橋梁樁基側(cè)阻力靜載試驗與分析

唐 志，李潭飛，徐向東，周 瀟

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 工程概況

貴州省某大橋上部結(jié)構(gòu)采用7×40 m先簡支后連續(xù)T梁+(81+150+81)m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+5×40 m先簡支后連續(xù)T梁，下部主墩采用雙肢薄壁空心墩+群樁基礎，過渡墩采用薄壁空心墩+群樁基礎，引橋墩采用雙柱式圓墩+樁基礎，全橋共116根樁基，其中最大樁長達64 m。橋區(qū)內(nèi)覆蓋層較厚，兩岸存在巖堆體，為灰?guī)r大塊石堆積，其中崩積層物(Qc)塊石土，其主要成分為白云質(zhì)灰?guī)r，棱角分明，粒徑為2～5 cm，局部見大塊石，結(jié)構(gòu)松散，厚5～30 m，下伏中風化泥巖。

通過對試樁開挖過程中低層分布情況進行記錄，得本文試驗試樁開挖情況具體如表1。

表1 實驗試樁覆蓋層分布情況表

2 試驗方案

2.1 試驗設備和元件現(xiàn)場布設

為了解荷載沿樁身傳遞規(guī)律，測出橋梁樁基各土層樁側(cè)阻力、樁側(cè)阻力等數(shù)據(jù)，采用自平衡靜載試樁法開展了測試。試樁采用人工挖孔樁，樁長21.5 m，樁徑1.3 m，根據(jù)試樁覆蓋層分布情況在泥巖頂面位置布置了荷載箱。圖1為試驗設備和元件現(xiàn)場埋設圖。

圖1 試驗設備和元件現(xiàn)場埋設圖

鋼筋計沿樁身按每2～3 m布置一個斷面，每個斷面3個，共布置8個斷面。布置情況如圖2。

圖2 試驗設備和元件埋設位置圖

2.2 加載方案

試樁現(xiàn)場測試按設計荷載單向荷載10 000 KN進行分級加載，首級加載按兩倍分級荷載即第1級加載單向2 000 KN，依次按單向1 000 KN遞增分級加載，樁基實際加載情況如表2。

表2 試樁加載分級表

當加載至第6級荷載(荷載箱單向6 000 KN)時，上位移達34 mm，下位移也達15 mm，上段樁向上位移持續(xù)走動，出現(xiàn)陡變現(xiàn)象，樁頭接觸處土體出現(xiàn)明顯裂縫，油壓難以維持且上位移無收斂趨勢，終止加載，此后分級卸載至零。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 樁基極限承載力分析

圖3 試樁上段實測U-δ曲線

圖4 試樁下段Q-S實測曲線

圖3、圖4為試樁測試的上、下段位移-荷載實測曲線，向上最大位移量為33.32 mm，卸載后剩余位移為24.15 mm；向下最大位移量為16.07 mm，卸載后剩余位移為10.32 mm。由圖可知，當Q=5 000 KN時，相應位移為20 mm，荷載-位移曲線出現(xiàn)明顯的陡降段。當Q=6 000 KN時，樁基上、下段總位移為49.4 mm，且荷載箱油壓不能保持穩(wěn)定，此時樁周與土體出現(xiàn)一定寬度的裂縫。根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JG/J106-2003規(guī)定，總位移量大于或等于40 mm，本級荷載的下沉量大于或等于前一級荷載的下沉量的5倍時，加載即可終止，取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。據(jù)此，我們可取試樁極限荷載為Q=5 000 KN。試樁測試的Q-S等效轉(zhuǎn)換曲線如圖5。

圖5 試樁測試的Q-S等效轉(zhuǎn)換曲線

根據(jù)地勘報告以及向上位移U～δ曲線特征，荷載箱上段樁側(cè)阻力修正系數(shù)取:取0.9，進行了自平衡靜載試驗轉(zhuǎn)換為樁頂加載的等效轉(zhuǎn)換。

上段樁側(cè)土極限摩阻力：取對應于第5級荷載5 000 KN并考慮自重和修正因子后，經(jīng)計算約為4 929 KN。

下段樁的實測極限承載力：取對應于第5級荷載5 000 KN。

單樁豎向抗壓極限承載力=上段樁側(cè)土極限摩阻力+下段樁的實測極限承載力，按照《樁基靜載試驗自平衡法》JT/T738-2009中的承載力計算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：

3.2 樁側(cè)阻力分析

根據(jù)對鋼筋計測試數(shù)據(jù)對樁身軸力進行了換算，得到樁身軸力分布曲線及樁側(cè)阻力，見圖6及圖7。

圖6 試樁樁身軸力分布曲線

圖7 試樁樁側(cè)阻力分布曲線

根據(jù)測試結(jié)果，實測樁端極限承載力不小于2 037 KN，可得出樁端阻力不小于1 535 KPa。試樁由于上段樁身荷載箱處位移達33.3 mm，荷載箱附近的土層側(cè)阻力已經(jīng)得到充分發(fā)揮，最大值120 KPa，試樁嵌入夾碎石強風化泥巖側(cè)阻力為158.3 KPa，且樁底摩阻力未充分發(fā)揮。由實測值來看，試樁端阻力、樁周土總側(cè)阻力分別為20.5%、79.5%。各土層樁側(cè)極限摩阻力實測值見表3。

由表3可知，粉質(zhì)粘土實測側(cè)摩阻力介于36～61.1 KPa，粘土夾碎石66～93.3 KPa，砂石土123.6～136.5 KPa、泥巖夾碎石158.3 KPa。

表3 試樁樁周與各層間實測的極限摩阻力統(tǒng)計表

4 結(jié) 論

(1)本次試樁實測樁基承載力9 929 KN，樁端極限承載力為2 037 KN時，樁端阻力取1 535 KPa，試樁承載力主要由側(cè)摩阻力承擔，約為79.5%，端阻力約占20.5%。

(2)綜合考慮嵌巖深度變化、巖土變異等因素，建議對覆蓋層各土層側(cè)阻力取均值：粉質(zhì)粘土層48.55 KPa、粘土夾碎石層79.65 KPa、砂石土層130.05 KPa、泥巖夾碎石層158.3 KPa。

(3)根據(jù)測試結(jié)果將最大樁長64 m的嵌巖樁優(yōu)化為35 m的摩擦樁，并對其他樁基長度也進行了優(yōu)化。