桥梁桩基侧阻力静载试验与分析

唐 志，李潭飞，徐向东，周 潇

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 工程概况

贵州省某大桥上部结构采用7×40 m先简支后连续T梁+(81+150+81)m预应力混凝土连续刚构+5×40 m先简支后连续T梁，下部主墩采用双肢薄壁空心墩+群桩基础，过渡墩采用薄壁空心墩+群桩基础，引桥墩采用双柱式圆墩+桩基础，全桥共116根桩基，其中最大桩长达64 m。桥区内覆盖层较厚，两岸存在岩堆体，为灰岩大块石堆积，其中崩积层物(Qc)块石土，其主要成分为白云质灰岩，棱角分明，粒径为2～5 cm，局部见大块石，结构松散，厚5～30 m，下伏中风化泥岩。

通过对试桩开挖过程中低层分布情况进行记录，得本文试验试桩开挖情况具体如表1。

表1 实验试桩覆盖层分布情况表

2 试验方案

2.1 试验设备和元件现场布设

为了解荷载沿桩身传递规律，测出桥梁桩基各土层桩侧阻力、桩侧阻力等数据，采用自平衡静载试桩法开展了测试。试桩采用人工挖孔桩，桩长21.5 m，桩径1.3 m，根据试桩覆盖层分布情况在泥岩顶面位置布置了荷载箱。图1为试验设备和元件现场埋设图。

图1 试验设备和元件现场埋设图

钢筋计沿桩身按每2～3 m布置一个断面，每个断面3个，共布置8个断面。布置情况如图2。

图2 试验设备和元件埋设位置图

2.2 加载方案

试桩现场测试按设计荷载单向荷载10 000 KN进行分级加载，首级加载按两倍分级荷载即第1级加载单向2 000 KN，依次按单向1 000 KN递增分级加载，桩基实际加载情况如表2。

表2 试桩加载分级表

当加载至第6级荷载(荷载箱单向6 000 KN)时，上位移达34 mm，下位移也达15 mm，上段桩向上位移持续走动，出现陡变现象，桩头接触处土体出现明显裂缝，油压难以维持且上位移无收敛趋势，终止加载，此后分级卸载至零。

3 实验结果分析

3.1 桩基极限承载力分析

图3 试桩上段实测U-δ曲线

图4 试桩下段Q-S实测曲线

图3、图4为试桩测试的上、下段位移-荷载实测曲线，向上最大位移量为33.32 mm，卸载后剩余位移为24.15 mm；向下最大位移量为16.07 mm，卸载后剩余位移为10.32 mm。由图可知，当Q=5 000 KN时，相应位移为20 mm，荷载-位移曲线出现明显的陡降段。当Q=6 000 KN时，桩基上、下段总位移为49.4 mm，且荷载箱油压不能保持稳定，此时桩周与土体出现一定宽度的裂缝。根据《建筑基桩检测技术规范》JG/J106-2003规定，总位移量大于或等于40 mm，本级荷载的下沉量大于或等于前一级荷载的下沉量的5倍时，加载即可终止，取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。据此，我们可取试桩极限荷载为Q=5 000 KN。试桩测试的Q-S等效转换曲线如图5。

图5 试桩测试的Q-S等效转换曲线

根据地勘报告以及向上位移U～δ曲线特征，荷载箱上段桩侧阻力修正系数取:取0.9，进行了自平衡静载试验转换为桩顶加载的等效转换。

上段桩侧土极限摩阻力：取对应于第5级荷载5 000 KN并考虑自重和修正因子后，经计算约为4 929 KN。

下段桩的实测极限承载力：取对应于第5级荷载5 000 KN。

单桩竖向抗压极限承载力=上段桩侧土极限摩阻力+下段桩的实测极限承载力，按照《桩基静载试验自平衡法》JT/T738-2009中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

3.2 桩侧阻力分析

根据对钢筋计测试数据对桩身轴力进行了换算，得到桩身轴力分布曲线及桩侧阻力，见图6及图7。

图6 试桩桩身轴力分布曲线

图7 试桩桩侧阻力分布曲线

根据测试结果，实测桩端极限承载力不小于2 037 KN，可得出桩端阻力不小于1 535 KPa。试桩由于上段桩身荷载箱处位移达33.3 mm，荷载箱附近的土层侧阻力已经得到充分发挥，最大值120 KPa，试桩嵌入夹碎石强风化泥岩侧阻力为158.3 KPa，且桩底摩阻力未充分发挥。由实测值来看，试桩端阻力、桩周土总侧阻力分别为20.5%、79.5%。各土层桩侧极限摩阻力实测值见表3。

由表3可知，粉质粘土实测侧摩阻力介于36～61.1 KPa，粘土夹碎石66～93.3 KPa，砂石土123.6～136.5 KPa、泥岩夹碎石158.3 KPa。

表3 试桩桩周与各层间实测的极限摩阻力统计表

4 结 论

(1)本次试桩实测桩基承载力9 929 KN，桩端极限承载力为2 037 KN时，桩端阻力取1 535 KPa，试桩承载力主要由侧摩阻力承担，约为79.5%，端阻力约占20.5%。

(2)综合考虑嵌岩深度变化、岩土变异等因素，建议对覆盖层各土层侧阻力取均值：粉质粘土层48.55 KPa、粘土夹碎石层79.65 KPa、砂石土层130.05 KPa、泥岩夹碎石层158.3 KPa。

(3)根据测试结果将最大桩长64 m的嵌岩桩优化为35 m的摩擦桩，并对其他桩基长度也进行了优化。