桥梁桩基础载荷试验研究

桥梁桩基础载荷试验研究

伍燕莲

伍燕莲（广东省江门市路桥集团第二工程有限公司）

摘要：桥梁荷载试验是一门直接服务于工程实践的技术学科，其核心内容是：通过测试在荷载直接作用下的桥梁各结构部位以及整体的响应参数，从而反映和揭示桥梁的实际承载能力和使用状况。与桥梁结构理论计算和分析体系一样，桥梁荷载试验都属于对桥梁结构进行微观分析与评价的内容，但又自成体系，桥梁荷载试实验与分析评定，是对于桥梁结构理论计算与分析的有机延伸和完整与补充。

关键词：桥梁桩基载荷试验

1静载试验

1.1静载试验，就是指按桩的使用功能，分别在桩顶逐级施加轴向压力、轴向上拔力或在桩基承台底面标高一致处施加水平力，观测桩的相应检测点随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，判定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。

1.1.1应变观测。首先由计算确定桥梁的控制截面，然后在主梁控制截面处粘贴振弦式应变计或电阻应变片测量其应变。由于混凝土材料自身的离散性及裂缝的影响，混凝土桥梁的应变测试结果可能不太理想。通过实测的应变值和理论建模分析计算值的对比，可得到桥梁结构的强度校验系数，该系数反映了桥梁结构实际强度与设计预计值的偏差程度。

1.1.2挠度观测。用百分表、精密水准仪或全站仪观测桥梁结构在荷载作用下的变形情况。通过实测变形和理论建模分析的对比，可得到桥梁的结构刚度校验系数，它反映了桥梁结构实际刚度与设计预计值的偏差程度。

1.1.3裂缝观测。加载试验中裂缝观测重点应放在结构承受拉力较大部位及原有裂缝较长、较宽的部位。静载试验相对于动载试验而言技术相对比较成熟，目前科研热点主要集中于将新型传感技术如GPS、光纤光栅和激光测量等方法应用于实际工程中去。

1.2静力荷载的分级为了获得结构试验荷载与变位关系的连续曲线和防止结构意外损坏，试验荷载至少划分为4级，逐级施加，直到最大值。基本荷载（等于或接近设计荷载）一般分为4级。超过基本荷载部分，其每级加载量比基本荷载的每级加载量减小一半。每次卸载量可为加载量的二倍，或全部荷载一次卸完。采用车辆荷载试验时，试验荷载可分为：空车、计算初级荷载的0.9倍、设计车辆静载和设计车辆静载乘以动力系数。

1.3静力试验的加载方式根据加载设备条件，可采用下列两种方式：

1.3.1单次逐级递加到最大荷载，然后逐级递卸到零级荷载。此种方法适合于加载装置不便移动，需要用辅助加载设备在原位加载的场合。当然车辆荷载也可以采用此法。

1.3.2每次加载后均卸载到零级荷载，且每次加载量逐级增加，直到最大荷载，即为逐级递增的循环加载方法。此法宜用于车辆荷载，但要求每次加载时，荷载必须准确就位，卸载时车辆退出结构试验影响区，车速不大于5公里/小时。

2动载试验

桥梁结构的动力特性(频率、振型和阻尼比)是评估桥梁结构工作性能和进行桥梁动力分析的重要参数。桥梁在生命周期内将不可避免地承受交通荷载、风等动力作用而产生振动。动载试验较静载试验更接近于桥梁的实际使用状态，可更有效地把握桥梁的实际运营性能。

2.1动力实验的项目

2.1.1测定桥梁结构在动力荷载作用下的受迫振动特性，如动力系数、频率、振幅、加速度和振型等。

2.1.2测定桥梁结构的自振特性，如结构的自振频率和阻尼特性等。应在结构相互连结的各部位布置测点，例如悬臂梁与挂梁、上部结构与下部结构、行车道梁与塔索等的相互连接处。

2.1.3测定动荷载本身的动力特征，如动力荷载（包括车辆制动力、振动力、起振机出力、释放或撞击力等）的大小、频率及作用规律。动力荷载大小可通过安装在动力荷载设备底架连结部分的荷重传感器直接量测记录，或以测定荷载运行的加速度（或减速度）与质量的乘积来确定。

2.1.4疲劳性能试验：一般只在实验室对桥梁构件进行疲劳试验。在现场，只对准备拆除的桥梁进行疲劳试验，但对现有桥梁进行营运车辆荷载作用下的疲劳性能进行长期观测。

2.2动力实验荷载的分类，检验桥梁受迫振动特性

2.2.1通常采用接近运营条件的汽车，列车或单辆重车以不同车速通过桥梁，要求每次试验时车辆在桥上的行驶速度保持不变；或在桥梁动力效应最大的检测位置进行刹车（或起动）试验。

2.2.2进行特殊科学实验项目的桥梁进行模拟船舶撞击桥墩、汽车撞击防护构造和弹药爆炸等冲击荷载试验。

2.2.3桥梁在风力、流冰撞击和地震力等动力荷载作用下的动力性能试验，只宜在专门的长期观测中实现。

3桩基础载荷试验

通过现场桩基垂直荷载试验，研究桩体沉降特性，得到灌注桩的单桩承载力和沉降变化规律，提出相应的设计计算模式，优化桩基形式，为设计提供合理经济的桩型。

选择一个试验桥墩，在试验桥墩处进行单桩浸水试验，通过埋设地面沉降标点和深层分层沉降，对上述设备的测读，得到湿陷的时间历程，湿陷中心，湿陷的下限深度及其影响范围，湿陷值。一般情况下，在桩的顶部施加荷载后，桩会有沉降，此时，桩侧土体首先对桩会产生向上的正摩阻力。当桩的湿陷量大于桩的沉降量时，桩侧土体会对桩产生向下的负摩阻力，负摩阻力的大小主要与土的沉降量有关，土的沉降量与桩的沉降量差值越大，负摩阻力也就越大。已经的研究资料表明，土层的湿陷沉降量总是由表层向深层逐渐减小的。因此，在桩身的上部，土层的沉降大于桩的沉降，产生负摩阻力；而在桩身的下部，土层的沉降就会小于桩的沉降，将产生正的摩阻力，若忽略桩本身的压缩量不计，桩本身的沉降在上部和下部是一样的，必然在沿桩身方向上有一土层的沉降与桩的沉降是相等的点，该点处的摩阻力等于零，是桩身轴力最大的点，该特征点称为中性点。通过找出浸水后桩沉降与土沉降相同的点和在桩长方向求得轴向力最大的点，就可以得出负摩阻力的大小及其发生、发展的规律，并得出负摩阻力由变化到稳定的过程。负摩阻力的测试主要通过在灌注桩的钢筋笼上贴钢筋应力计来测得，土层的沉降通过分层沉降测得。进行单桩垂直载荷试验是为设计提供合理的单桩承载力，而且群桩的承载能力也是以单桩的承载能力为基准确定的，所以正确的确定单桩的承载能力是关系到设计是否安全。在桩基垂直荷载试验，研究内容主要包括灌注桩的单桩承载力，正、负摩阻力的大小，桩侧负摩阻力计算深度，桩在黄土湿陷时的沉降变化规律，浸水湿陷对桩竖向承载力的影响，浸水湿陷全过程中大直径桩荷载传递的机理等。进行单桩的水平载荷试验可确定出单桩的水平承载力和地基土的水平抗力系数，并可以对工程桩的水平承载力进行检验和评价，通过埋设于桩身中的应变计，可以测定出桩身应力的变化。通过桩水平荷载试验，研究内容主要包括通过试验得出桩侧土的地基比例系数m值及桩底地基比例系数m0的值，并且得出桩侧土水平抗力系数m值在浸水情况下的变化规律。

4总结

桥梁荷载试验在桥梁结构承载力评估中具有不可替代的作用。涉及到桥梁的设计计算理论、试验测试技术、仪器仪表性能、数理统计分析、现场实验组织等方面，具有较强的综合性、应用性和复杂性。同时，桥梁荷载试验对于推动桥梁建设事业的发展，为确保桥梁安全运营，进行科学养护又发挥着重要的作用。