越南格更1号桥桩基竖向抗压承载力检测

缪云，谢礼飞，殷开成，靖从英

(1.江苏城市职业学院 建筑工程学院，江苏 南京 210036; 2.南京东大自平衡桩基检测有限公司;3.南京赛宝液压设备有限公司)

1 工程概况

格更1号桥(CA CAM 1 BRIDGE)位于越南胡志明市第七郡富美兴新富街，是一座全长101 m的5跨斜交桥，上跨格更河(CA CAM RIVER)。

该桥基础形式为钻孔灌注桩，平面布置见图1，其中：A1、A2两桥台处桩径1 200 mm，桩长分别为53、48 m；P1～P3墩处桩径1 500 mm，桩长53 m；P4墩处桩径1 500 mm，桩长51 m。

为了检验工程桩承载力是否满足设计要求，在A2桥台处选取了1根试桩TP1进行竖向抗压静载试验，其平面位置见图1，主要设计参数见表1。

表1 试桩TP1设计参数

2 地质情况与方案比选

邻近钻孔揭示的试桩TP1处地层分布情况见图2。该桩在河岸边，地下水位接近地表。

由图2可知：桩身上部约14 m范围内为流塑淤泥；中部约22 m范围内为硬塑黏土和中密细砂，标贯击数为10～20击；下部约12 m为坚硬黏土和中密～密实细砂，标贯击数有明显波动，平均值>30击。

在确定静载试验方案时，有堆载法、锚桩法、O-cell法(即中国自平衡法)3种方案可供选择。若采用堆载法，因浅表土层为性质很差的流塑淤泥(图2)，需要对一定深度范围内的地基进行加固处理，花费代价较高；若采用锚桩法，因试桩TP1周边没有合适的工程桩提供反力(图1)，需要另外打设锚桩，花费代价也较高；综合衡量之后，决定采用O-cell法(自平衡法)进行检测，以避开场地方面的不利条件。

3 试验原理

O-cell法(自平衡法)的试验原理如图3所示。

该法的加载装置是一种特制的荷载箱，在成桩过程中已预埋在桩身平衡点处，故此地面上没有反力系统，对场地条件要求不高，适合该项目的试桩检测。

试验时，荷载箱将桩身分成上、下两段，利用上段桩的侧阻和自重、下段桩的侧阻和端阻互相提供反力进行加载；分别测得上、下段桩的承载力后，再计算得出整桩承载力。

图1 格更1号桥桩基础平面布置图(单位：cm)

图2 地层情况及试桩标高(单位：m)

图3 自平衡法示意图

试桩TP1的设计安全余量较大，经计算，将荷载箱置于桩底以上10 m处即可满足向上、向下各3 000 kN的加载要求，荷载箱位置见图2。

4 检测方案

4.1 检测依据

试桩TP1的竖向抗压承载力检测，应遵循越南规范《Piles - Standard test method in situ for piles under axial compressive load》(TCVN 9393:2012，以下简称越南TCVN规范)，该规范专门适用于轴向受压桩的承载力检测。

一般情况下，越南项目也可参考或使用其他国家的相关规范，较为常见的有美国ASTM标准《Standard test methods for deep foundations under static axial compressive load》(ASTM D1143/D1143M-07，以下简称美国ASTM规范)。另外，中国的桩基检测规范，如JGJ 106-2014《建筑基桩检测技术规范》、JT/T 738-2009《基桩静载试验 自平衡法》等也可用于越南的桩基检测。

在该项目实施过程中，前期方案主要基于越南TCVN规范，同时参考了美国ASTM规范；后考虑到试桩采用O-cell法(自平衡法)检测，而中国已有此方面的专门规范，故修改为按中国JT/T 738-2009《基桩静载试验 自平衡法》进行。

该文仍对前期方案进行简要介绍，以增加对越南桩基检测规范要求的了解。

4.2 基于越南规范的前期方案

试桩TP1前期方案的加/卸载要求见表2。

表2 试桩TP1前期方案加/卸载要求

(1) 试验流程

试验流程分为预加载、加载、卸载三部分。

越南TCVN规范对预加载有明确规定，一般可取设计荷载的5%，主要用来检验仪器设备的工作状况等。该项目预加载值200 kN，稍高于设计荷载的5%(150 kN)。

预加载之后正式开始试验，荷载均分10级施加，其持荷时间的要求包含两项内容：① 稳定标准。位移变化≤0.25 mm/h时认为已稳定；② 持荷时长。持荷时间不得小于1 h，最大荷载之前每级最多2 h，最大荷载为24 h。

前9级加载时，达到稳定标准和本级时长中的任一项便可施加下一级荷载。在第10级最大荷载作用下，同时满足两项条件才认为满足了设计要求，可以正常卸载。

卸载均分5级进行，每级持荷时间30 min，卸载至零后可延长观测时间至60 min。

此处，位移变化≤0.25 mm/h的稳定标准和最大荷载之前持荷2 h的要求，越南TCVN规范和美国ASTM规范的规定相同；最大荷载作用下持荷24 h，越南TCVN规范并无此项规定，美国ASTM规范则有此项可供选择。

(2) 测读时间

在每级荷载作用下，按下列间隔测读位移：

① 0～30 min，每隔10 min测读；② 30～60 min，每隔15 min测读；③ 60～600 min(10 h)，每隔60 min测读；④ >600 min(10 h)，每隔120 min测读。

此处，位移测读时间来自越南TCVN规范。

(3) 终止加载条件

上、下段桩的终止加载条件有如下6项：① 荷载不变，位移持续增大；② 经24 h仍未满足位移增量≤0.25 mm/h；③ 位移值达到桩径的10%(120 mm)；④ 本级总位移不小于上级总位移的5倍；⑤ 加载至6 000 kN且位移稳定；⑥ 桩身材料破坏。

此处，终止加载条件并非完全对应越南TCVN规范或美国ASTM规范的条款，而是设计方结合该项目特点具体给出的要求。

4.3 基于中国规范的实施方案

该项目的正式实施，按中国JT/T 738-2009《基桩静载试验 自平衡法》进行。试验过程中的荷载分级、位移观测、稳定标准、终止加载条件等详见参考文献[2]，此处不赘述。

5 试验过程和结果

5.1 试验过程

试桩TP1于2018年4月9日开始试验，分级荷载2×300 kN，第一级按分级荷载的2倍施加。当加载至试验要求的最大荷载2×3 000 kN时，持荷2 h达到稳定标准，荷载箱处向下位移19.17 mm，向上位移2.56 mm，桩顶位移0.43 mm，满足加载终止条件；之后分5级卸载。

现场实测的荷载-位移曲线见图4。

图4 实测荷载-位移曲线

5.2 结果分析

(1) 承载力发挥

由桩基承载力发挥机理可知，桩侧摩阻力充分发挥所需的位移，黏性土为5～10 mm，砂土为10～20 mm；桩端承载力充分发挥所需位移约为桩径的10%，即该试桩为120 mm左右。

从地层分布情况和测试曲线可知，上段桩对应土层为黏土和细砂，试验产生的最大位移仅2.56 mm，远小于侧阻充分发挥所需的位移，因此上段桩侧阻并未完全发挥；下段桩桩侧土层为黏土和细砂，桩端持力层为细砂，试验产生的最大位移为19.17 mm，可见其侧阻已发挥较完全，但端阻仍未充分发挥。

总体来看，此次试验仅按设计要求对工程桩承载力进行了检验，并未测出试桩TP1真正的极限承载力。

(2) 极限承载力

按中国自平衡标准，此种情况下可根据最大加载值给出试桩的极限承载力，所得结果是偏于安全、保守的；美国O-cell法则不是根据加载值直接计算极限承载力，而是要结合桩顶等效转换曲线来判断。

根据JT/T 738-2009《基桩静载试验 自平衡法》，试桩的极限承载力Pu(kN)按式(1)计算，结果见表3：

Pu=(Quu-W)/γ+Qlu

(1)

式中:Quu、Qlu分别为上、下段桩的加载极限值(kN);W为上段桩有效自重(kN);γ为修正系数。

表3 试桩TP1极限承载力

试桩TP1的极限承载力6 087 kN>6 000 kN，满足设计要求。

(3) 等效转换曲线

不论是美国O-cell法还是中国自平衡法，总体上都是按照上、下段桩位移大小相等时荷载相加的原则进行等效转换。对试桩TP1而言，其上段桩最大位移明显小于下段桩最大位移，因此需对数据处理后才能转换。

按照美国O-cell法，应先将上段桩的荷载-位移曲线外推至与下段桩位移量相等，然后再对荷载进行叠加，计算桩身压缩量等。现上段桩的实测最大位移为2.56 mm，若将其外推至下段桩的最大位移19.17 mm，外推量为实测最大位移的7倍多，所得结果不一定安全可靠。同时，O-cell法基于等效转换曲线给出承载力，此种情况下也不一定是安全的。

从安全保守的角度考虑，进行等效转换时，可假定在最大荷载作用下，试桩TP1的上段桩向上陡变破坏，此时可按式(2)、(3)计算桩顶等效荷载P(kN)和桩顶沉降s(m)：

P=(Qu-W)/γ+Ql

(2)

(3)

式中:sl为荷载箱处向下位移(m);L为上段桩桩长(m);Ep为桩身弹性模量(kPa);Ap为桩身横截面面积(m2)。

由此得到的等效桩顶荷载-沉降曲线见图5。

图5 等效桩顶荷载-沉降曲线

由图5可知：在桩顶设计荷载3 000 kN作用下，对应桩顶沉降为3.49 mm；在2倍设计荷载6 000 kN作用下，保守估计的沉降量为22.07 mm。

6 结论

(1) 对于浅表地基软弱，周边又无合适的工程桩提供反力的情况，采用堆载法或锚桩法进行试桩的代价较高，此时自平衡法具有明显的优势。

(2) 越南TCVN规范对预加载有明确要求，其稳定标准、持荷时间、位移测读时间、终止加载条件均有别于中国规范。

(3) 中国自平衡标准可以根据加载值直接给出试桩极限承载力，美国O-cell法则需结合等效转换曲线判断。

(4) 美国O-cell法和中国自平衡法，都是按照上、下段桩位移大小相等时荷载相加的原则进行等效转换。当上、下段桩最大位移明显不等时，O-cell法先对位移较小者外推，由此得到的承载力不一定安全可靠。从保守角度考虑，可假定在最大荷载作用下位移较小者发生陡变破坏，由此得到的结果是偏安全的。