漕河渡槽項目第Ⅱ標(biāo)段基樁靜載試驗

劉國華

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

1 工程概況

漕河渡槽是南水北調(diào)中線干線總干渠工程主要建筑物之一，位于河北省滿城縣城西約9km的神星鎮(zhèn)與荊山村之間。渡槽主體工程包括槽身段和進出口檢修閘段，全長2300m。該工程槽身段基礎(chǔ)采用端承樁獨立承臺基礎(chǔ)，要求靜載試驗最大加載量為1.3萬kN，作為大噸位靜載試驗要經(jīng)過嚴(yán)密的組織和方法論證，實施起來才能達到預(yù)期的結(jié)果。

漕河渡槽項目2005年6月10日正式開工，分為2個標(biāo)段進行施工招標(biāo)，漕河渡槽項目的第Ⅱ標(biāo)段樁號375+357至樁號375+660.4段為落地槽段，樁號375+660.4至終點樁號376+370.4為渡槽20跨槽身段，長710m。樁基采用CZ-30型沖擊鉆成孔、泥漿護壁、水下導(dǎo)管灌注混凝土成樁工藝，鋼筋籠為通長配筋，樁徑1.5m，混凝土的強度等級為C25，每個承臺下布置8根，樁端進入弱風(fēng)化基巖0.5m，總樁數(shù)248根，為確保施工質(zhì)量及渡槽建成后能夠安全運行，需對基樁進行樁身完整性和單樁承載力的檢測。

依據(jù)JGJ106—2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“單樁豎向抗壓靜載試驗受檢樁數(shù)應(yīng)不少于總樁數(shù)的1%且不少于3根”，第Ⅱ標(biāo)段應(yīng)抽檢3根樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗。

所抽檢的3根樁情況如表1。

表1 試驗樁成樁情況

1.1 22-5號樁地質(zhì)

0～1.28m為壤土，1.28～5.08m為壤土碎石，5.08～6.18m為黏土，6.18～15.38m為黏土碎石，15.38～26.68m為全風(fēng)化、強風(fēng)化基巖，26.68～27.18m為弱風(fēng)化基巖。

1.2 25-6號樁地質(zhì)

0～2.99m為 壤 土 ，2.99～5.19m 為 黏 土 ，5.19～10.99m為黏土碎石，10.99～11.89m為黏土，11.89～12.99m為黏土碎石，12.99～42.59m為全風(fēng)化、強風(fēng)化基巖，42.59～43.09m為弱風(fēng)化基巖。

1.3 33-6號樁地質(zhì)

0～11.47m為黃土狀壤土，11.47～11.82m含碎石黏土，11.82～33.67m為全風(fēng)化基巖，33.67～44.00m為強風(fēng)化、弱風(fēng)化基巖。

2 反力方案的比選

單樁承載力采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗確定，高應(yīng)變是一種間接確定樁承載力的方法，對于大口徑灌注樁來說準(zhǔn)確度遠不如靜載試驗。靜載荷試驗的反力裝置可采用堆載、堆錨結(jié)合、錨樁等方案。

2.1 堆載

采用壓重平臺反力裝置。考慮1.2倍的安全系數(shù)，堆載重量為1.56萬kN，可采用預(yù)制混凝土塊或鋼錠。

2.1.1 預(yù)制混凝土塊

堆載平臺高度達10m，吊裝困難、試驗周期長、安全無保證。

2.1.2 鋼錠堆塊

堆載平臺高度6m，采取措施可保證安全，但其成本較高。

2.2 堆錨結(jié)合

錨樁可利用相鄰1根工程樁，再新打1根錨樁，提供部分反力，不足部分用堆塊補足。

根據(jù)JGJ 94—94《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料，確定大直徑灌注樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值：

式中 Qsk為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qsik為樁側(cè)第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；準(zhǔn)si為大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)；u為樁身周長，當(dāng)人工挖孔樁樁周護壁為振搗密實的混凝土?xí)r，樁身周長可按護壁外直徑計算；li為樁周第i層土的厚度。

經(jīng)過測算加錨樁自身重量，15m的錨樁可提供反力330～360t，在預(yù)留10%及以上的安全儲備的情況下，其可提供300t的反力，這樣還需堆載960t。

堆載物可采用預(yù)制混凝土塊或鋼錠，采用預(yù)制混凝土塊堆載平臺高度8m，采取措施可保證安全。如果采用鋼錠堆塊，堆載平臺高度接近5m，可保證安全。

2.3 錨樁

可采用在受試樁周圍新打4根錨樁或利用3根工程樁新打1根錨樁方案。

采用新打4根錨樁方案，需考慮錨樁與工程樁間距過小對工程樁的影響，反力梁可選用1根長8～9m主梁和2根次梁。

采用利用3根工程樁新打1根錨樁方案，反力梁可選用2根11～12m主梁十字交叉，穩(wěn)定性、安全性較差。

通過對3個反力方案比選，最終確定采用性價比和安全性較高的堆錨結(jié)合方案進行靜載試驗。

3 試驗準(zhǔn)備

試驗前準(zhǔn)備工作的充分與否直接關(guān)系到試驗的成敗，準(zhǔn)備階段要進行主梁加工制造及配重塊的準(zhǔn)備、補打錨樁、樁頭的處理等。

3.1 配重

在現(xiàn)場加工總重量近900t的混凝土配重塊，另外60t可利用現(xiàn)場的鋼筋材料充當(dāng)。

3.2 補打錨樁

在確定了試驗樁后，結(jié)合地質(zhì)地層情況經(jīng)側(cè)摩阻的計算在試驗樁的另一側(cè)補打長度不小于15m的錨樁，其樁徑、配筋及工藝與工程樁相同，利用與試驗樁在一橫排的工程樁作為另一根錨樁。

3.3 樁頭的處理

應(yīng)先鑿掉試驗樁頂部的破碎層和軟弱混凝土。樁頭直徑與設(shè)計樁徑相一致，樁頭頂面應(yīng)平整，樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應(yīng)重合；在距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)設(shè)置箍筋，間距不宜大于100mm。樁頂應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片2～3層，間距60～100mm。樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1～2級，不得低于C30。

4 方案的實施

基樁的靜載試驗是由加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)3個系統(tǒng)密切配合來完成。加荷系統(tǒng)控制并穩(wěn)定加荷大小，通過反力系統(tǒng)將荷載反作用于樁頂，樁頂將荷載均勻傳遞給樁身，樁體的沉降由觀測系統(tǒng)測定。

4.1 加荷系統(tǒng)

利用4個規(guī)格型號相同并經(jīng)過率定合格的100t的千斤頂經(jīng)并聯(lián)同步工作，加載數(shù)值由并聯(lián)于油路中的油壓傳感器控制。

4.2 反力系統(tǒng)

兩根錨樁提供6000kN的反力，其他9600kN由配重提供，堆錨結(jié)合提供反力的現(xiàn)場照片如圖1。

圖1 堆錨結(jié)合提供反力現(xiàn)場

4.3 測試系統(tǒng)

采用武漢巖海工程技術(shù)有限公司研制的RSJYB基樁靜載試驗分析系統(tǒng)，試樁在加載過程中的豎向沉降采用量程為50mm的位移傳感器測量。在試驗樁樁頭處對稱安置4支位移傳感器，位移量取其平均值。位移計通過磁性表座分別支撐在基準(zhǔn)梁上，所采用主機和位移傳感器均在有效計量檢定期內(nèi)。試驗過程中在錨樁中心各安置一支位移傳感器對錨樁的上拔量進行監(jiān)測。

5 檢測方法

試驗采用慢速維持荷載法，設(shè)計要求試驗最大加載量1.3萬kN。試驗加荷13級，每級加荷1000kN。

6 測試結(jié)果及分析

在各試驗樁進行靜載試驗前對試驗樁和兩側(cè)的錨樁進行了低應(yīng)變反射波法樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測，檢測結(jié)果為各受檢樁均為Ⅰ類完整樁。完整性檢測結(jié)果如表2。

表2 試驗樁及錨樁低應(yīng)變完整性檢測結(jié)果

試驗結(jié)果表明在1000～13000kN的各級荷載作用下，依據(jù)判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，3根試驗樁的沉降在各級均能夠收斂穩(wěn)定。各組試驗樁的錨樁最終上拔量小于15mm，依據(jù)規(guī)范不對工程樁承載力造成影響。依據(jù)單樁抗壓靜載試驗觀測數(shù)據(jù)，將各試驗樁的主要試驗數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表3 各試驗樁試驗數(shù)據(jù)匯總

以25-6號樁為例進行分析，圖2、圖3為25-6號試驗樁的實測Q-s曲線及s-lgt曲線。

圖2 25-6號試驗樁荷載—沉降曲線

圖3 25-6號試驗樁位移—時間對數(shù)曲線

從Q-s曲線看，施加至1.3萬kN的垂向壓力時，曲線為典型緩變型曲線，加荷到3000kN時，僅發(fā)生彈性形變，加至4000kN后才發(fā)生一定的塑性形變，該樁最終回彈率為65.90%，整個受力過程中主要是樁的側(cè)摩阻在發(fā)揮作用，樁的端阻基本上沒有發(fā)揮，Q-s曲線上沒有出現(xiàn)陡降段說明試驗樁的極限荷載還沒有達到。

從s-lgt曲線看在各級荷載作用下沒有尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲，說明試驗樁的極限荷載沒有達到。

依據(jù)JGJ106—2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：單樁豎向抗壓極限承載力取值標(biāo)準(zhǔn)為s=0.05D，（D=1.5m）即75mm，對應(yīng)的荷載為單樁豎向抗壓極限承載力，25-6號試驗樁最終沉降為4.25mm，根據(jù)該規(guī)范的取值規(guī)定，可判定在1.3萬kN的最終荷載作用下，25-6號試驗樁未達到其極限承載力狀態(tài)，因此判定其單樁豎向抗壓極限承載力Qu大于1.3萬kN。利用同樣的分析可得另外兩根試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力Qu均大于1.3萬kN。

7 結(jié)語

通過靜載荷試驗驗證了22-5、25-6、33-6號試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力Qu均大于1.3萬kN，滿足設(shè)計要求。

從試驗結(jié)果看，試驗樁的安全系數(shù)較高，具備較高的安全儲備，在加荷到設(shè)計要求的最大加荷量后，沉降很小。

大噸位堆載靜載試驗存在著成本高、危險性高缺點。試驗的每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)都相當(dāng)重要，若其中某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，都可能導(dǎo)致試驗的失敗，嚴(yán)重時甚至發(fā)生重大安全事故。

本次靜載試驗沒有在樁身及樁底預(yù)埋量測元件，這對于隨機抽取試驗樁及試驗結(jié)果更具代表性來說是有利的，但是沒有取得樁身的側(cè)摩阻力及樁端阻力，有些遺憾。

［1］JGJ106—2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ94—94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB50010—2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］JTJ024—85，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.漕河渡槽原位樁基試驗技術(shù)要求 （冀漕Ⅱ、Ⅲ技第6號）［S］.2005.