分析大直徑鉆孔灌注樁檢測(cè)技術(shù)與承載特性

摘 要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，公路橋梁工程建設(shè)進(jìn)入到高速發(fā)展時(shí)期，在工程建設(shè)中，大直徑鉆孔灌注樁因其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，承載力優(yōu)良，施工便捷等優(yōu)勢(shì)獲得廣泛應(yīng)用。基礎(chǔ)施工質(zhì)量直接影響著工程施工的穩(wěn)定性，然而因樁基屬于地下工程，其隱蔽性較強(qiáng)，難以直觀的判斷樁基施工質(zhì)量，文章結(jié)合邳州南段民便河大橋工程，進(jìn)行樁基檢測(cè)與承載特性研究，保證大直徑鉆孔灌注樁施工符合樁基承載力及完整性要求，實(shí)現(xiàn)工程施工質(zhì)量及綜合效益。

關(guān)鍵詞：大直徑；鉆孔灌注樁；檢測(cè)技術(shù)；承載特性

中圖分類(lèi)號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）2-0163-02

1 工程概況

S250邳州南段民便河大橋全長(zhǎng)577.064 m，寬度設(shè)計(jì)為26 m，上部結(jié)構(gòu)為30 m預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，下部結(jié)構(gòu)采取鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)，橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)，民便河大橋樁基設(shè)計(jì)為80根，樁基直徑為1.2 m，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為35～45 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25，為大直徑鉆孔灌注樁，根據(jù)工程實(shí)際情況，為保證民便河大橋樁基施工質(zhì)量，決定對(duì)大直徑鉆孔灌注樁檢測(cè)技術(shù)與承載特性進(jìn)行研究與分析。

2 大直徑鉆孔灌注樁特點(diǎn)及檢測(cè)技術(shù)研究

2.1 大直徑鉆孔灌注樁特點(diǎn)分析

大直徑鉆孔灌注樁單樁承載力較大，穩(wěn)定性能優(yōu)良，其施工工序簡(jiǎn)單，對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)較小，灌注樁布樁間距設(shè)計(jì)較大；因大直徑鉆孔灌注樁其樁身直徑較大，其剛度也較大，可以承受來(lái)在交通荷載的豎向荷載以外，還可以承受一定的水平荷載，發(fā)揮一定抗滑作用；在施工過(guò)程中，其樁基深度設(shè)計(jì)較大，其優(yōu)越性越突出；在大直徑鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，灌注樁可以穿越復(fù)雜地層，將樁端嵌入到堅(jiān)硬巖層中，其穩(wěn)定性及承載基礎(chǔ)較好。綜合考慮大直徑鉆孔灌注樁施工優(yōu)勢(shì)，在邳州南段民便河大橋施工中選擇該施工工藝。

2.2 大直徑鉆孔灌注樁檢測(cè)技術(shù)

大直徑鉆孔灌注樁屬于地下工程，其施工質(zhì)量受工程施工地質(zhì)條件、施工工藝、施工經(jīng)驗(yàn)等因素影響，容易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，然而因其施工工程隱蔽性，樁基礎(chǔ)質(zhì)量問(wèn)題難以判斷。

為此，提出樁基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)研究，保證樁基其承載力及完整性符合工程施工要求。

樁基檢測(cè)主要分為靜力法檢測(cè)與動(dòng)測(cè)法檢測(cè)，靜力檢測(cè)方法主要包括靜載試驗(yàn)與鉆樁取芯實(shí)驗(yàn)法，動(dòng)測(cè)法主要包括低應(yīng)變法及高應(yīng)變法。

樁身質(zhì)量檢測(cè)屬于鉆孔灌注樁檢測(cè)的重要內(nèi)容，主要是對(duì)樁身是否存在斷樁、孔洞、無(wú)縮頸、離析等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前，樁身完整性檢測(cè)技術(shù)主要包括鉆樁取芯法、小應(yīng)變應(yīng)力波反射法、埋管超聲法。

2.2.1 鉆樁取芯法

鉆樁取芯法是通過(guò)應(yīng)用鉆芯機(jī)在樁身基礎(chǔ)上鉆孔獲取樣品，通過(guò)對(duì)不同深度鉆取樣品進(jìn)行試驗(yàn)研究，綜合分析鉆孔樣品外貌特征、工程特性與抗壓試驗(yàn)，判斷樁身完整性，這種方法在大直徑樁完整性檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛。然而鉆樁取芯法會(huì)對(duì)樁身造成一定程度損壞。

2.2.2 小應(yīng)變應(yīng)力波反射法

小應(yīng)變應(yīng)力波反射法的檢測(cè)原理為：應(yīng)用錘敲擊樁端頂部，樁身內(nèi)部則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波向下傳播，如樁身完整，應(yīng)力波則會(huì)傳遞到樁底之后反射到樁頂，如樁身存在著一定缺陷，則應(yīng)力波會(huì)出現(xiàn)反射及透射現(xiàn)象，通過(guò)應(yīng)力波對(duì)樁身缺陷問(wèn)題進(jìn)行判斷。

2.2.3 埋管超聲法

埋管聲波法是在進(jìn)行樁身施工過(guò)程中，通過(guò)埋設(shè)聲測(cè)管，應(yīng)用人工激振方式產(chǎn)生聲波，收集聲波信號(hào)，通過(guò)分析聲波振幅、頻率及傳播速度等判斷樁身完整性。這種方法成本較高，施工難度較大。

在邳州南段民便河大橋工程中，其樁基礎(chǔ)數(shù)量為80根，采取鉆樁取芯法進(jìn)行樁基礎(chǔ)完整性檢測(cè)，綜合判斷樁身完整性，對(duì)不符合完整性要求的樁基礎(chǔ)進(jìn)行處理，保障樁身質(zhì)量。

樁身豎向承載力檢測(cè)方法主要包括靜荷載試驗(yàn)、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法。其中靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)方法在確定樁基豎向承載力最為直接最為有效，其試驗(yàn)原理為：對(duì)樁基礎(chǔ)加載反力裝置，通過(guò)反力裝置產(chǎn)生反力，應(yīng)用液壓式千斤頂于樁頂并逐漸增加荷載，測(cè)量出一定荷載下樁身沉降量，通過(guò)荷載與沉降曲線求取樁身極限承載力，從而保證樁基礎(chǔ)滿足工程荷載設(shè)計(jì)要求。這種檢測(cè)方法結(jié)果較為準(zhǔn)確，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，然而其時(shí)間花費(fèi)較長(zhǎng)，影響檢測(cè)效率。低應(yīng)變檢測(cè)法其建立于一維應(yīng)力波理論基礎(chǔ)上，通過(guò)錘擊樁端產(chǎn)生應(yīng)力波對(duì)樁身承載力進(jìn)行判斷，這種方法操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率較高。高壓變檢測(cè)法是采取重錘敲擊樁端頂部，在高能量沖擊荷載影響下，樁基與樁基礎(chǔ)周邊突土產(chǎn)生瞬間剪切破壞，激發(fā)周?chē)鷪D對(duì)樁身全部阻力，測(cè)量樁身豎向承載力。

3 大直徑鉆孔灌注樁荷載承載特性研究

大直徑鉆孔灌注樁荷載特性研究，需要明確認(rèn)識(shí)樁基作用。通過(guò)樁基，將建筑荷載傳遞給周邊土層，通過(guò)樁端阻力與樁身摩阻力進(jìn)行應(yīng)力擴(kuò)散。樁承載力主要是由樁側(cè)摩阻力與樁端阻力共同組成，在荷載作用下，樁身出現(xiàn)壓縮變形問(wèn)題，引起樁身沉降。

3.1 影響荷載傳遞的因素

影響鉆孔灌注樁荷載傳遞的因素較多，主要因素包括以下幾點(diǎn)：受樁頂受力狀況影響，如灌注樁受力較小，其豎向力則由樁基礎(chǔ)側(cè)摩阻力承擔(dān)，當(dāng)樁頂受力超出樁基礎(chǔ)側(cè)摩阻力極限時(shí)，增加力則由樁底端阻力承擔(dān)；鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)與樁徑之間的比同樣會(huì)影響荷載傳遞；樁端擴(kuò)底增加持力層接觸面積，可以有效提高樁端分擔(dān)力的性能；樁底持力地層剛度越強(qiáng)，其樁端阻力越大，極限摩阻力越大，承載力越好。

3.2 樁身荷載傳遞基本方程

3.3 大直徑鉆孔灌注樁承載性狀類(lèi)型

針對(duì)不同樁長(zhǎng)，大直徑鉆孔灌注樁其承載性狀存在著較大差別，因樁長(zhǎng)、樁施工地質(zhì)差異、樁端持力層特性差異，其樁端阻力、樁側(cè)阻力比例不同。大直徑鉆孔灌注樁承載特性主要是由樁側(cè)阻力及樁端阻力分擔(dān)比例決定。

針對(duì)大直徑鉆孔灌注樁，如樁長(zhǎng)較短，則樁身側(cè)摩阻力可以發(fā)揮的承載力性能較小，樁身壓縮量相對(duì)較低，此時(shí)，樁端沉降量決定著樁頂沉降量。增加樁身長(zhǎng)度，樁身側(cè)摩阻力則承擔(dān)著主要的承載任務(wù)，樁端阻力與樁端持力層沉降值偏低，樁體壓縮變大，其壓縮量直接決定了樁頂沉降量。

4 邳州南段民便河大橋大直徑鉆孔灌注樁檢測(cè)技術(shù)及承載特性研究

在邳州南段民便河大橋工程中，采取靜載試驗(yàn)判斷該橋梁樁基極限承載力是否符合工程設(shè)計(jì)要求，在該工程中，樁基直徑1.2 m，長(zhǎng)度多設(shè)置在35～45 m范圍內(nèi)，考慮到工程樁基數(shù)量較多，決定應(yīng)用錨樁-主梁-液壓千斤頂提供反力，應(yīng)用百分表測(cè)量樁頂沉降量。靜載荷載試驗(yàn)裝置布置如圖1所示。

在荷載試驗(yàn)中，將整個(gè)靜載試驗(yàn)分為9次加荷，在每次加載及卸載之后，及時(shí)記錄樁頂沉降值，在試驗(yàn)過(guò)程中，樁頂沉降速率基本穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級(jí)荷載施加，加載到最大試驗(yàn)荷載70%時(shí)緩慢穩(wěn)定卸載，加載到最大荷載90%后并保持荷載24 h，按慢速法進(jìn)行卸載，在卸載過(guò)程中，不斷記錄樁頂沉降量。通過(guò)荷載試驗(yàn)，獲取工程施工中單樁極限承載力，與工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，邳州南段民便河大橋樁基礎(chǔ)承載力符合設(shè)計(jì)要求。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)邳州南段民便河大橋樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)，采取鉆芯實(shí)驗(yàn)法。按照樁基礎(chǔ)檢測(cè)相關(guān)規(guī)定，樁徑設(shè)計(jì)為1.2～1.6 m時(shí)，需要鉆兩孔。因該工程樁徑設(shè)計(jì)為1.2 m，其鉆芯試驗(yàn)需要對(duì)每根樁鉆兩孔進(jìn)行取樣。鉆芯取樣后，對(duì)樣品進(jìn)行研究與分析，結(jié)果表明，樁身混凝土連續(xù)，混凝土結(jié)構(gòu)完整性較好，集料分布均勻，樁底沉渣厚度符合工程施工與設(shè)計(jì)要求，其抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求等，整體質(zhì)量?jī)?yōu)良，實(shí)現(xiàn)了該工程施工的綜合效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

在公路橋梁及其他工程施工中，大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用。大直徑鉆孔灌注樁施工簡(jiǎn)單、快捷，承載力及強(qiáng)度較好，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，整體質(zhì)量較為突出。本文結(jié)合邳州南段民便河大橋工程，對(duì)大直徑鉆孔灌注樁檢測(cè)技術(shù)與承載特性進(jìn)行了研究與分析。當(dāng)前，大直徑鉆孔灌注樁樁身完整性檢測(cè)技術(shù)主要為鉆樁取芯法、小應(yīng)變應(yīng)力波反射法、埋管超聲法，樁身豎向承載力檢測(cè)方法主要包括靜荷載試驗(yàn)、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法等，根據(jù)工程實(shí)際情況，應(yīng)用鉆樁取芯法與靜荷載試驗(yàn)對(duì)灌注樁承載特性進(jìn)行研究與分析。實(shí)踐證明，該工程大直徑鉆孔灌注樁整體施工質(zhì)量較好，保證了橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性及質(zhì)量。

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