舊橋既有樁基礎(chǔ)再利用可行性試驗(yàn)研究

張 成，謝益平，張文學(xué)，徐步齊

（1.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，北京 100124；2.中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

對(duì)既有樁基礎(chǔ)的再利用是一種節(jié)約資源的施工方案，但是關(guān)于既有橋梁樁基礎(chǔ)、橋墩再利用問題的研究還很少。大量研究表明樁基隨時(shí)間的增長(zhǎng)其承載力有明顯的增加，李永[1]結(jié)合工程試驗(yàn)指出隨著休止時(shí)間的延長(zhǎng)，樁周擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，摩阻力逐漸增加，樁的承載力呈現(xiàn)出一定的時(shí)效性。黃宏偉[2]對(duì)微型樁的分析表明，微型樁承載力存在明顯的時(shí)效性。劉裕斌等[3]通過試驗(yàn)分析表明端承摩擦樁與純摩擦樁一樣，其承載力也存在明顯的時(shí)效性。樁基礎(chǔ)承載力隨時(shí)間增長(zhǎng)的這一特性為既有樁再利用提供了基礎(chǔ)。文章以廣州南沙港項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為例，對(duì)既有樁基礎(chǔ)再利用的可行性進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果表明既有樁基礎(chǔ)可以作為受力樁與新建樁基礎(chǔ)共同工作。

1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)以廣州南沙港項(xiàng)目678#和681#兩個(gè)橋墩的樁基為工程背景，678#和681#橋墩樁基布置圖見圖1。由圖1可知，678#橋墩的樁基全部為新建樁基，共計(jì)10根；681#橋墩的樁基包括8根可利用的既有樁基和2根新建樁基，共計(jì)10根。

圖1 基礎(chǔ)布置圖（單位：cm）

根據(jù)樁基結(jié)構(gòu)布置情況，從試驗(yàn)?zāi)康暮秃侠斫?jīng)濟(jì)角度出發(fā)，現(xiàn)分別在678#和681#兩個(gè)橋墩的3個(gè)樁基布設(shè)傳感器測(cè)點(diǎn)，單個(gè)樁基環(huán)向等間距布設(shè)3個(gè)傳感器。本試驗(yàn)共計(jì)布設(shè)18個(gè)傳感器測(cè)點(diǎn)，具體的傳感器布置圖和單根樁基礎(chǔ)布置詳圖（以681L1為例）見圖2。

圖2 單根樁基測(cè)點(diǎn)布置詳圖

681#橋墩樁基所用測(cè)量的傳感器由長(zhǎng)沙金碼高科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為CMJX-215型埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)。適用于各種混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變測(cè)量，配套綜合測(cè)試儀儀型號(hào)為JMZX-3001L。

678#橋墩樁基所用測(cè)量的傳感器是遼寧省丹東市建工傳感器有限公司的產(chǎn)品，型號(hào)為MYB-150混凝土振弦式應(yīng)變計(jì)，其抗干擾能力強(qiáng)，受溫度變化的影響較小，具有防水密封、性能穩(wěn)定、可以長(zhǎng)期觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。配套脈沖激發(fā)器ZX16振弦頻率儀。

根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃并配合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度要求完成試驗(yàn)逇采集，試驗(yàn)的主要工作流程如下：（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和試驗(yàn)?zāi)康倪x定測(cè)試樁基并選擇測(cè)點(diǎn)位置。并將傳感器依次編號(hào)；（2）利用專業(yè)混凝土取芯機(jī)設(shè)備，按照?qǐng)D紙對(duì)應(yīng)位置在測(cè)試樁基上進(jìn)行取芯，將應(yīng)變計(jì)平行結(jié)構(gòu)應(yīng)力方向安裝；（3）將應(yīng)變傳感器垂直布置在孔洞中，并用C30混凝土砂漿填滿孔洞。用專業(yè)工具振搗，保證砂漿密實(shí)；（4）將測(cè)試導(dǎo)線與讀數(shù)設(shè)備連接，定時(shí)讀取數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

整理試驗(yàn)結(jié)果，將各樁三個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變繪制成時(shí)間—應(yīng)變曲線。由于后期應(yīng)變計(jì)在基坑回填過程中遭到了嚴(yán)重破壞，因此后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不具有真實(shí)性，故將后期數(shù)據(jù)剔除分析。681#墩、678#墩樁基時(shí)間—應(yīng)變曲線見圖4，其中681L1和681L3為既有樁、681L2為新建樁、678L3為既有樁、678L1和678L2為新建樁。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在最開始幾天內(nèi)樁基應(yīng)變均有壓縮應(yīng)變的趨勢(shì)，其原因?yàn)轭A(yù)埋應(yīng)變計(jì)所用混凝土存在收縮徐變。在未澆筑承臺(tái)的幾天內(nèi)，樁基礎(chǔ)未承擔(dān)豎向荷載，各樁應(yīng)變變化不大，保持水平趨勢(shì)。681#墩承臺(tái)9月3日混凝土澆筑完成，678#墩承臺(tái)1月19日澆筑完成，當(dāng)承臺(tái)混凝土澆筑完成后，各樁時(shí)間-應(yīng)變曲線均出現(xiàn)突變，具有明顯的壓縮應(yīng)變趨勢(shì)，即各樁開始承擔(dān)豎向承載力。

圖4 各樁時(shí)間-應(yīng)變曲線

將各樁的3個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?nèi)∑骄道L制各樁時(shí)間-應(yīng)變曲線對(duì)比圖見圖5。由圖中數(shù)據(jù)可以看出，新建樁基礎(chǔ)與既有樁基礎(chǔ)在沒有外荷載作用的情況下應(yīng)變變化不大，在承臺(tái)澆筑完成后均產(chǎn)生較大的壓縮應(yīng)變，因此既有樁和新建樁共同承擔(dān)了豎向荷載。在豎向荷載作用下各樁應(yīng)變趨勢(shì)基本相同，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，樁基的壓縮應(yīng)變緩慢增長(zhǎng)。

3 結(jié)論

（1）由于預(yù)埋測(cè)試儀器時(shí)所用混凝土存在收縮徐變，因此在沒有豎向外荷載作用時(shí)，樁基礎(chǔ)存在壓縮應(yīng)變。

（2）在澆筑混凝土承臺(tái)之后，樁基受到豎向荷載的作用發(fā)生突變的壓縮應(yīng)變，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，樁基的壓縮應(yīng)變緩慢增長(zhǎng)。

（3）數(shù)據(jù)表明，既有樁和新建樁的所受的壓縮應(yīng)變變化趨勢(shì)基本相同，因此既有樁可以作為受力樁與新樁共同工作，從經(jīng)濟(jì)效益角度來說，既有樁基礎(chǔ)的利用是必要的。

（4）此次數(shù)據(jù)分析沒有考慮到混凝土承臺(tái)在澆筑時(shí)放出的水化熱所產(chǎn)生的溫度對(duì)混凝土應(yīng)變的影響，因此存在一定的誤差。

（5）應(yīng)變計(jì)在基坑回填過程中遭到嚴(yán)重的破壞或掩埋，沒能更長(zhǎng)時(shí)間地監(jiān)測(cè)到在上部荷載作用下樁基礎(chǔ)的應(yīng)力變化情況，實(shí)屬無(wú)奈，希望后續(xù)在有條件的情況下能夠做更長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤監(jiān)測(cè)。

圖5 各樁時(shí)間-應(yīng)變曲線對(duì)比圖