试技术规程(DB32/T292-99卜执行试桩1,试桃2分剐按2×6.7MN和2×9.2MN加载.第1级加载为2×670kN和2

5、15;920kN,后以每级2×670kN和2×920kN递增.测得2根试桩向上,向下的Qs曲线如图2(a),(b所示,.一r,6:.-.-.-.l05l0扎:aj/j5I.一一.-0/MU/Ma)试桩IfIJ:q12图2自平衡试桩曲线从图2可以看出,试桩1,试桩2的()一s曲线都属于缓变型.国外在同一根桩上做了大量对比试验.得出如下结论:对于粘性土,施加于桩顶向下的荷载产生的桩侧向上的摩阻力略大f施加于桩底等量而向上的荷载产生的桩侧向下摩阻力;对于无牯性土,向上的摩阻力大于向下的摩阻力.东南大学也做了lO多根对比试验,验证了上述结论.试桩1,试桩2上段桩身质量分别为161M

6、和287MN,根据江苏省地方标准桩承载力自平衡测试技术规程(DB32/T292-99),对于粘性土,抗拔桩承载力为抗压桩承载力的08倍.试桩1,试桩2的上,下段桩的极限承载力都未达到,因此,试桩1的极限承裁力兄.(671.61)/08+6.7=13.07MN;试桩2的尺(9.22.87)/0.8+9.2=17.12MN.从加载及回弹曲线看,2根试桩上,下段回弹量较小,这反映了桩侧土很差,只有塑生变形的情况:2根试桩荷载箱下部桩长只有23m,而回弹值小说明了桩端有一定的沉渣,仅桩身弹性压缩部分得以回弹.22润扬长江公路大桥南引桥试桩22.1工程概况润扬长江公路大桥桥址位于扬于板块,在历次挤压褶皱

7、及岩浆活动综合作用下,区内地层支离破碎,地质情况复杂:软土具有触变性,砂土液化(20m以浅),构造破碎,差异风化,因此土体及下卧基岩物理力学指标变化较大.为了验证设计时所采用地质钻探资料的正确性,对引桥采用的桩基础进行试桩试验以确定单桩承载力.根据地质构造情况,南引桥定于45号墩(地质钻孔编号Y48)布置1根试桩.其工程地质柱状图如图3所示.土层力学性能指标见表3试桩预估单桩极限承载力为34MN.采用传统方法代价太大.表3主要土层力学性能指标粘土淤正-十怀)图3工程地质概况砂矗土沙他56东南大学学报(自然科学版)第3l卷试桩Y48直径18nl,桩长5379HI,有5个岩上层分界面(最上面粘土层

8、仪084Ill,敏忽略j.荷载箱位于桩底5n处在岩土层分界面处,桩身每个截向刘称漫4个振弦式钢筋计共布置2o个钢筋汁.测试时做砼试块强度,弹性模量试验2.22测试情况及结果加载采用慢速维持法,测试按公路桥涵施工技术规范(TJ041-2()附录B和江苏省地方标准桩承载力自平衡测试技术规程(DB32/T291-99),设汁院试桩图及地质报告进行荷载分级:加裁采用慢速维持荷载法,分9级,每级加载为8,12.16,20,24,28,32,36.40M;位移观测:每级加载启在第1h内直在5,10,15.30,45,60rain测读一次,以后每隔30min测读一次(由电脑控制)整个测试过程情况正常由现场实

9、测数据绘制(S)曲线,如图4所示加载时桩身轴力分布曲线及桩侧摩阻力分布曲线如图5所示.囝6给出了桩侧摩阻力一变位曲线.一5】0【52025轴l坷力/M5一一15=一25354555她:卸哉一一?一一./J一5,】5k202一.-Q/M囤4自平衡试桩0曲线唯J/kPa002(m3004OO(a加戴轴叫力分布Il1她机I簪分囤5自平衡试桩加载轴向力和桩侧摩阻力分布根据图4的口一S曲线,荷载箱上部土层在最后一级荷载下已达到擞限值,而下部土层则末达到.从加,卸载曲线看,荷载箱下部土层弹性变形为44IIIl,塑生变形为917I”11111.荷载箱L部土层由于达到极限值,故塑性变形很大.考虑加载1800t

10、情况,其桩身压缩变形(即荷载箱处向上位移减去桩顶向上位移)为14.23i/n1.图5的加载桩身轴力分布曲线与传统堆载轴力分布曲线原则上一致,即加载处轴力最大由于土摩阻力的作用,桩身轴力随着距荷载箱距离增大而减小.卸载时桩身轴力分布曲线与加载桩身轴力曲线基本相同,当荷载完全卸至零时,每个截面上仍有一定的轴力,这是由于桩土系统是弹塑性变形及桩侧摩阻力仍然存在所致.荷载箱位于第5层土中间,从该层侧阻力发挥情况看,荷载箱上部向下的摩阻力明显小于荷载箱下部同层土向上的摩阻力,这与桩抗压,抗拔桩侧阻力发挥情况一致.从图5的桩侧摩阻力分布曲线可知,随着外力的增加,每层土的摩阻力逐渐增加,且离加载处(荷载箱)

11、近的土层摩阻力首先发挥作用,然后远处的土层摩阻力才逐渐发挥.同时可以得出,每层土并未达到极限值时就开始将荷载传递到邻近土层中,即摩阻力的发挥与桩土相对位移有关.图6所示的桩侧摩阻力变位曲线,表示各土层的摩阻力随着桩土总的相对位移的增大而增大的现象,且摩阻力的发挥基本上与位移成正比从图中】,当1,2,3土层在桩土总的相对位移达到10ITIII1,第4土层在桩土总的相对位移25nlnl时,曲线基本上成水平线,土摩阻力达到极限值.第5土层在蛀后一级荷载作用下,荷载箱上部桩侧土完全达到极限值,而下部土层仍在弹塑性中.桩端Qs曲线由下述原则求得:荷载箱所施加荷载扣除F部:上层的侧阻力即为桩端阻力(此时下

12、部5nq土层取统一的第5层土下部摩阻力值),荷载箱向F的位移扣除下段桩身馄凝土弹性压缩即为桩端向下位移,该位移包括沉渣压缩及土层变形,其结果如图7所示.根据江苏省地方标准桩承载力自平衡测试技术规程(DB32/I29I一99)iI,Y48桩极限承载力取为O.8鲫蛐m0ml川ll】第4期戴国亮等:桥梁大吨位桩基新静载试验方法的-r-m,&同4o003.50暑璧I_刊1120500l020304050立g-/眦n.2E4奎6诲s;10I2I4端目,M,0240g图6桩侧摩阻力变位曲线圈7桩端阻力变位曲线稍大于预估值由于上,下2段桩不是同时破坏,这样取值偏于安全.3结论本文针对桥梁桩基

13、吨位大,试桩场地特殊等特点,采用一种新的静载试验方法自平衡试桩法进行测试取得了满意的效果.从自平衡试桩原理及以上工程实例可看出,13平衡试桩相对于传统静载方法具有以下优点:1)装置较简单,不占用场地,不需运人数百吨或数千吨物料,不需构筑笨重的反力架,试桩准备作省时省力,特别是对于桥梁工程的水中试桩和大吨位试桩,传统方法是难以实现的.2)试验费用省.尽管荷载箱为一次生投入器件,但与传统方法相比可节省试验总费用1/32/3,斌骑荷载越大,经济性越好,且大大缩短了试桩工期.自平衡试桩法在江苏已有广泛应用,并已开始在外省推广应用,如安徽,河南,浙江,云南等省.自平衡试桩法的荷载传递机理较为复杂,还需积

14、累大量的试桩对比试验,但作为工程应用,具有足够的精度,相信该法不久将在全国广泛推广应用,特别是在桥梁桩基中将具有广泛的应用前景参考文献1DB32/T291-99桩承载力自平衡测试技术规程2JTJ0412000公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社20002952993FeilerduBH,KuleszaR,HayesJ.O-CelltestngandIrEanalysisof28一m-deepbarretteinManilardcalandGcoem4rotmlentalEngineering,1999,12(7),ASCE:5665754龚维明,蒋永生,翟晋桩承载力自平衡测试法岩土工程学

15、报,2000,22(51:532536EngineeringApplicationsofANewStaticLoadTestingMethodforPileswithLargeBearingCapacityinBridgeDaiGuoliangGongWeimingJiangYongsheng(CollegeofCivilEnginring,SouthemtUniver*ib,酬ing21f396tChinaAbstract:Undertheconditionsoflargebearingcapacityandthespecialtestingsiteofpilesinbridge,anewstaticloadtestingmethod,theself-balancedtestingmethod,isadopted.ThemainprincipleofthismethodanditsapplicationsinNanjingNewSanchaRiverBri