埃塞俄比亚Akaki 桥桩基竖向静载试验实例分析

赵锋

（中交一公局集团有限公司海外事业部，北京100000）

1 工程概况

埃塞俄比亚Akaki 桥位于中国援建的北京医院附近，分左右两幅，每幅为15m+30m+15m 的T 梁+箱梁+T 梁形式，共有4~30m 不同长度的桩基80 根，桩基设计为嵌岩桩，桩径Φ1200mm。嵌岩深度1.0m，桩体强度C30。成孔方式采用旋挖钻，混凝土水下灌注。

2 桩基竖向静载试验方案

根据图纸，试验桩采用工程桩，分别为桥台位置BH4-1，1 根，桥墩位置BH2-2，1 根，共2 根；试验方法采用钢筋堆载。

2.1 试验荷载与试验方法

2.1.1 试验荷载

桥台BH4-1 下的单桩竖向荷载。单桩所受竖向荷载为310t，单桩设计最大实验荷载为1.5 倍的单桩竖向荷载，即为460t。叠放的钢筋所提供的反力装置荷载重量最小为1.2 倍单桩设计最大实验荷载，取上部钢筋堆荷载为700t。

桥墩BH2-2 下的单桩竖向荷载。单桩所受竖向荷载为330t，单桩设计最大实验荷载为1.5 倍的单桩竖向荷载，即为495t。叠放的钢筋所提供的反力装置荷载重量最小为1.2 倍单桩设计最大实验荷载，取上部钢筋堆荷载为700t。

2.1.2 试验方法

单桩极限荷载试验采用堆载法，堆载物采用钢筋，堆载试验的主梁选用12m 长的钢梁，承台面积12m×12m＝144m2。

2.2 堆载试验的要求

主梁两端采用墩台支撑，主梁上部采用大工字钢均匀分布，工字钢与工字钢连接采用角铁焊接，保证承台的完整性和稳定性。堆载试验的布置示意图如图1 所示。

图1 堆载试验布置图

2.3 加载仪器和测量要求

2.3.1 实验仪器

实验仪器包括1 台电脑，2 台QYL500 千斤液压顶，4 台位移传感器和4 个百分表。千斤液压顶的性能指标：单个QYL500 型千斤液压顶最大承压500t，承压面积为731cm2。百分表：最大读数30mm，精度0.01mm。在操作和观察过程中，所有的测试仪器都被引出测试平台。

2.3.2 荷载测量

荷载测量用放置于并联千斤顶油路的压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线，换算荷载。千斤顶和其计量器该作为一个整体能以正2%的精确度反真实的荷载。

2.3.3 沉降测量

沉降是用位移传感器测量的，并符合下列要求：（1）测量沉降，读数精确到0.3mm。当在白天观察时，每次做3 个读数；晚上观察时，使用适当的人工照明，每次6 个读数。（2）沉降测定平面在桩顶200mm 以下位置，测点牢固地固定于桩身。（3）固定和支撑位移计的夹具及基准梁避免气温，振动和其他外界因素的影响。

2.4 测试方法及步骤

桩顶部高出试坑底面，试桩顶面与桩承台底标高一致，试桩桩头进行处理，符合试桩要求。对作为验桩用的灌注桩，检测前对其桩身完整性进行检测。

试验加卸载方式按下列方法进行：（1）加载应分等级进行，加载应分步等量进行，每次加载应增加到建议工作压力的50%、75%、100%、125%、150%、175%和200%。（2）进行卸载等级，每个阶段卸载数量取加载时分级载荷的2 倍。（3）工作荷载的荷载增量持续保持1h 以上，其后每一个增量持续保持2h直到没有可测量的沉降为止，总测试荷载需要持续保持48h直到测量不到沉降为止。

慢速维持荷载法试验步骤应符合：（1）每级荷载施加后每4min 的第0.5min，第1min，第2min 和第4min 时观测并记录沉降情况，此后增加荷载，4min 中读取总荷载读数后，依次将时间间隔加倍，直到达到最终的沉降限制和移除荷载。（2）低于额定工作荷载的荷载增量持续保持1h 以上，其后的额定工作荷载和每一个增量持续保持2h 内直到没有可测量的沉降为止，总测试荷载需要持续保持48h 直到测量不到沉降为止[1]。

2.5 检测数据的整理

确定单桩竖向抗压承载力时，绘制竖向荷载-沉降（Q-S）曲线，沉降-时间对数（S-lgt）曲线。单桩竖向抗压极限承载力Qu，可按下列方法综合分析确定：（1）根据沉降随荷载变化的特征确定；对于陡降型Q-S曲线，取其发生明显陡降的起始点对的荷载值。（2）根据沉降随时间变化的特征确定：取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。（3）当在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2 倍，且经24h 尚未达到相对稳定标准，取前一级荷载值。（4）对于缓变型Q-S曲线可根据沉降量确定，取S=40mm 对的荷载值，取S=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值[2~3]。

3 检测依据

检测依据有：美国规范ASTM-D1143《静态轴向压力荷载下桩柱的试验方法》；JGJ 106—2003《建筑基桩检测技术规范》；JG/T 518—2017《基桩动测仪》。

4 贝雷桁架纵梁受力计算

4.1 材料性能

现场采用标准军用贝雷桁架，自重G=270kg/片；沿横桥向总共分布10 排桁架。力学性能为：弹性模量E=2.1×105MPa、惯性矩I=250 500cm4、容许剪力[Q]=245.2kN、容许弯矩[M]=788kN·m（不加强）、容许弯矩[M]=1687.5kN·m（加强后）。

上部荷载总质量700t，总重N=7000kN。贝雷桁架共18 片，其中n=16 片贝雷梁分布力的作用。每片贝雷桁架负重G=N/n=437.5kN。单排贝雷桁架长12m，上部荷载作用长度为10m。则其上分布的均布荷载为q1=437.5/10=43.75kN/m。单排贝雷桁架自重q2=2.7×4÷12=0.9kN/m，则q总=q1+q2=44.65 kN/m。

4.2 受力计算

反力梁参与承受上部荷载作用力，作用在单排贝雷梁上的作用力可以简化为双跨简支梁模型，工字钢反力梁对贝雷桁架的支撑力为P2，左右两侧的贝雷桁架对上部贝雷桁架的支撑力为P1，按简支悬臂梁计算。

由q=44.65 kN/m；L=5+5=10m；计算得P1=84kN；P2=279kN；最大弯矩Mmax=支座弯矩=140kN·m；容许弯矩[M]=788kN·m＞Mmax=140kN·m，（满足强度要求）。

最大剪力Qmax=140kN；容许剪力[M]=245.2≥Qmax=140kN。最大挠度计算公式：

fmax=0.521×qL4/100EI=0.521×[38.4×103×（5）4]/（100×2.10×1011×250 500×10-8）=0.28mm；

该梁允许绕度为f=5/600=8.3mm≥fmax，则贝雷桁架纵梁符合强度、刚度要求。