桩基自平衡静载试验在铁路桩基工程中的应用

1、桩基自平衡静载试验在铁路桩基工程中的应用谢冬华(北京中铁瑞威工程检测有限责任公司 北京 100085)摘要随着高铁项目的大量建设，如何预先控制其桥梁工程沉降量，基桩自平衡法试验作为成本较低、适用范围广、实施简便，将为设计、施工提供可靠的依据，本文将探讨基桩自平衡法原理及工程实际实用。 关键字自平衡静载试验；高铁；桩基工程 一、概述 近年来，全国大修高铁，城际铁路，这类高速铁路，由于曲线半径大，桥隧比例一般在50%以上，在山区，一般在70% 左右，如武广高铁的桥隧比为66.9%，贵广铁路桥隧比70%。大量采用桥隧代替路基，铁路、交通工程一般荷载不大，高铁，由于采用无碴道床施工工艺，对 路基，桥梁

2、的沉量要求很严，通过什么方法可以知道，桥梁基础在一定的荷载下，会有多大的沉降，或在允许最大的荷载下，基础沉降量能到多少？用用单桩竖向抗 压静载实验就可以获取这方面数据。 单桩竖向抗压静载实验按加载方式区分有三种，即：压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置、基桩自平衡法。此三种方法的对比如下表：项目压重平台反力装置锚桩横梁反力装置基桩自平衡法反力来源采用沙袋、水泥块、钢碇等作为荷载，通过千斤顶将其自重传递给试桩。通过千斤顶、横梁连接锚桩，将锚桩的上拔力反作用于试桩。在试桩内部埋设荷载箱，对荷载箱加压产生上下两个方向的力，并传递到桩身。适用条件及最大加载量对试桩场地要求高，最大加载量很难超过10000

3、kN。要求不少于4根提供反力的锚桩。由于需要横梁、千斤顶等连接，最大加载量一般不超过20000kN。对于端承阻力小于侧摩阻力的桩均适用。基本不受场地限制，特别是跨海、跨江等特大型基桩均应用。最大加载量杭州湾跨海大桥为70000kN，而绍兴-嘉兴跨海大桥达到205000kN。安全性由于设备放置于检测，有时人员在荷载下方操作仪器，存在较大的安全隐患。对横梁强度、锚桩焊接要求高，安全隐患较小。由于地面上只有测量及采集设备，安全性高，无安全隐患。费用由于要运送，吊装配重，成本很高，试验用时长，此方法在小荷载桩基中适应性大些。实施过程中需要吊车、卡车等机械配合，检测时需要监控锚桩，在有条件提供反力锚桩的

4、实验中，此方法成本较低。在施工过程中需要专家指导荷载箱、传感器的埋设。检测实施、仪器设备安装简单，检测过程方便、快捷。从上表中，明显可以看出，基桩自平衡法相对于传统的压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置有较大的优点，基桩自平衡法是作为一种新型的加载方式，与传统的静载加载方式相比具有以下优势： 1）大吨位试验的可靠性。自平衡静载法采用自有专利技术的特制荷载箱，只需很小的油压（一般不超过20Mpa）就能产生所需要的加载力，大大 增加了试验的可靠性；如杭州湾跨海大桥7000吨加载力，油压仅为20Mpa左右，嘉绍通道跨海大桥项目单桩20500吨极限加载值，油压仅为17Mpa 左右。 2）位移测量的准确性

5、。自平衡测桩法采用位移丝绑定的方式，可以优化测量点，并且在每个测量截面上多点测量，能准确反映出桩体在加载力作用下的位移。 3）试验桩用作工程桩的保障。非封闭式荷载箱打开后，会在荷载箱箱体内部产生不可预见的断层，而且由于其不可预见性，无法获知试验后补浆的效 果，造成质量隐患。自平衡荷载箱能保证产生有规则的连续断面，并通过荷载箱截面的优化设计，确保荷载箱截面在试验后得到有效而可靠的注浆效果，保证试桩用 作工程桩的质量。 4）荷载箱自重轻，便于施工单位安装。例如：嘉绍通道跨海大桥项目试桩3.8m直径，所使用自平衡荷载箱的自重仅为7吨，只有传统技术荷载箱重量的15%，大大方便了施工单位的钢筋笼安装工作

6、。 二.试验原理、试验装置与试验方法（一）试验原理 自平衡法的检测原理是将一种特制的加载装置自平衡荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置（具体位置根据试验的不同目的而 定），将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置（位移、应变等）从桩体引到地面，然后灌注成桩。由加压泵在地面向荷载箱加压加载，荷载箱产生上下两个方向 的力，并传递到桩身。由于桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据：荷载箱以上部分，我们获得反向加载时上部分桩体的相应反应系列参数；荷载箱 以下部分，我们获得正向加载时下部分桩体的相应反应参数。通过对加载力与这些参数（位移、应变等）之间关系的计算和分析，我们可以获

7、得桩基承载力等一系列 数据。这种方法可以用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的检验。 本项目拟用的自平衡荷载箱,是由荷兰Tomer Systems B.V.(通莫系统有限公司)研制开发。 （二）实验装置 1. 加载系统 包括加载泵站、荷载箱以及加压管。 采用荷载箱为通莫公司研制的、具有专利技术的专业荷载箱。其特点为： l 设计时，荷载箱的形状、布局形式等参数，充分考虑灌注混凝土、注浆、声测等任务预留实施空间。 l 根据项目资料，荷载箱端面将设计锥形体，对灌注时产生的浮浆起导流作用，避免浮浆存积在荷载箱端面，从而保证了试验位移数据的准确性，同时也保证了试验补浆后的桩体强度和承载能力。 l

8、 荷载箱直径和加载面积的设计，充分兼顾加载液压的中低压力和桩体试验后的高承载能力。 l Tomer荷载箱通过内置的特殊增压技术设计，以很低的油压压强，产生很大的加载力，从而能够极大地降低加载系统的故障率。1. 荷载箱的安装埋设 为保证桩基质量和试桩的成功，埋设荷载箱时，将有以下安全措施： l 为保证桩体因加载产生应力集中而破坏，荷载箱附近钢筋笼箍筋适当加密。 l 荷载箱与上下钢筋笼连接强度适当，以方便试验时打开荷载箱。 l 荷载箱与上下钢筋笼连接处，焊接导正筋，以方便导管由荷载箱通孔穿入。 2. 数据采集系统 项目的数据采集，采用电脑读数和人工记录的方式同步进行。 电脑系统实时显示数据，并每3

9、0秒自动存储一次。记录内容包括：油压，荷载箱上部位移，荷载箱下部位移，桩顶位移等。 3. 数据传感装置 l 位移传感器：传统的位移棒作为位移测量的装置，安装要求高，安装效 率低， 特别是不适应长桩的检测。此次项目采用位移丝外套护管的方式，以简化安装过程并提高检测精度。检测点截面引出若干组位移丝（通常3组），到桩顶后，用一特 定装置将这些位移丝进行固定，并读取这些位移的平均值。位移值由位移传感器进行测量，其读数精确到0.01mm。 l 先进的位移传感器固定结构的设计和安装，在原理上保证了位移测量值只受桩体位移和基准梁运动的影响。（如图） （三）试验方法 根据<基桩自平衡法静载试验技术规程> ( DGJ32/TJ77-2009),将按照如下方式加载: 1. 加载方法 如原理所述：以流体为加载介质，向埋设于桩基内一定深度位置的荷载箱中加压，从而对荷载箱上下两部分桩体同时施加载荷。当采用多个荷载箱加载时，液压站以并联油路对多个荷载箱同时加压。 l 为保证试验数据和试验结论的可比性，加载具体方法（包括加载级别、加载时间、稳定状态判断条件、