新建鐵路鄭州至濟南鐵路鄭州至濮陽段鄭州黃河特大橋試樁

焦呈棟

【摘 要】文章通過對鄭濟鐵路黃河大橋試樁的檢測，為設(shè)計方提供相應(yīng)的各類土層的側(cè)摩阻及樁端阻力，驗證設(shè)計是否合理、經(jīng)濟、安全。同時也對施工工藝進行驗證，確保后續(xù)的施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】自平衡測試技術(shù)；橋梁；靜載試驗；樁基完整性

【中圖分類號】TU753.3 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）09-0105-06

1 工程概況

新建鄭州至濟南鐵路連接山東、河南兩省省會，線路呈西南走向。鄭州至濮陽段東起濮陽市濮陽東站，途經(jīng)濮陽市、安陽市，省直管縣滑縣，鶴壁市，新鄉(xiāng)市、鄭州市，終至既有鄭州東站。線路正線全長197.279 km，橋梁7座178.342 km，橋梁比重90.4%。新建、改（擴）建車站7個，其中鄭州東站、新鄉(xiāng)東站為既有車站改（擴）建，濮陽東、內(nèi)黃、滑縣浚縣、衛(wèi)輝南、平原新區(qū)為新建車站；同時新建楊莊、馬渡和馬村共3個線路所，改建鄭徐客專鴻寶線路所。

鄭州黃河特大橋試樁檢測依據(jù)的是中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司編制的《新建鐵路鄭州至濟南鐵路鄭州至濮陽段施工圖（ZPZQ-8標(biāo)）鄭州黃河特大橋試樁技術(shù)要求》（2017年9月）（以下簡稱《試樁技術(shù)要求》）和有關(guān)規(guī)范標(biāo)準進行編制的。

鄭州黃河特大橋試樁位置、里程：鄭州黃河特大橋611～612號墩間（DK399+076.500～DK399+109.250）靠近611號墩BK-HHQ611鉆孔位置。設(shè)計數(shù)量為3根，鋼筋混凝土灌注樁，泥漿護壁反循環(huán)施工，其樁長70.0 m，樁徑為1.25 m，樁身砼強度為C35。

2 地質(zhì)概況

鄭州黃河特大橋試樁場地工程地質(zhì)情況詳見場地鉆孔柱狀圖（如圖1所示），場地地層極限摩阻力見表1。

表1中的極限摩阻力值參考《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB 10002.5—2005），根據(jù)經(jīng)驗選取，非實驗所得，僅供參考。

3 相關(guān)檢測儀器設(shè)備的埋設(shè)

3.1 自平衡荷載箱埋設(shè)位置計算

基樁自平衡法靜載試驗是近來廣泛應(yīng)用在大噸位高速鐵路、快速鐵路及國內(nèi)著名的長江大橋、跨海大橋及超高層建筑的樁基靜載荷試驗檢測中，它是通過計算基樁上段樁身自重及極限樁側(cè)摩阻力之和與下段樁極限側(cè)摩阻力及極限樁端阻力之和基本相等的位置處預(yù)埋荷載箱。試驗加載的主要裝置是一種經(jīng)特別設(shè)計可用于加載的荷載箱。它主要由液壓缸、連接環(huán)板、位移管（桿）和附件等部分組成。荷載箱外徑略小于樁的外徑，將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆搗混凝土成樁。試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發(fā)生變位，促使樁側(cè)阻力及樁端阻力的發(fā)揮（如圖2所示）。即在樁身平衡點位置安設(shè)荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下部各自承載力。再通過將自平衡靜載試驗的荷載箱向上、向下的荷載—位移曲線等效轉(zhuǎn)換為相應(yīng)傳統(tǒng)靜載試驗的荷載—位移曲線的方法。

鄭州黃河特大橋試樁相關(guān)參數(shù)計算主要依據(jù)《建筑基樁自平衡靜載試驗技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 403—2017）及工程地勘報告、《試樁技術(shù)要求》等文件。經(jīng)計算來確定樁身的平等點位置即埋設(shè)自平衡荷載箱的位置（見表2）。

3.2 鋼筋計、土壓力計的埋設(shè)

本次試驗采用鋼筋計測定樁體的應(yīng)力分布，采用土壓力計測試樁端端阻力，在整個試樁試驗過程中對樁身進行應(yīng)力測試。本次試樁試驗鋼筋計埋設(shè)根據(jù)地層分布情況及地層厚度綜合考慮，從荷載箱兩端1 m處開始上下布置在地層分界處，土層厚度大于10 m的等厚加布一層，每層測試面等分布置鋼筋計3個，鋼筋計、土壓力計布置如圖3所示。

3.3 聲波透射法聲測管的埋設(shè)

（1）管材要求及駁接方式預(yù)埋管用內(nèi)徑5 cm的普通自來水管或黑鐵管。用自來水管的螺口駁接方式，但駁接時不用麻絲、油漆，直接擰接即可。管內(nèi)不能有泥沙或其他異物存在。上、下管口要封口，上管口要高出灌注砼面30 cm以上，檢測前將檢測管引至井口位置（地面），以便檢測時安裝探頭電纜滑輪。

（2）固定方式。預(yù)埋管可直接用鐵絲捆扎在鋼筋籠豎筋上，各預(yù)埋管要大致相互平行，并大致垂直于樁底。如果鋼筋籠不到底，則底部應(yīng)用鐵絲捆扎短鋼筋作相對固定，為了安全，盡可能不要在樁底內(nèi)焊接。對于鋼筋籠到底并且是用吊機吊入樁孔的，可在地面先把預(yù)埋管安裝在鋼筋籠上。此時如果采用點焊駁接固定預(yù)埋管，請注意不能焊穿或局部漏焊管材?？諛恫糠謾z測管采用10號低碳鋼絲（直徑3.251 mm）繞緊后再用錨釘固定于井壁，每根檢測管單獨固定。各檢測管由多節(jié)銜接加長，每節(jié)檢測管附壁固定不少于一處。布于大樁徑樁中心軸線位置的檢測管以“十”字形繞緊鐵絲并固定于井壁。

（3）管根數(shù)及分布要求。當(dāng)樁直徑0.8m4 檢測結(jié)果分析

4.1 自平衡載荷試驗

3根試驗樁的下段樁、上段樁荷載、沉降量匯總報分析如下。

（1）S1#樁下段樁（樁端）：加載至15 000 kN，在該級荷載作用下，樁頂總沉降量為25.73 mm≤60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為0.74 mm，回彈率為3.68%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準，下段樁（樁端）的豎向抗壓極限承載力測定值Qu下達到15 000 kN。

S1#樁上段樁：加載至15 000 kN，在該級荷載作用下，樁頂總上拔量為20.10 mm≤40 mm，上拔量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為0.96 mm，回彈率為3.73%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準，上段樁的抗拔極限承載力測定值Qu上達到15 000 kN。

S1#樁：荷載箱上段樁自重W≈1 295 kN、λ=0.75，根據(jù)公式計算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S1#單樁豎向抗壓極限承載力測定值達到33 273 kN>30 000 kN；滿足單樁承載力特征值15 000 kN設(shè)計要求。

（2）S2#樁下段樁（樁端）：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總沉降量為16.01 mm≤60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為4.15 mm，回彈率為25.92%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準，下段樁（樁端）的豎向抗壓極限承載力測定值Qu下達到16 500 kN。

S2#樁上段樁：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總上拔量為15.92 mm≤40 mm，上拔量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為4.45 mm，回彈率為27.95%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準，上段樁的抗拔極限承載力測定值Qu上達到16 500 kN。

S2#樁：荷載箱上段樁自重W≈1 295 kN、λ=0.75，根據(jù)公式計算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S2#單樁豎向抗壓極限承載力測定值達到36773kN>30 000 kN；滿足單樁承載力特征值15 000 kN設(shè)計要求。

（3）S3#樁下段樁（樁端）：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總沉降量為24.21 mm≤60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為0.75 m，回彈率為3.10%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準，下段樁（樁端）的豎向抗壓極限承載力測定值Qu下達到16 500 kN。

S3#樁上段樁：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總上拔量為9.06 mm≤40 mm，上拔量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為1.96 mm，回彈率為21.63%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準，上段樁的抗拔極限承載力測定值Qu上達到16 500 kN。

S3#樁：荷載箱上段樁自重W≈1 310 kN、λ=0.8，根據(jù)公式計算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S3#單樁豎向抗壓極限承載力測定值達到35 487 kN>30 000 kN；滿足單樁承載力特征值15 000 kN設(shè)計要求。

4.2 樁身內(nèi)力測試

本次試驗3根試樁均埋設(shè)有鋼筋應(yīng)力計，具體安裝位置見鋼筋應(yīng)力計布置示意圖，對在豎向荷載作用下的樁身應(yīng)力分布進行了測試。根據(jù)樁身軸力測試結(jié)果，經(jīng)計算得到3根試樁在各自的最終荷載作用下的樁周土抗壓側(cè)阻力及樁端阻力（見表3）。

4.3 樁身完整性檢測

本次試驗3根試樁均埋設(shè)聲測管，通過對其聲波透射法檢測，在載荷箱上、下段樁樁身均完整（在基樁上、下段分別判定）。基樁檢測匯總表見表4。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)基樁自平衡靜載試驗成果曲線，綜合分析后得出場地試樁的單樁豎向抗壓承載力特征值（見表5）。

結(jié)合受檢樁的試驗情況及Q-s、s-LgQ、s-Lgt曲線特征，根據(jù)規(guī)范判定各受檢樁單樁豎向抗壓承載力特征值均達到30 000 kN，滿足設(shè)計要求。

（2）鄭州黃特大橋試樁場地樁身范圍內(nèi)各土層在最終荷載作用下其樁側(cè)摩阻力標(biāo)準值及樁端端阻力標(biāo)準值見表3。

（3）雖然檢測結(jié)果比較理想，但鐵路施工建設(shè)一般建設(shè)是幾公里至上千公里，地質(zhì)環(huán)境變化極大，故在設(shè)計時要充分考慮成樁工藝、地質(zhì)條件、地層參數(shù)、樁土效應(yīng)等對基樁承載力的影響，以確保工程安全。

6 結(jié)語

當(dāng)前，高速鐵路建設(shè)向大跨距、高索塔等方向發(fā)展，各種大直徑、大噸位基樁應(yīng)用越來越普遍，確定樁基基礎(chǔ)承載力最可靠的方法是傳統(tǒng)靜載試驗。傳統(tǒng)靜載試驗測試基樁承載力，成果直觀、準確可靠，是其他檢測方法的比較依據(jù)。然而高速鐵路建設(shè)總是要穿過高山，跨過大河，造成了橋梁基樁的施工場地狹窄，基坑較深及超大噸位樁等情況下，傳統(tǒng)的靜載試驗受到場地和加載能力等因素的約束而無法進行，以致許多大噸和特殊場地的樁基基礎(chǔ)承載力得不到可靠的數(shù)據(jù)。

基樁自平衡靜載試驗與傳統(tǒng)靜載試驗相比具有很多的優(yōu)勢，可以歸納為以下幾點。

（1）裝置較簡單，不占用場地，不需運入數(shù)百噸或數(shù)千噸物料，不需構(gòu)筑笨重的反力架，試樁準備工作省時省力。

（2）該法利用樁的側(cè)阻與端阻互為反力，因而可測得側(cè)阻力與端阻力和各自的荷載～位移曲線。

（3）試驗費用省。盡管荷載箱為一次性投入器件，但與傳統(tǒng)方法相比，可節(jié)省總費用的30%～60%，具體比例視樁與地質(zhì)條件而定，噸位越大越明顯。

（4）試驗后試樁仍可作為工程樁使用，可利用預(yù)埋管對荷載箱進行壓力灌漿。

（5）在下列情況下該法更顯示其優(yōu)勢，例如：水上試樁、坡場試樁、基坑底試樁、狹窄場地試樁、斜樁、嵌巖樁、抗拔樁等，這些都是傳統(tǒng)試樁法難以做到的。

參 考 文 獻

[1]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.新建鐵路鄭州至濟南鐵路鄭州至濮陽段施工圖（ZPZQ-8標(biāo)）鄭州黃河特大橋試樁技術(shù)要求[Z].2017.

[2]JGJ/T 403—2017，建筑基樁自平衡靜載試驗技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DB36/T574—2010，樁身自反力荷載箱[S].

[4]JJG（贛）02—2008，測樁荷載箱[S].

[5]TB 10218—2008鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]