复合地层桥梁桩基双荷载箱自平衡法静载试验研究.pdf
《复合地层桥梁桩基双荷载箱自平衡法静载试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《复合地层桥梁桩基双荷载箱自平衡法静载试验研究.pdf(6页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、26 施工技术(中英文)CONSTRUCTION TECHNOLOGY2023 年 11 月下第 52 卷 第 22 期DOI:10.7672/sgjs2023220026复合地层桥梁桩基双荷载箱自平衡法静载试验研究郭 航1,2,龚建伍1(1.武汉科技大学,湖北 武汉 430070;2.中建三局基础设施建设投资有限公司,湖北 武汉 430070)摘要 对于分布有深厚软土层且下部为砂层的江汉平原复合地层,高速公路桥梁桩基一般为超长的大直径摩擦型桩,单桩荷载达 8 00011 000kN,桥梁占比高对工程项目造价影响重大,因此如何降低桥梁造价对控制工程总造价尤为重要。采用双荷载箱自平衡法静载试验,
2、通过计算荷载箱位置、优化荷载箱安装细节、确定分级加载值及测定桩侧、桩端阻力,获取桩侧主要土层及桩端持力层的有关参数和桩基竖向变形参数,测定单桩极限承载力,一方面核验该区域复合地层桩基承载力容许值,另一方面优化荷载箱位置的布设、荷载箱安装细节及检测方法。关键词 桩基础;复合地层;承载力;双荷载箱;自平衡;检测中图分类号 TU753文献标识码 A文章编号 2097-0897(2023)22-0026-06Static Load Test of Double Load Box Self-balancing Method forBridge Pile Foundation in Composite S
3、tratumGUO Hang1,2,GONG Jianwu1(1.Wuhan University of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430070,China;2.China Construction Third Bureau Infrastructure Construction Investment Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430070,China)Abstract:For the composite stratum in Jianghan Plain with deep soft soil layer distributed a
4、nd sand layerat the bottom,pile foundations of expressway bridges are generally super-long large-diameter friction pileswith a single pile load of 8 000 11 000kN.The high proportion of bridges has a great influence on theproject cost.Therefore,how to reduce the bridge cost is particularly important
5、for controlling the totalproject cost.The static load test of double load box self-balancing method is adopted.By calculating theposition of load box,optimizing the installation details of load box,determining the tiered loading valueand measuring the resistance of pile side and pile end,the relevan
6、t parameters of the main soil layer ofpile side and the bearing layer of pile end and the vertical deformation parameters of pile foundation areobtained,and the ultimate bearing capacity of single pile is measured.On the one hand,the allowablebearing capacity of pile foundation in composite stratum
7、in this area is verified.On the other hand,thelayout of load box position,the installation details of load box and the detection method are optimized.Keywords:piles;composite stratum;bearing capacity;double load box;self-balancing;detection中建三局集团有限公司科研项目(CSCEC3B-2019-04)作者简介 郭 航,高级工程师,E-mail:2655429
8、197 收稿日期 2023-07-280 引言 自平衡测试技术是从钻孔灌注桩试验发展起来的,其应用领域已逐步扩展到打入式钢管桩、预制混凝土管桩、沉管灌注桩等。随着自平衡技术在国内的广泛应用1,在相继颁布的地方规程及最新的行业规范中也认可了这种测试技术。JGJ 1062014建筑基桩检测技术规范在条文中规定:由于试桩荷载大或场地限制,有时很难甚至无法进行单桩竖向抗压承载力静载检测,有条件时可预埋荷载箱进行桩端荷载试验。JT/T 7382009基桩静载试验自平衡法系统地规定了自平衡法的技术与要求。自平衡试验最初是在桩端或桩身某个位置埋设单层荷载箱,但随着超长桩的广泛应用,由于加载量2023 No.
9、22郭 航等:复合地层桥梁桩基双荷载箱自平衡法静载试验研究27 或桩径的限制,单层荷载箱已不能满足工程试验的需要2。项目采用双荷载箱试验方式3,为确保试验桩位置地层参数的准确性,采用工程桩位作为试验桩位,后期拟采取措施对试验桩进行加固处理,研究其是否可作为工程桩继续使用;为减少施工过程中对检测装置的影响及确保试验的准确性,项目在试验中对荷载箱的安装细节进行优化,并对荷载箱位置和检测方式进行研究分析,在满足检测要求的前提下为后续自平衡静载试验提供改进参考4。1 工程概况1.1 桩基设计 项目所在区段位于江汉平原,地貌单元为长江一级阶地,上部地层为 1.520m 厚软土,下部地层主要为砂层,桥梁桩
10、基拟采用钻孔灌注桩,桩径为1.82.0m,初步估算桩长为 4580m。1.2 地层岩性 根据地调及钻探结果,桥址区地层主要为第四系冲湖积成因淤泥质土、冲洪积成因一般黏性土、砂层等。其野外地质特征自地表往下,按路线统一分层,其特征如表 1 所示。表 1 地质特征情况Table 1 Geological characteristics地层分布地质特征描述1耕植土黄褐色,稍湿,松散,主要由黏性土组成,夹少量碎石及植物根茎;揭示厚度 0.51.0m,在桥址区范围内局部分布1黏土褐黄、褐灰色,饱和,可塑,含少量高岭土及铁锰氧化物,切面较光滑;埋深 02.0m,揭示厚度 0.85.5m2淤泥质黏土深灰色,
11、饱和,流软塑,局部夹少量腐殖质,有轻微腥臭味;埋深 1.06.0m,揭示厚度 1.37.9m3黏土灰色、褐灰色,饱和,可塑,局部软塑,含少量铁锰氧化物,切面较光滑;埋深 4.89.2m,揭示厚度 1.59.1m4淤泥质黏土深灰色,饱和,软塑,局部夹少量腐殖质,有轻微腥臭味,局部夹有薄层粉土、粉砂;埋深 8.018.3m,揭示厚度 2.510.4m6粉质黏土灰色、青灰色,饱和,可塑,含少量铁锰氧化物,局部夹有薄层稍密状态粉土;埋深 15.519.7m,揭示厚度 2.56.4m1粉砂夹粉土、粉质黏土青灰色,饱和,稍密中密状态,主要成分为石英、长石及少量云母片等,局部夹有薄层粉土、粉质黏土,略具微层
12、理;埋深 14.024.0m,揭示厚度 1.99.0m2粉砂青灰色,饱和,中密状态为主,局部为密实状态,粉砂为主,局部为细砂,主要由石英、长石及少量云母片组成;埋深 22.5055.50m3中砂青灰色,中密-密实状态,饱和,主要由石英、长石及少量云母片组成,局部夹有少量卵石,粒径 2 5cm,圆亚圆形,含量 20%30%,分布不均;部分钻孔局部夹有半胶结的砂岩,敲击声哑,取芯最大超过20.0cm;埋深 48.059.6m,未揭穿1.3 水文地质条件 桥址区地下水主要为第四系浅表填土中的上层滞水和砂土层中的孔隙水,前者主要赋存于填土中,无统一自由水面,总体水量贫乏;孔隙水赋存于场区砂土层中,含水
13、层上部局部覆盖有微弱透水的黏性土,含水层顶板埋深 15.4 20.4m。此层地下水丰富,径流性好,与通顺河水力联系密切,主要接受河水侧向径流补给。根据临近工程经验,场地地下水位埋深为 1.82.6m。2 双荷载箱自平衡检测试验方案2.1 试验系统 主要装置是一种特制的荷载箱5,与钢筋笼相接置于桩身下部,如图 1 所示。荷载箱预先放置在桩身指定位置,将其高压油管和位移杆引到地面(平台)。由高压油泵在地面(平台)向荷载箱充油加载,荷载箱将力传递到桩身,其上部极限桩侧摩阻力及自重与下部极限桩侧摩阻力及极限桩端阻力相平衡来维持加载,根据向上、向下 Q-s 曲线判断桩基承载力。图 1 自平衡静载试验示意
14、Fig.1 Self-balancing static load test2.2 测试仪器设备 1)荷载箱每根试桩采用 2 个环形荷载箱。组成荷载箱的千斤顶经法定检测单位标定。荷载箱额定加载值对应的油压值不宜大于 45MPa,最大单向加载值对应的油压值不大于 55MPa。采用油压表测定油压,根据荷载箱率定曲线换算荷载6。2)位移量测装置电子位移传感器量程50mm(可调),每根桩用6支,通过磁性表座固定在基准钢梁上(见图 2),用于量测桩身荷载箱处向上、向下位移和桩顶位移。每根桩使用 8 组位移护管和位移杆。位移护管可使用声测管材料(不同于声测管,位移护管需额外布置),位移杆用外径 20mm、壁
15、厚 3mm 的螺纹套筒连接。28 施工技术(中英文)第 52 卷图 2 基准梁示意Fig.2 Reference beam3)试桩设计在试桩内安放上、下 2 个荷载箱,将桩分成上、中、下 3 部分(见图 3),满足如下条件:Q下Q上+Q中,Q中Q上,Q下+Q中Q上。下层荷载箱以上桩端自重及桩侧摩阻力之和应大于其下桩段的桩侧摩阻力及桩端阻力之和,上层荷载箱以上桩段自重及桩侧摩阻力之和大于 2 层荷载箱之间桩段的桩侧摩阻力,同时上层荷载箱以下桩段的桩侧摩阻力及桩端阻力之和大于上层荷载箱以上桩段自重及桩侧摩阻力之和6。测试顺序为:先进行下荷载箱测试,主要目的是测试桩端阻力和下段桩侧阻力,然后进行上荷
16、载箱测试,首先测试出中段桩承载力,然后关闭下荷载箱,下段桩可提供反力,继续加载,测试出上段桩承载力。图 3 双荷载箱位置示意Fig.3 Position of double load box4)荷载箱埋设位置及加载值依据桩基施工工艺、地层分布情况及室内土工试验,假设荷载箱埋于某地层中,计算桩基上、下段桩侧摩阻力,桩端阻力及上段桩自重,通过试算找出试桩平衡点7。经计算,2 根试桩的荷载箱埋设位置如表 2 所示。表 2 荷载箱至桩端距离及加载值Table 2 Distance from load box to pile end and load value试桩编号设计桩顶反力/kN预估极限承载力/
17、kN荷载箱加载值/kN桩长/m荷载箱埋至桩端距离/mSZ18 44620 000上荷载箱 27 000下荷载箱 26 30056252SZ26 48416 500上荷载箱 26 400下荷载箱 24 00052232 5)荷载箱与钢筋笼的连接优化增设 L 形加强筋由于荷载箱和下段钢筋笼的质量较大,仅靠主筋与荷载箱的焊接强度不能承担此质量,分别在荷载箱的顶部和底部主筋焊接处增设 L 形加强筋。增设导向钢筋为了灌注混凝土时导管能顺利通过荷载箱,在荷载箱上、下设置喇叭状的导向钢筋,避免导管直接碰撞荷载箱,影响其埋设质量。另外,试验过程中靠近荷载箱处受力较大,喇叭筋同时起加强作用。荷载箱与钢筋笼连接优
18、化如图 4 所示。图 4 荷载箱与钢筋笼连接优化示意Fig.4 Optimization of connection between loadbox and reinforcement cage6)加、卸载分级设置将试桩预估最大加载值均分 10 级加载,其中每一级加载量取分级荷载的 2 倍;每级卸载量为加载时分级荷载的 2 倍。加卸载均匀连续,每级荷载在维持过程中变化幅度不超过分级荷载的 10%8。加载分级如表 3 所示。3 试验结果与分析3.1 位移观测 位移观测采用慢速维持荷载法。每级加(卸)载后第1h 内在第5,10,15,30,45,60min 测读位移,以后每隔 30min 测读一次
19、,达到相对稳定后方可加(卸)下一级荷载。卸载到0 后观测2h,测读时间间隔同加载时间间隔9。SZ1,SZ2 位移汇总如表 47 所示。3.2 检测过程数据分析 1)SZ1SZ1 Q-s 曲线如图 5 所示。由图 5 可知,下荷载箱加载至 26 300kN 时,荷载箱下段位移增量大于前级增量的 5 倍,且位移总量超过 40mm,向下的曲线出现明显陡变,故终止加载;上荷载箱加载至 27 000kN 时,已达到设计要求的最大加载量,且荷载箱上、下位移达到稳定标准,故终止加载。该桩下2023 No.22郭 航等:复合地层桥梁桩基双荷载箱自平衡法静载试验研究29 表 3 加载分级Table 3 Load
20、 classificationkN加载分级SZ1SZ2下荷载箱上荷载箱下荷载箱上荷载箱预加载2700263026402400第 2 级21 40021 26021 2802800第 3 级22 10021 89021 92021 200第 4 级22 80022 52022 56021 600第 5 级23 50023 15023 20022 000第 6 级24 20023 78023 84022 400第 7 级24 90024 41024 48022 800第 8 级25 60025 04025 12023 200第 9 级26 30025 67025 76023 600第 10 级27
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 复合 地层 桥梁 桩基 荷载 平衡 法静载 试验 研究