自平衡法在文明特大橋樁基承載力試驗(yàn)中的應(yīng)用

王 勇，呂茂豐

(中鐵五局集團(tuán) 機(jī)械化工程有限責(zé)任公司，貴陽 550000)

1 工程概況

文明特大橋?yàn)閺B蓉高速公路汝郴段重點(diǎn)控制工程之一，全橋總長1 790.88 m。主橋?yàn)?6 m+6×120 m+66 m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)、連續(xù)梁，墩身為壁厚0.6 m的雙肢薄壁空心墩。引橋?yàn)榭鐝?0 m的先簡支后連續(xù)T形梁，橋墩為直徑2 m的柱式墩和壁厚為0.55 m的薄壁空心墩兩種。全橋基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)，共348根樁，樁徑分別為2.0 m，1.8 m，1.5 m，最大樁深57 m。

為確定單樁豎向抗壓極限承載能力，驗(yàn)證并確定樁基沉降量，同時(shí)驗(yàn)證地質(zhì)勘察報(bào)告所給樁基參數(shù)的可靠性;結(jié)合本工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)承載力高、工期緊張、場地狹窄等實(shí)際情況，決定采用自平衡試樁法進(jìn)行試驗(yàn)。本項(xiàng)目確定選取8#墩左右幅各一根 C30混凝土鉆孔灌注樁(設(shè)計(jì)為摩擦樁)進(jìn)行基樁檢測。試樁情況見表1。

表1 試驗(yàn)樁概況

2 自平衡測試方法簡介

2.1 測試原理

自平衡測樁法是在樁身平衡點(diǎn)位置安裝荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時(shí)測得荷載箱上、下各自承載力。加載設(shè)備采用東南大學(xué)土木工程學(xué)院研制的荷載箱，它主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成。頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移絲(通過聲測管下穿)。將荷載箱與鋼筋籠連接后安裝在樁身平衡點(diǎn)，即可澆注混凝土，澆注時(shí)并將高壓油管和聲測管一起引到地面(圖1)。試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過高壓油管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱頂與箱底被推開，產(chǎn)生向上與向下的推力，從而調(diào)動樁周土的側(cè)阻力與端阻力來維持力系平衡。

圖1 自平衡法測試示意

2.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

基樁自平衡試驗(yàn)采用的設(shè)備有:荷載箱、電動油泵、電子位移計(jì)、數(shù)據(jù)采集儀、筆記本計(jì)算機(jī)等。

2.3 測試規(guī)程

載入采用慢速維持荷載法，測試按中華人民共和國《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041—2000)和《基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法》(JT/T 738—2009)進(jìn)行。

單樁豎向抗壓極限承載力，根據(jù)《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》(JT/T 738—2009)中實(shí)測荷載箱上、下位移計(jì)算，承載力公式為

式中，Qu——單樁豎向抗壓極限承載力;

Qu上——荷載箱上部樁的實(shí)測極限值，按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041—2000)附錄 B“試樁試驗(yàn)辦法”確定;

Qu下——荷載箱下部樁的實(shí)測極限值，按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041—2000)附錄 B“試樁試驗(yàn)辦法”確定;

W——荷載箱上部樁自重;

γ——荷載箱上部樁側(cè)阻力修正系數(shù)，本工程 γ取0.8。

3 檢測結(jié)果分析與建議

3.1 檢測結(jié)果分析

左幅8-3樁于2009年5月25日灌注成樁，2009年6月19日開始測試，加載到預(yù)計(jì)加載值(2×22 000 kN)后停止加載，開始卸載。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)繪制的 Q—S曲線、S—lgt曲線，樁的測試曲線屬緩變形。根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041—2000)和《基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法》(JT/T 738—2009)，取最大加載值為單樁極限加載值。

原始Q—S和 S—lgt曲線如圖2所示，按照公式(1)計(jì)算，左幅8-3樁基最大承載力為46 306 kN，此時(shí)最大位移向上9.92 mm，向下34.71 mm，卸載后殘余位移向上5.82 mm，向下24.48 mm。

上述位移值，尤其是加載初期，均遠(yuǎn)低于國家規(guī)范，可以判斷樁的承載力發(fā)揮主要靠樁側(cè)摩阻力。可以判定:左幅8-3樁單樁豎向抗壓極限承載力≥46 306 kN;單樁豎向抗壓極限承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 8-3 樁 Q—S，S—lgt曲線

3.2 測試技術(shù)施工建議

1)樁基下鋼筋籠之前，應(yīng)對樁孔徑、垂直度、孔底沉渣厚度進(jìn)行檢測，尤其是首次清孔后，泥漿的濃度與正常樁孔濃度偏低(或者添加外加劑減慢泥漿的沉淀速度)，鋼筋籠與荷載箱放入孔中后進(jìn)行二次清孔。

2)考慮到吊裝條件、鋼筋籠的設(shè)計(jì)長度和荷載箱的埋深位置，鋼筋籠宜分三節(jié)。第一節(jié)鋼筋籠為將荷載箱豎立在平整地上，將鋼筋籠與荷載箱下板焊接連成一體并焊接下喇叭筋;將第二節(jié)鋼筋籠與荷載箱上板焊接連成一體并焊接上喇叭筋;后用吊車將此兩節(jié)鋼筋籠及鋼箱一起吊到孔口，在孔口上焊接事先制作好的第三節(jié)鋼筋籠。見圖3。

圖3 鋼箱與鋼筋籠現(xiàn)場焊接

3)荷載箱與鋼筋籠所有主筋應(yīng)連接牢固，鋼筋籠中軸線與荷載箱軸線應(yīng)一致，保證荷載箱施力與承載力方向一致。吊車吊起(豎直狀)荷載箱水平度<5%。

4)檢查無誤后開始澆注混凝土。當(dāng)混凝土接近荷載箱時(shí)，拔導(dǎo)管速度應(yīng)放慢，當(dāng)荷載箱上部混凝土厚>2.5 m時(shí)導(dǎo)管底端方可拔過荷載箱，連續(xù)澆注混凝土至設(shè)計(jì)樁頂。荷載箱下部混凝土坍落度宜>200 mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。

5)在施工(澆注混凝土、破樁頭)過程中注意保護(hù)荷載箱、油管及鋼管封頭。

6)布置基準(zhǔn)梁時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整。陸地試樁時(shí)，基準(zhǔn)梁下的樁基礎(chǔ)(可采用20以上工字鋼)打入土中≥2 m。基準(zhǔn)梁一端與樁基礎(chǔ)鉸接，另一端與樁基礎(chǔ)焊接，基準(zhǔn)梁長度一般≥8 m。

7)測試期間試樁周圍不得有較大的振動。

4 結(jié)語

1)樁承載力自平衡測試法與傳統(tǒng)堆載靜壓試驗(yàn)相比，省時(shí)、省力、節(jié)約、安全，特別適用于大噸位、施工場地復(fù)雜的情況，且測試結(jié)果與靜載測試相近，可以滿足工程精度要求。

2)樁基荷載試驗(yàn)的極限承載力值，是在短期荷載作用下的測試結(jié)果。而在實(shí)際橋梁建設(shè)中，恒載是逐步加到樁基上的，通車后才有活載作用;故測試值是偏于安全的。況且本項(xiàng)目經(jīng)初步驗(yàn)算，測出值略大于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，更能夠滿足工程安全。

3)試驗(yàn)后試樁仍可作為工程樁使用，檢測后通過聲測管向鋼箱斷開處壓漿，有效地解決了荷載箱處樁基的不連續(xù)問題，保證了樁基的整體性。

4)采用自平衡法可以判定樁周與樁端的阻力分布，可以清楚地分出樁周和端部的土阻力分布和各自的位移曲線。

5)選擇荷載箱安裝的合適位置非常關(guān)鍵，使樁上、下段極限承載力基本相當(dāng)，同時(shí)考慮下段樁位移后有端阻力，應(yīng)使下段樁極限承載力比上段樁極限承載力稍小。

[1] 中華人民共和國交通部.JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2001.

[2] 中華人民共和國交通部.JT/T 738—2009，基樁靜載試驗(yàn)自平衡法［S］.北京:人民交通出版社，2009.

[3] 魯博，霍少磊，葛云峰.基于自平衡法樁基承載性狀試驗(yàn)分析［J］.鐵道建筑，2009(12):83-86.