锡澄高速公路江阴高架桥钻孔灌注桩静载试验

1、    摘要：锡澄高速公路江阴高架桥为目前我省在建的最长的公路高架桥，通过两组四板钻孔灌注桩的静载荷 试验，单桩极限承载力均较设计提高30以上，为优化设计提供了可靠参数，从而节约了相当可观的投资。 关键词：高速公路 高架桥 钻孔灌注桩 静载试验 概述.江阴高架桥简介锡澄高速公路江阴高架桥位于江阴市区东侧，北接长江大桥，向南跨越澄江路，滨江路、人民东路、澄张公路等条主干线，全长3982.23m，是我省目前最长的公路高架桥，桥宽2×16.25m，双向车道，设计时速100km/h，设计荷载：汽-超20、挂-120，155跨，1860根钻孔灌注桩（半幅

2、桥单个桥墩承台下根钻孔桩）。.桩桩位、工程地质情况根据江阴高架桥桥位处工程地质复杂多变的特点，选取141#墩、29#墩两处作试桩。这两处桩位的工程地质士层包括了全线的他质土层，有很好的代表性。.试验桩设计及施工情况（见表1）141#墩号、2号试桩设计桩长为40.8#；29#墩3号、4号试桩设计桩长为36.1m，设计桩径均为100cm，试桩砼设计强度等级为C25级，与工程桩设计相同。单根试桩设计加载量为1200t，单根锚桩的设计抗拔力为1.25×2000KN，拉力全部由钢筋承担，砼不承受拉力，验算最大裂缝开裂宽度不超过0.25mm。试桩施工情况表序号项目1号试桩2号试桩3号试桩4号试桩

3、1施工工艺潜水钻进潜水钻进正循环反循环2砼设计方法M3323229293砼浇注方量M333232832324成孔直径（CM）1021011041045沉淀层厚度CM30301006清孔工艺二次清孔二次清孔二次清孔二次清孔7试压块强度Mpa27828237382单桩竖向抗压静载荷试验2.1试脸方法试验采用“六锚一”锚桩反力梁法。2.2加、卸载等级、稳定标准及卸载条件2.2.1加载分级根据试桩桩位工程地质勘探资料，桩基础的设计资料以及有关规范，分析估算承裁力后按911级加载。2.2.2测读桩顶沉降量的间隔时间每级加载后，隔5、10、15、15、15min测读一次，累计1h后，每隔30min测读一次

4、。2.2.3沉降相对稳定标准每级荷载作用下，桩顶沉降量在每h内小于0.1mm，并连续出现两次，且每级荷载维持对间不少于2h，即视为稳定，可加下一级荷载。2.2.4终止加载条件根据JGJ94-94规范之规定，只要满足下述条件之一即可终止加载：（1）某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载沉降增量的倍；（2）某级荷载的沉降增量大于前级等复荷载沉降增量的倍，且24h沉降仍不稳定；（3）己达到锚桩的最大抗拔力。.卸载对测的规定每级卸载值为加载值的倍，卸载后隔15min读一次，读两次后，隔0.5h再读次，即可卸下一级纸荷载，全部卸载后，隔h再读次。.锚桩上拔量标准试验的锚桩将作为工程桩使用，其桩土体系的承载力

5、特征等因素不得破坏，本次试验锚桩最大上拨量控制在mm以内。.测试结果与分析.测试结果根据试验所测荷载与沉降值S及试验记录的时间和对应的沉降位移S，用计算机绘制成PS曲线，SLG（P）（kN）曲线和SLG（t）曲线。因根试桩曲线均力陡降型，现摘录号试桩成果曲线。.成果分析（1）4号试桩极限承载力的确定：最大加载值：13000k桩顶最大竖向位移值：80.04mm卸载后残余沉降量：71.81mm，占总沉降量的89.7。残余沉降量较大，其桩土体系已达破坏状态，卸载后桩顶回弹值：8.23mm，占总沉降量的10.3。观测历时：92.5h。根据“94-94”规程终止加载条件，第级荷载12000kN，沉降增量

6、S11/S102，且经24h沉降仍不稳定，根据终止加载条件之（2）条规定、应该结束加载，但是加该级荷载对的总沉降量尚小，又加一级荷载以便进一步观察桩内各截面的应力和桩底反力变化情况。根据PS曲线或Slg（P）曲线显著陡降来确定极限承载力当号试桩在加载至11000kN后，PS曲线上出现明显下弯、及Slg（P）曲线出现明显的拐点、曲线陡降，确定极限承举载力为11000kN。根据桩顶下沉随时间发展的规律当号试桩在加载至12000kN时，Slg（t）曲线的尾部出现明显转折，存在下弯段特征，取该级荷载的前一级荷载11000kN为该桩的单桩极限承载力。（2）极限摩阻力、极限端承力的椎算利用Slg（P）图，

7、可以从极限承载力里将极限摩阻力和极限端承力分开，具体作法是将以极限荷载为起点的直线段延长与横坐标相交，其交点与坐标原点间的荷载值即为极限摩阻力、剩余部分为极限端承力。用儿何方法得到推算方程：fu=（Pu/Pmax）×Pu=1/（Smax/Su-1）式中：fu为桩的极限摩阻力；Pu为桩的极限承载力；Pmax为桩的破坏荷载；Smax为桩的总沉降量；Su为桩的极限承载力对应的沉降量。.结论根据两组对比试验结果绘制出的PS、Slg（P）以及Slg（t）曲线，两组试验桩的极限承载力取值建议如表。极限承载力推荐表表桩位试桩号单桩极限承载力（KN）推荐极限承载力141墩1号试桩8800141墩80

8、002号试桩800029墩3号试桩1100029墩110004号试桩11000    试桩应力测试.试验目的在试桩的加、卸载过程当中，对桩身轴力进行连续动态测试，目的在于分析桩一土系统桩侧阻力、桩尖瓜力的发挥请况及发展过程，同时利用桩顶位移观测资料、试块抗压资料及应力测试结果对试桩的各截面前位移发展进行分析。.数据处理3.2.1基本原理钢筋计的直接测读量为振弦的频率值f，单位Hz，按下式即可转换成钢筋计的应力gigi=（f-f1）A式中：gi测读的钢筋应力（MPa）f一测读的钢筋计频率值（Hz）f1工作初频，单位Hz；A为钢筋计的率定参数。事实上由于部分

9、钢筋计率走参数，在不同的荷载等级下有少许偏差，可采用分段内插的方法求取gi，以保证测试精度。当现场测试出钢筋计应力gi后，钢筋的测试应变g可由下式计算：式中钢筋计的弹性模量为Eg=2.1×105MPa，钢筋砼的弹性模量Eght=Eh+（Eg-Eh）式中：Eh混凝土的抗压弹性模量（MPa）；Eght第i个截面钢筋砼的抗压模量（MPa）。因此，桩柱体任一测试截面Ai的轴力计算可用下式，即Ni=ghi*A4t当轴力已知时，可利用简单的静力平衡原理推出侧壁摩阻力的大小，Ni+1-Ni-Fi=0桩端反力计算可采用下式：G=Ni-RL0i式中为桩端反力，在这里i=1表示Ni为桩柱体第一测试断面处

10、的轴力。桩柱体各测试断面的沉降位移按下式计算：其中：n是试桩的测试断面，在这里n=10；Si为第i个测试断面的沉降推算值（mm）；St为桩顶沉降，由位移计测出（mm）。.数值处理经过一系列复杂的数据计算和数据处理后得到了试桩断面轴力图、摩阻力图以及断面沉降图。.成累分析（1）1号、2号、3号及4号试桩侧阻力及桩端土反力见表。单位：KN 表桩位141墩29墩试桩号1号试桩2号试桩3号试桩4号试桩代表符fuRufuRufuRufuRu承载力（KN）855924176973031057842210143857比例%973964964928从表中实测数据可以看出，摩擦桩前桩端反力所占比例极小，远未达到

11、依据桥规设计的桩尖承载力。（2）实测数据显示，桩侧库摩力大小与勘察报告提供的参数值及根据规范和土层分类、物理性质有出的测阻力不尽相同，主要表现力：桩柱体上部（约15m以内），各土层的极限摩阻力试验测试值与地勘报告值及规范值基本吻合；桩柱体中下部，各上层的极限摩阻力试验测试值较地勘报告值及规范值偏大，约大1520；桩柱体底部，侧阻力测试值与地勘报告值及规范值基本吻合；个别测区（分布在中下部），侧阻力测试信明显高于地勘报告值及规范值。下同位置土层的侧阻力发挥与桩顶沉降之间的关系是上部土层侧限力发挥仅需较小的桩顶沉降，一般桩顶沉降在57mm时，侧阻力已充分发挥；而中下部侧阻力则随桩顶沉降是不断增加的

12、趋势；桩端的侧阻力似乎在极限状态下，仍未充分发挥。（）桩端反力的测试值明显偏低，钻孔灌注桩在使用阶段工作状态下桩顶沉降很小，一般在2mm左右，砼处于弹性压缩阶段，而端阻力的完全发挥需要重大柱顶沉降，一般结构是不容许这样大的沉降。在这里就端部反力不能发挥的原因作如下分析：本次试验的桩细长比均较大、141#墩L/D=40.8，而29#墩L/D=36.1，这样大的细长比，对端阻力的发挥是有影响的。端部反力的发挥除了与该土层的性质有关外，钻孔后的沉淀层厚度（虚土厚度）对端反力的发挥也有较大的影响，本次试验的两个桩位，桩尖持力层十的性质是接近的，但141#墩的端反力明显小于29#墩，而29#墩号试桩施工采用了反循环钻机，沉淀层厚度较菏，其端阻力在极限状态对，比号试桩大了一倍。由此可见，采用反循环施工工艺对控制沉淀层厚度，提高桩的端阻力是十分有利的。（4）从桩顶及各测试断面沉降资料可明显看出，桩柱体的弹性压缩变形盘较小，各截面的沉降特征主要力桩土体系间的相对滑动。几点思考(1)桩基础作为承重结构，在公路桥梁上应用非常广泛