前言：
1984年美國西北大學教授Osterberg研制成功樁底加載實驗方法（即自平衡測試法），是通過預(yù)埋在樁底的測壓盒進行鉆孔樁靜載實驗的方法，該法對于劃分樁側(cè)摩阻力與樁端阻力以及確定抗拔樁的承載力具有實際意義。近幾年歐洲及日本、加拿大、新加坡等國家也廣泛使用該法。根據(jù)美國聯(lián)邦調(diào)查局調(diào)查統(tǒng)計，1994年起全美鉆孔灌注樁荷載實驗中該方法的使用超過了65%[4][5].
近年來，隨著高等級公路的快速蓬勃發(fā)展，大孔徑超長樁在橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛，其承載力的確定顯得越來越重要。橋梁規(guī)范中規(guī)定特大橋必須進行樁基承載力試驗以確定其承載力，確保其結(jié)構(gòu)安全性及經(jīng)濟性。傳統(tǒng)鉆孔灌注樁承載力測定主要是靜壓試驗法，反力裝置采用壓重平臺和錨樁承載梁等，需要投入大量的人力、物力和時間，并且隨著樁徑、樁長的增大，其需要的反力亦隨之增大，傳統(tǒng)方法已很難滿足需要。樁基預(yù)埋荷載箱法通過樁自身阻力作反力，避免了龐大的反力裝置，其裝置簡單，準備工作省時省力，并且可以節(jié)省大量試驗費用。
一、 工程概況
工程簡述國道203線肇源至松原一級公路肇源松花江特大橋位于吉林省松原市與黑龍江省肇源縣交界。南距長春市約230公里，北距大慶市約166公里，東距哈爾濱市186公里，是國道203線上的重要工程[1].肇源松花江大橋采用75+5×120+75米七孔一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土半剛構(gòu)－連續(xù)箱梁。引橋分別為6×40米裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁，橋長2678米。全橋基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，且均置于強度較低的泥巖或砂巖上（具體地質(zhì)情況見圖一），為摩擦樁，樁長30-80米不等，特別是6個主橋墩下的共72根超長樁，樁長均接近80米，樁徑2m。
二、試樁概況試樁采用主墩的3根工程樁進行見（表—1），樁身每個截面對稱布置4個振弦式鋼筋計，共布置48個鋼筋計及4根聲測管（圖一）。試樁的位移量測采用電子百分表，共架設(shè)6只表，兩只測下荷載箱向下位移，兩只測下荷載箱向上位移，兩只測樁頂位移，經(jīng)應(yīng)變儀與電腦相聯(lián)，由電腦控制量測并在電腦屏幕上實時顯示（Q—S）曲線和（S—lgT）曲線和（S—lgQ）曲線。正式測試之前采用先進的孔壁測定儀進行了成孔檢測，用超聲波法對樁身完整性進行了檢測，檢測結(jié)果為Ⅰ類樁；同時進行了混凝土試塊強度及彈性模量試驗，實測彈性模量為E=3.5×104N/mm2.（見圖二）
試樁情況一覽表 表—1試樁位置 編號 預(yù)估極限承載力（kN） 荷載箱距樁端距離（m） 設(shè)計樁徑（m） 設(shè)計樁長（m） 樁端持力層 數(shù)量 設(shè)計極限承載力（kN）11號墩 11號試樁 2×33000 23 2 75 風化質(zhì)泥巖 1 54000 3號試樁 2×33000 23 2 75 風化質(zhì)泥巖 1 54000 12號墩 7號試樁 2×33000 21 2 75 風化質(zhì)泥巖 1 54000圖一：肇源松花江特大橋試樁圖二、測試原理預(yù)埋荷載箱法是接近于豎向抗壓樁實際工作條件的試驗方法，將一種特制的加載設(shè)備——荷載箱，與鋼筋籠相接，埋入樁的指定位置，并將荷載箱的高壓油管和位移棒一起引到地面，由高壓油泵向荷載箱充油而加載（圖二—a）。荷載箱通過厚鋼板將力傳遞到樁身，無應(yīng)力集中現(xiàn)象；其上部樁身的摩擦力與下部樁身的摩擦力及端阻力相平衡——自平衡來維持加載。根據(jù)向上向下Q-s曲線判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形。
基樁自平衡試驗開始后，荷載箱產(chǎn)生的荷載沿著樁身軸向往上、往下傳遞。假設(shè)基樁受荷后，樁身結(jié)構(gòu)完好（無破損，混凝土無離析、斷裂現(xiàn)象），則在各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量，通過量測預(yù)先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋計，可以實測到各鋼筋應(yīng)力計在每級荷載作用下所得的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，可以推出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，那么相應(yīng)樁截面微分單元內(nèi)的應(yīng)變量亦可求。由此便可在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力Pz 值及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律（圖二—b）。
三、測試過程
加載采用慢速維持荷載法，測試按中華人民共和國交通部標準《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[3]（JTJ 041-2000）、《公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[2]（JTJ024-85）附錄B“試樁試驗辦法”和江蘇省地方標準《樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程》（DB32/T291-1999）進行。
預(yù)估加載值2×33000kN，每級加載為極限承載力的1/15，第一級按兩倍荷載分級加載，每級加載值見表—2.11號、3號、7號試樁加至第13級荷載（30800kN）時，向上位移持續(xù)增加，且3個小時后位移依然無法穩(wěn)定。11號試樁繼續(xù)加載至第15級荷載（37130kN）時，3號試樁繼續(xù)加載至第16級荷載（38780kN）時，7號試樁繼續(xù)加載至第16級荷載（37950kN）時向上位移超過40mm，加壓荷載已難以穩(wěn)住，故加載終止，開始卸載。
依據(jù)規(guī)范：荷載箱上部樁的極限承載力11號、3號、7號試樁取第12級加載值28600kN，荷載箱下部樁的極限承載力11號試樁取第15級加載值37130kN、7號試樁取第16級加載值38780kN、11號試樁取第16級加載值37950kN。
試樁預(yù)估加載值分級表 表—2
加載級數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
11號試樁 4400 6600 8800 10 11 12 13 14
11號試樁 4400 6600 8800 11000 13200 15400 17
7600 19800 22000 24200 26400 28600 30800 33000
1984年美國西北大學教授Osterberg研制成功樁底加載實驗方法（即自平衡測試法），是通過預(yù)埋在樁底的測壓盒進行鉆孔樁靜載實驗的方法，該法對于劃分樁側(cè)摩阻力與樁端阻力以及確定抗拔樁的承載力具有實際意義。近幾年歐洲及日本、加拿大、新加坡等國家也廣泛使用該法。根據(jù)美國聯(lián)邦調(diào)查局調(diào)查統(tǒng)計，1994年起全美鉆孔灌注樁荷載實驗中該方法的使用超過了65%[4][5].
近年來，隨著高等級公路的快速蓬勃發(fā)展，大孔徑超長樁在橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛，其承載力的確定顯得越來越重要。橋梁規(guī)范中規(guī)定特大橋必須進行樁基承載力試驗以確定其承載力，確保其結(jié)構(gòu)安全性及經(jīng)濟性。傳統(tǒng)鉆孔灌注樁承載力測定主要是靜壓試驗法，反力裝置采用壓重平臺和錨樁承載梁等，需要投入大量的人力、物力和時間，并且隨著樁徑、樁長的增大，其需要的反力亦隨之增大，傳統(tǒng)方法已很難滿足需要。樁基預(yù)埋荷載箱法通過樁自身阻力作反力，避免了龐大的反力裝置，其裝置簡單，準備工作省時省力，并且可以節(jié)省大量試驗費用。
一、 工程概況
工程簡述國道203線肇源至松原一級公路肇源松花江特大橋位于吉林省松原市與黑龍江省肇源縣交界。南距長春市約230公里，北距大慶市約166公里，東距哈爾濱市186公里，是國道203線上的重要工程[1].肇源松花江大橋采用75+5×120+75米七孔一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土半剛構(gòu)－連續(xù)箱梁。引橋分別為6×40米裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁，橋長2678米。全橋基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，且均置于強度較低的泥巖或砂巖上（具體地質(zhì)情況見圖一），為摩擦樁，樁長30-80米不等，特別是6個主橋墩下的共72根超長樁，樁長均接近80米，樁徑2m。
二、試樁概況試樁采用主墩的3根工程樁進行見（表—1），樁身每個截面對稱布置4個振弦式鋼筋計，共布置48個鋼筋計及4根聲測管（圖一）。試樁的位移量測采用電子百分表，共架設(shè)6只表，兩只測下荷載箱向下位移，兩只測下荷載箱向上位移，兩只測樁頂位移，經(jīng)應(yīng)變儀與電腦相聯(lián)，由電腦控制量測并在電腦屏幕上實時顯示（Q—S）曲線和（S—lgT）曲線和（S—lgQ）曲線。正式測試之前采用先進的孔壁測定儀進行了成孔檢測，用超聲波法對樁身完整性進行了檢測，檢測結(jié)果為Ⅰ類樁；同時進行了混凝土試塊強度及彈性模量試驗，實測彈性模量為E=3.5×104N/mm2.（見圖二）
試樁情況一覽表 表—1試樁位置 編號 預(yù)估極限承載力（kN） 荷載箱距樁端距離（m） 設(shè)計樁徑（m） 設(shè)計樁長（m） 樁端持力層 數(shù)量 設(shè)計極限承載力（kN）11號墩 11號試樁 2×33000 23 2 75 風化質(zhì)泥巖 1 54000 3號試樁 2×33000 23 2 75 風化質(zhì)泥巖 1 54000 12號墩 7號試樁 2×33000 21 2 75 風化質(zhì)泥巖 1 54000圖一：肇源松花江特大橋試樁圖二、測試原理預(yù)埋荷載箱法是接近于豎向抗壓樁實際工作條件的試驗方法，將一種特制的加載設(shè)備——荷載箱，與鋼筋籠相接，埋入樁的指定位置，并將荷載箱的高壓油管和位移棒一起引到地面，由高壓油泵向荷載箱充油而加載（圖二—a）。荷載箱通過厚鋼板將力傳遞到樁身，無應(yīng)力集中現(xiàn)象；其上部樁身的摩擦力與下部樁身的摩擦力及端阻力相平衡——自平衡來維持加載。根據(jù)向上向下Q-s曲線判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形。
基樁自平衡試驗開始后，荷載箱產(chǎn)生的荷載沿著樁身軸向往上、往下傳遞。假設(shè)基樁受荷后，樁身結(jié)構(gòu)完好（無破損，混凝土無離析、斷裂現(xiàn)象），則在各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量，通過量測預(yù)先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋計，可以實測到各鋼筋應(yīng)力計在每級荷載作用下所得的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，可以推出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，那么相應(yīng)樁截面微分單元內(nèi)的應(yīng)變量亦可求。由此便可在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力Pz 值及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律（圖二—b）。
三、測試過程
加載采用慢速維持荷載法，測試按中華人民共和國交通部標準《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[3]（JTJ 041-2000）、《公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[2]（JTJ024-85）附錄B“試樁試驗辦法”和江蘇省地方標準《樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程》（DB32/T291-1999）進行。
預(yù)估加載值2×33000kN，每級加載為極限承載力的1/15，第一級按兩倍荷載分級加載，每級加載值見表—2.11號、3號、7號試樁加至第13級荷載（30800kN）時，向上位移持續(xù)增加，且3個小時后位移依然無法穩(wěn)定。11號試樁繼續(xù)加載至第15級荷載（37130kN）時，3號試樁繼續(xù)加載至第16級荷載（38780kN）時，7號試樁繼續(xù)加載至第16級荷載（37950kN）時向上位移超過40mm，加壓荷載已難以穩(wěn)住，故加載終止，開始卸載。
依據(jù)規(guī)范：荷載箱上部樁的極限承載力11號、3號、7號試樁取第12級加載值28600kN，荷載箱下部樁的極限承載力11號試樁取第15級加載值37130kN、7號試樁取第16級加載值38780kN、11號試樁取第16級加載值37950kN。
試樁預(yù)估加載值分級表 表—2
加載級數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
11號試樁 4400 6600 8800 10 11 12 13 14
11號試樁 4400 6600 8800 11000 13200 15400 17
7600 19800 22000 24200 26400 28600 30800 33000