疊溪古堰塞湖沉積物極限摩阻力現場測定分析

趙治平

（中鐵三局集團橋隧工程有限公司，成都610083）

疊溪古堰塞湖沉積物極限摩阻力現場測定分析

趙治平

（中鐵三局集團橋隧工程有限公司，成都610083）

采用慢速維持荷載法現場測取分級荷載及疊溪古堰塞湖沉積物鋼筋混凝土樁身應變值，推導沉積物分層極限摩阻力，作為疊溪古堰塞湖工程地質的補充研究。同時，也可為后期相似古堰塞湖沉積物地層選用物理力學參數提供參考依據。

疊溪古堰塞湖；沉積物；極限摩阻力

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.118

1 概述

某新建鐵路車站四線大橋和雙線大橋橫跨疊溪古堰塞湖尾部沉積物堰塞壩，橋梁樁基礎需穿過深厚的疊溪古堰塞湖沉積物，樁長超過100m。橋位處地震動峰值加速度為0.3g，地震動反應譜特征周期為0.4s，抗震設防烈度為8度。橋址地質條件極為復雜，巨厚層古堰塞湖沉積物孔壁自穩能力極差，成孔困難。

相關文獻對疊溪古堰塞湖的成因、范圍[1]，消亡過程[2]，古生物演化、氣候變化、河谷發育等環境變化[2]以及古堰塞湖沉積物變形構造、壩體物質粒度分布特征、沉積物結構特征[2]等進行了充分研究和分析，已有較深刻的認識；個別文獻對堰塞壩自身的整體穩定性[3]也有了一定研究。但是，對該堰塞壩的工程地質環境鮮有研究，尤其是疊溪古堰塞湖的沉積物堰塞壩體橋梁樁基工程地質環境，尚未展開研究。現場通過混凝土圓形樁基礎單樁豎向抗壓靜載試驗，測試并近似推算出疊溪古堰塞湖沉積物地層的極限摩阻力參數。

2 極限摩阻力測定原理

認為古堰塞湖沉積物某一深度內樁身軸力約等于此段沉積物對樁周提供的摩阻力。運用慢速維持荷載法進行單樁豎向抗壓靜載試驗的同時，在各級豎向荷載作用下分別測取樁身鋼筋和混凝土的應變值來推導各層沉積物的極限摩阻力。

2.1 終止加載條件及單樁豎向抗壓極限承載力確定方法[4]

試驗終止加載條件和單樁豎向抗壓極限承載力Qu綜合分析確定方法分別參照《鐵路工程基樁檢測技術規程》(TB 10218—2008)第7.3.5款、7.4.2款相關要求。

2.2 極限摩阻力計算

1）應力與應變的關系。材料的應變與應力在彈性變形范圍內服從胡克定律，即應力σ=Eε，式中，E為材料的彈性模量；ε為材料的應變。

2）截面應力計算。為了減小誤差，提高試驗精度，在同一斷面布置多組應變測量元件，多次測讀取平均；此外，同一斷面相同材料應變值可相互校核，有利于剔除異常數據。理論上，在樁身同一斷面測出的鋼筋與混凝土應力應完全相等，但受諸多條件影響，鋼筋應力σ11，σ12，…，σ1m及混凝土應力σ21，σ22，…，σ2m兩兩可能互不相等，則按下式計算第i截面樁身應力σi：

式中，E1、E2為樁身鋼筋和混凝土的彈性模量；ε1、ε2為第截面

測得的鋼筋、混凝土應變。

3）樁身軸力計算。在某級荷載作用下，第i截面軸力：

式中，Ai為樁等效平均截面積。

4）摩阻力計算。第i層沉積物摩阻力：

式中，ri為第i層沉積物中樁基換算平均半徑；hi為第i層沉積物厚度。

3 極限摩阻力現場測試及數據分析

3.1 測試斷面布置及應變測量元件安裝

現場選取3處具有代表性且性質相似的沉積物地層作為3根試驗樁的不同樁位。根據沉積物分層情況，分別將應變測量元件布設在樁頂以下1.3～1.6m，樁底以上0.5～0.6m，分層界面上、下約1m處，同時，在勻質深厚沉積物中部等間距增設2個斷面，即單樁設置6個應變測量斷面，應力測量元件詳細布設斷面如表1所示。每個斷面安裝鋼筋應變片16片、溫度補償片2片，鋼筋應變計4根，混凝土應變計4根。

表1 應力測量元件布設斷面距樁頂距離m

3.2 現場試驗及單樁承載力測試結果

現場利用錨樁主次梁反力裝置[5]加載，運用慢速維持荷載法在樁頂逐級施加豎向荷載并測取樁頂位移和樁身應變等參數。加載按照最大試驗荷載量的1/10逐級等量加載；卸載分5級進行，每級卸載量取加載分級荷載的2倍，逐級等量卸載。最大試驗加載荷載及錨(試)樁的樁徑、長度等根據需要經計算確定。整理分析測取數據，繪制Q-s、s-lgt、s-lgQ曲線圖，分析得出單樁極限承載力Qu。各試驗參數及單樁極限承載力成果如表2所示。

表2 試驗參數及相關成果統計表

3.3 沉積物極限摩阻力成果及結論分析

疊溪古堰塞湖沉積物分層極限摩阻力最終推算成果如表2所示。1#、3#試樁沉積物粉質黏土層摩阻力未達到《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）參考值，且兩組結果差異較小；2#試樁沉積物粉質黏土層摩阻力雖超過《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）參考值，但與另外兩組結果相差較大，可信度差；3組試驗沉積物碎石土層摩阻力均超過了《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）參考值，且3組結果差異不明顯，相對可信。

4 結語

1）工程存在深厚疊溪古堰塞湖沉積物粉質黏土地層，對結構本身影響較大，極限摩阻力可參考1#、3#試驗樁測試結果修正使用；工程僅地表淺層為古堰塞湖碎石土地層，對全樁受力影響甚微，建議該地層極限摩阻沿用規范許用值。

2）測試計算認為沉積物某一地層內樁身軸力約等于此段沉積物對樁周提供的摩阻力，但受邊界約束影響，二者差異可能會很大，對計算結果影響較大。

3）試樁實體質量對測試計算結果影響較大，存在諸多不確定因素；現場灌注樁體形態存在不規則差異，摩阻力計算過程采用樁基換算平均半徑ri或等效平均面積Ai欠妥，推算結果可能較實際偏大。

4）因受條件限制，現場未能展開大量古堰塞湖沉積物承載力工程試驗及相關研究分析，測試結論個體性差異較大，且試驗未考慮地震等動態工程環境影響因素，約束條件單一，不能有效指導同類古堰塞湖沉積物類似地層工程設計；下一步應結合工程樁基礎后期觀測和其他類似古堰塞湖沉積物相似地層各種動、靜態等綜合工況展開深入研究，進一步修正極限摩阻力等相關物理力學指標。

【1】王蘭生，楊立錚，王小群，等.岷江疊溪古堰塞湖的發現[J].成都理工大學學報（自然科學版），2005，32(1)：1-11.

【2】王蘭生，王小群，許向寧，等.岷江疊溪古堰塞湖的研究意義[J].第四紀研究，2012，32(5)：998-1010.

【3】段啟忠，姜明月.岷江疊溪大海子地震堰塞壩穩定性分析[J].四川水力發電，2004，23 (1)：93-96.

【4】TB 10218—2008鐵路工程基樁檢測技術規程[S].

【5】樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊[K].北京：中國建筑工業出版社，1995.

Diexi Ancient Dammed Lake Sediments Limit Friction Field Determination Analysis

ZHAO Zhi-ping
(Bridge&Tunnel Engineering Co.Ltd.of China Railway No.3Engineering Group Co.Ltd.,Chengdu 610083，China)

In this paper,using slow speeded load method to get the strain of reinforced concrete pile in Diexi ancient dammed lake sediments, then deducing the ultimate friction resistance each layer of lake sediments,which is used as a supplement of the Diexi ancient dammed lake engineering geological.It can give reference for similar engineering choosing physical and mechanics parameters.

Diexi ancient dammed lake;sediments;ultimate friction resistance

TU473.1

A

1007-9467（2016）11-0036-02

2016-10-24

趙治平（1983～），男，四川廣安人，工程師，從事橋梁、隧道施工技術與管理研究。