苏丹西纳大桥基桩静载自平衡试验研究
2017-09-18
1 工程概况
西纳大桥位于苏丹共和国喀土穆南部约300公里处的青尼罗河上，桥位处青尼罗河河面宽度约280m，东岸为一片芒果林，西岸为河滩，距离市区较远，上游约3.9km处有西纳大坝，大坝建于1925年。西纳大桥为57m+2×98m+57m预应力混凝土变截面连续梁－连续刚构组合梁桥。为提高基桩承载力采用桩底注浆技术[1]，桥型布置如图1所示。
为了解桩底注浆对单桩承载力的实际效果[2]，保证构的安全性，在桥墩和桥台下各选取1根工程桩进行承载力试验，相关参数见表1。
2 桩承载力试验
2.1 机理介绍 试验主要装置是一种特别设计的荷载箱。将荷载箱和钢筋笼焊接为一体，然后放入桩体，下一步浇注混凝土成桩。
试验时，通过油泵加压，伴随压力增大，荷载箱会向上、向下发生位移，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。荷载箱中的压力通过压力表测出，荷载箱的向上、向下位移通过位移传感器显示。因此，可根据读数画出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”，根据向上、向下Q-S曲线判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形[3]。
2.2 仪器设备 ①试桩采用环形荷载箱。加载值的率定曲线经计量部门确定，荷载箱的埋设位置由现场地质情况定出。②高压油泵。③电子位移传感器。目的在于测量桩身荷载箱处的向上位移，向下位移和桩顶向上位移。④电脑及数据自动采集仪一套。
2.3 试桩施工要求 ①成孔的桩底沉渣厚度、孔径、钻孔垂直度需满足规范要求。②在地面上绑扎、焊接钢筋笼。③荷载箱应垂直放在平地上，保证荷载箱水平度小于5%。④试桩混凝土标高与工程桩相同，导管到达桩端然后浇注混凝土，浇混凝土至设计要求标高；荷载箱下部混凝土的坍落度应不小于20cm。⑤荷载箱埋完后，保护油管和声测管封头。⑥浇注混凝土时，应事先准备一些混凝土试块。⑦测试期间应保证持续供电，试桩周围10m内避免大振动。⑧布置平衡梁。⑨试桩时将外部因素的影响减到最低。
2.4 试验流程 加载通过慢速维持荷载法进行，流程按中华人民共和国交通行业标准《基桩静载试验 自平衡法》（JT/T 738-2009）进行[4]，即：
①成桩至试验间隙时间：在桩身压浆后不少于15d。②荷载分级：每一级加载等于估计加载大小的1/15，第一级采用两倍荷载，卸载分5级完成。如表2所示。③位移观测：每级加载完成后，在第1个小时内分别在5、15、30、45、60min分别进行读数，其后，每隔30min读数一次。把电子位移传感器与电脑连接，直接由电脑控制读数，在电脑屏幕上可以画出Q-S、S-lgt、S-lgQ曲线。④稳定标准：在每一级荷载作用下，桩的位移在1小时内不大于0.1mm，还需连续出现两次。⑤终止加载条件：当荷载—位移（Q—s）曲线和位移—时间（s—lgt）曲线上出现能判断极限承载力的突然下降段；在某一级荷载作用下，桩的位移为其前一级荷载作用下位移量的5倍；某级荷载作用下，桩的位移量的大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24小时没有达到相对稳定；加载到估计承载力可以结束。⑥卸载：卸载要求分级进行，共分5级卸载。每级荷载卸载后，需要观察桩顶的回弹量，观测办法参考沉降要求。待回弹量稳定后，继而卸下一级荷载。⑦单桩竖向抗压极限承载力判断准则：根据测量得到的荷载箱上、下位移计算承载力公式[5]：Qu=■+Qu下
此方法适用于单桩承载力的计算，但相应的桩顶位移不宜采用此公式。
3 数据的整理分析
以试桩2为例，整理分析试验结果。如表3所示。
承载力试验结果向传统静载试验的桩顶荷载—位移曲线转换方法是：根据向上、向下位移同步的标准进行拟合，也就是说通过位移进行荷载叠加[6]。根据两种试验方法的受力计算分析，可以得出如下公式：Q=Q-+KQ+，S=S-+K?驻S
根据承载力试验的Q-s曲线的特点：每加载一级荷载，上、下段基桩的位移量不同，但与传统静载是相对应的，根据向上、向下位移相等的准则，把相应结果叠加计算。根据S及计算的阻力Q得到传统静载基桩的一系列数据（Si，Qi），i=1，2，…n，继而可以画出等效的桩顶荷载—位移曲线[7]。
4 结语
自平衡法的关键是荷载箱的埋设位置即“自平衡点”的选取，上、下两部分桩身阻力能否同时达到极限值，直接影响到试桩极限承载力的确定。
采用自平衡试桩法对苏丹西纳大桥进行桩基静载试验，由于该法省时省力、安全可靠、经济性好，故取得了很好的效果，相信在以后的桥梁基桩试验中会得到广泛应用。
参考文献：
[1]冯启文,王业义,曹向东等.苏通大桥大直径深水超长桩基础桩底注浆的关键技术[J].公路,2008(4):103-105.
[2]王勤友.桩底注浆技术在公路工程中的应用研究[J].北方交通,2006(4):59-60.
[3]徐国翔,王婷婷.自平衡静载试验法在桩基检测中的应用[J].浙江建筑,2010(3):19-20.
[4]基桩静载试验 自平衡法(JT/T 738-2009)(中华人民共和国交通行业标准) [S].2009.
[5]朱瑶宏,程晔,龚维明.杭州跨海大桥桩基承载力的自平衡试验[J].公路交通科技,2004(1):59-61.
[6]朱洪凯,冯泮.桩基承载力自平衡试验法在济宁运河桥中的应用[J].城市道桥与防洪,2010(2):38-40.
[7]桩承载力自平衡测试技术规程(DB32/T291-99)(江苏省地方标准)[S].1999.
