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摘 要：文章简要叙述了自平衡试桩法在西江水道桥的应用，显示了该法在具体应用中的优越性。根据应用自平衡试桩法而出现的常见问题进行了分析，对相关问题的解决提供了参考。另外通过相关数据分析，对优化桩长提供了参考，一定程度上节约了成本。
关键词：自平衡试桩；极限承载力；桩长优化
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0003-02
桩基础是桥梁工程中应用广泛的基础形式，鉴于桩基工程的重要性，各类规范均指出单桩静载荷实验是确定单桩极限承载力最可靠的方法。由于传统的静载实验费时、费力、费用高、周期长，且对场地条件要求比较苛刻，尤其对高极限承载力和特定的实验条件下，采用传统的静载荷实验确定单桩极限承载力将无法较为准确实现，自平衡试桩自二十世纪八十年代末开始逐步引入国内，因其场地适应性、高吨位的加载能力等优点，该技术得到了一定的应用和发展。先后出台江苏省地方标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB 32/T291-1999），交通运输部《基桩静载实验 自平衡法》（JT/T 68-2006）。目前自平衡检测技术已经在我国多省得到推广应用，其测试原理是把一种特制的加载装置-荷载箱，和钢筋笼焊接在一起埋入桩内，将荷载箱的高压油管引到地面，然后浇注成桩。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩身的摩擦力与下部桩的摩擦力及端阻力相平衡-自平衡来维持加载。根据向上向下Q-s曲线、s-lgT曲线、s-lgQ曲线以及等效转换曲线确定基桩承载力。
1 自平衡试桩法的应用
1.1 工程及试桩情况概述
广中江高速公路西江水道桥位于江门市滨江大道与荷塘镇北面之间，线路呈东西方向，中部跨越西江河，桥址处河面宽约840 m，线路走向与水流方向基本垂直。拟建斜拉桥桥梁的中心里程桩号为K16+365，桥长约860 m，桥跨组合为57.5+172.5+400+172.5+57.5 m。桥梁基础采用桩径2.5 m，桩长110 m的灌注桩。勘察揭露桥址区西端（小桩号端）的主墩、辅助墩以及过渡墩下伏基岩以泥质岩为主，属于软质岩，岩石的强度较低，遇水易软化，完整性较差，节理裂隙发育。同时由于岩石的完整性较差，在桩基础施工过程中容易发生孔壁坍塌现象。
本次试桩选择X3墩下的15#工程桩作为试桩，群桩布置平面如图1所示。桩径为2.5 m，设计桩长110 m，桩顶标高-1.47 m，桩身混凝土强度等级为C30，桩顶反力设计值为35 500 kN，桩端持力层为中风化泥质砂岩。根据岩层变化情况共布置12层钢筋计，每层4个；采用6只电子位移计量测试桩位移量的变位，分别量测荷载箱顶板向上、向下以及桩顶位移，每处设置两只，荷载箱设置在-81.470的位置，如图2所示。
采用慢速维持加载法每次加载值为3 000 kN，如图3所示。
1.2 试桩极限承载力的确定
当加载至第15级（对应加载值为2×45 000 kN）时，向上位移8.27 mm，向下位移22.41 mm，总位移量小于40 mm，但荷载已达到设计的要求，取最终加载值为极限加载值，可按下式确定试桩的极限承载力：抗压单荷载箱PUI式中：Pui=■+Quxi式中：Pui为试桩i的单桩极限承载力，单位（kN）；Qusi为试桩i上段桩的加载极限值，单位（kN）；Quzi为试桩i 中段桩的加载极限值，单位为千牛（kN）；Quxi为试桩i 下段桩的加载极限值，单位（kN）；Wsi为试桩i荷载箱上部桩自重，单位（kN）；
根据荷载箱上部土的类型确定：粘性土、粉土γi=0.8；砂土γi=0.7；岩石γi=1，若上部有不同类型的土层，γi取加权平均值，根据本地质柱状图经计算取为0.9，荷载箱上部桩自重包括护筒的自重和护筒直至荷载箱上的钢筋混凝土。根据自平衡法规范公式计算试桩极限承载力计算结果为83 218 kN。
1.3 试桩后的处理工作
对在试验后仍作为工程桩使用的试桩，由于测试过程中荷载箱底板顶面处会产生位移，为确保测试后桩的承载力不受影响，保证桩身混凝土的连续性和完整性，试验后对荷载箱处产生的位移进行压浆处理。措施如下：
①通过声测管对荷载箱产生的残余位移进行压水清洗，从一管中压入清水，待另一管中流出的污水变成清水时，开始对荷载箱处进行压浆；
②压浆量以从一根声测管压入待另一声测管冒出新鲜水泥浆为准。然后封闭管头采用压力注浆，压力>1.5 MPa，压浆水泥量约0.2～0.5 t（以压浆压力、压浆量双重控制）；
③压入的水泥浆水灰比为0.6～0.5，并掺入7%的膨胀剂和1%的减水剂，水泥标号为425。
2 自平衡试桩法的几点思考
2.1 “自平衡点“的选取
由于桩穿越土层的多样性及桩土承载体系构成机制和本构关系的复杂性，真正意义上的准确确定自平衡点的位置是很难的。本试验的工程桩在选取自平衡点时，只要满足工程实际需要并基本准确即可，本实验中选择-81.470位置，通过容许承载力的计算得知（暂不考虑计算参数问题），该位置上部桩承载力为59 406 kN，下部桩承载力为49 455 kN，荷载箱上部桩自重为10 603 kN，满足工程实际需要。
2.2 “断桩”问题
自平衡法荷载箱所处位置主筋均需截断，并在加载完成之后，荷载箱位置势必产生断桩。该位置断桩的修复是保证桩基承载力的一个重要环节。从受力分析来看，对于超长桩采用单荷载箱的情况下，荷载箱所处位置弯矩约为零，从配筋率来看，视上下荷载箱为一节钢筋笼，其配筋率要大于该断面的配筋率。通过实验后的补浆，让荷载箱断面在补浆之后的强度达到实际负荷的一半，就可以认定其达到工程桩的标准。
2.3 成孔及灌注桩质量的确定
本次试验的目的主要为群桩基础在设计桩长进行优化，其成孔及灌注桩质量要求和今后其他桩的要求一致。成孔质量采用井径仪进行检测，灌注桩质量采用声波投射法进行检测。相关检测报告显示：垂直度为0.41%，桩身完整性类别为Ⅰ类（荷载箱异常点不着评价）。
2.4 桩长的优化
本次试桩主要目的是在验算承载力是否满足要求的同时能达到桩长优化的目的，通过对桩长减少5 m进行了预测，极限承载力为78 991 kN，对应位移为42.78 mm（如图4所示），可以满足设计承载力的要求。故在群桩基础的其他桩位均做桩长的调整。
3 结 论
自平衡试桩法在西江某斜拉桥的使用，不仅能达到验证设计单桩竖向抗压承载力和确定桩侧分布岩土摩阻力和桩端助力的大小和分布，同时通过试桩法可以达到指导设计和优化桩长的目的。通过本次试验最终确定原定桩长均减少5 m，其经济效果得到了充分体现。
参考文献：
[1] 彭虎彪.自平衡试桩极限承载力的确定及其影响因素试验研[D].武汉：武汉理工大学，2010.
[2] JT/T 738—2009，基桩静载试验自平衡法[S].
[3] 徐风云，黄文机.桩承载力自平衡法存在的几个关键问题[J].公路，2005，（5）.
关键词：自平衡试桩；极限承载力；桩长优化
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0003-02
桩基础是桥梁工程中应用广泛的基础形式，鉴于桩基工程的重要性，各类规范均指出单桩静载荷实验是确定单桩极限承载力最可靠的方法。由于传统的静载实验费时、费力、费用高、周期长，且对场地条件要求比较苛刻，尤其对高极限承载力和特定的实验条件下，采用传统的静载荷实验确定单桩极限承载力将无法较为准确实现，自平衡试桩自二十世纪八十年代末开始逐步引入国内，因其场地适应性、高吨位的加载能力等优点，该技术得到了一定的应用和发展。先后出台江苏省地方标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB 32/T291-1999），交通运输部《基桩静载实验 自平衡法》（JT/T 68-2006）。目前自平衡检测技术已经在我国多省得到推广应用，其测试原理是把一种特制的加载装置-荷载箱，和钢筋笼焊接在一起埋入桩内，将荷载箱的高压油管引到地面，然后浇注成桩。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩身的摩擦力与下部桩的摩擦力及端阻力相平衡-自平衡来维持加载。根据向上向下Q-s曲线、s-lgT曲线、s-lgQ曲线以及等效转换曲线确定基桩承载力。
1 自平衡试桩法的应用
1.1 工程及试桩情况概述
广中江高速公路西江水道桥位于江门市滨江大道与荷塘镇北面之间，线路呈东西方向，中部跨越西江河，桥址处河面宽约840 m，线路走向与水流方向基本垂直。拟建斜拉桥桥梁的中心里程桩号为K16+365，桥长约860 m，桥跨组合为57.5+172.5+400+172.5+57.5 m。桥梁基础采用桩径2.5 m，桩长110 m的灌注桩。勘察揭露桥址区西端（小桩号端）的主墩、辅助墩以及过渡墩下伏基岩以泥质岩为主，属于软质岩，岩石的强度较低，遇水易软化，完整性较差，节理裂隙发育。同时由于岩石的完整性较差，在桩基础施工过程中容易发生孔壁坍塌现象。
本次试桩选择X3墩下的15#工程桩作为试桩，群桩布置平面如图1所示。桩径为2.5 m，设计桩长110 m，桩顶标高-1.47 m，桩身混凝土强度等级为C30，桩顶反力设计值为35 500 kN，桩端持力层为中风化泥质砂岩。根据岩层变化情况共布置12层钢筋计，每层4个；采用6只电子位移计量测试桩位移量的变位，分别量测荷载箱顶板向上、向下以及桩顶位移，每处设置两只，荷载箱设置在-81.470的位置，如图2所示。
采用慢速维持加载法每次加载值为3 000 kN，如图3所示。
1.2 试桩极限承载力的确定
当加载至第15级（对应加载值为2×45 000 kN）时，向上位移8.27 mm，向下位移22.41 mm，总位移量小于40 mm，但荷载已达到设计的要求，取最终加载值为极限加载值，可按下式确定试桩的极限承载力：抗压单荷载箱PUI式中：Pui=■+Quxi式中：Pui为试桩i的单桩极限承载力，单位（kN）；Qusi为试桩i上段桩的加载极限值，单位（kN）；Quzi为试桩i 中段桩的加载极限值，单位为千牛（kN）；Quxi为试桩i 下段桩的加载极限值，单位（kN）；Wsi为试桩i荷载箱上部桩自重，单位（kN）；
根据荷载箱上部土的类型确定：粘性土、粉土γi=0.8；砂土γi=0.7；岩石γi=1，若上部有不同类型的土层，γi取加权平均值，根据本地质柱状图经计算取为0.9，荷载箱上部桩自重包括护筒的自重和护筒直至荷载箱上的钢筋混凝土。根据自平衡法规范公式计算试桩极限承载力计算结果为83 218 kN。
1.3 试桩后的处理工作
对在试验后仍作为工程桩使用的试桩，由于测试过程中荷载箱底板顶面处会产生位移，为确保测试后桩的承载力不受影响，保证桩身混凝土的连续性和完整性，试验后对荷载箱处产生的位移进行压浆处理。措施如下：
①通过声测管对荷载箱产生的残余位移进行压水清洗，从一管中压入清水，待另一管中流出的污水变成清水时，开始对荷载箱处进行压浆；
②压浆量以从一根声测管压入待另一声测管冒出新鲜水泥浆为准。然后封闭管头采用压力注浆，压力>1.5 MPa，压浆水泥量约0.2～0.5 t（以压浆压力、压浆量双重控制）；
③压入的水泥浆水灰比为0.6～0.5，并掺入7%的膨胀剂和1%的减水剂，水泥标号为425。
2 自平衡试桩法的几点思考
2.1 “自平衡点“的选取
由于桩穿越土层的多样性及桩土承载体系构成机制和本构关系的复杂性，真正意义上的准确确定自平衡点的位置是很难的。本试验的工程桩在选取自平衡点时，只要满足工程实际需要并基本准确即可，本实验中选择-81.470位置，通过容许承载力的计算得知（暂不考虑计算参数问题），该位置上部桩承载力为59 406 kN，下部桩承载力为49 455 kN，荷载箱上部桩自重为10 603 kN，满足工程实际需要。
2.2 “断桩”问题
自平衡法荷载箱所处位置主筋均需截断，并在加载完成之后，荷载箱位置势必产生断桩。该位置断桩的修复是保证桩基承载力的一个重要环节。从受力分析来看，对于超长桩采用单荷载箱的情况下，荷载箱所处位置弯矩约为零，从配筋率来看，视上下荷载箱为一节钢筋笼，其配筋率要大于该断面的配筋率。通过实验后的补浆，让荷载箱断面在补浆之后的强度达到实际负荷的一半，就可以认定其达到工程桩的标准。
2.3 成孔及灌注桩质量的确定
本次试验的目的主要为群桩基础在设计桩长进行优化，其成孔及灌注桩质量要求和今后其他桩的要求一致。成孔质量采用井径仪进行检测，灌注桩质量采用声波投射法进行检测。相关检测报告显示：垂直度为0.41%，桩身完整性类别为Ⅰ类（荷载箱异常点不着评价）。
2.4 桩长的优化
本次试桩主要目的是在验算承载力是否满足要求的同时能达到桩长优化的目的，通过对桩长减少5 m进行了预测，极限承载力为78 991 kN，对应位移为42.78 mm（如图4所示），可以满足设计承载力的要求。故在群桩基础的其他桩位均做桩长的调整。
3 结 论
自平衡试桩法在西江某斜拉桥的使用，不仅能达到验证设计单桩竖向抗压承载力和确定桩侧分布岩土摩阻力和桩端助力的大小和分布，同时通过试桩法可以达到指导设计和优化桩长的目的。通过本次试验最终确定原定桩长均减少5 m，其经济效果得到了充分体现。
参考文献：
[1] 彭虎彪.自平衡试桩极限承载力的确定及其影响因素试验研[D].武汉：武汉理工大学，2010.
[2] JT/T 738—2009，基桩静载试验自平衡法[S].
[3] 徐风云，黄文机.桩承载力自平衡法存在的几个关键问题[J].公路，2005，（5）.