雙護(hù)筒消除樁基側(cè)摩阻力法在某海外工程中的應(yīng)用

劉吉宏

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西西安 710054）

0 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)工程項(xiàng)目建設(shè)技術(shù)實(shí)力取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[1]，在滿足國(guó)內(nèi)建筑工程市場(chǎng)的前提下，正在積極對(duì)外輸出建筑施工技術(shù)服務(wù)，幫助世界很多國(guó)家完善基礎(chǔ)設(shè)施。建筑工程項(xiàng)目在施工前需依據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行樁基承載力試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱“試樁”工作，下同），以驗(yàn)證設(shè)計(jì)構(gòu)想的可行性[2]。試樁工作環(huán)節(jié)中，由于地面環(huán)境及施工條件無(wú)法使樁體有效土層側(cè)摩阻力段與樁頂標(biāo)高一致，往往會(huì)對(duì)測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生干擾，從而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。本文中，作者基于孟加拉某鐵路工程項(xiàng)目，研究了試樁過(guò)程中消除無(wú)效土層側(cè)摩阻力的施工方法，采用雙護(hù)筒的方式，通過(guò)對(duì)靜載試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性分析驗(yàn)證了該工法的合理性和科學(xué)性。

1 工程項(xiàng)目概述

某鐵路工程項(xiàng)目位于孟加拉國(guó)境內(nèi)，是孟加拉國(guó)東西部貨運(yùn)和客運(yùn)的大動(dòng)脈。為中國(guó)中鐵中標(biāo)的一個(gè)EPC 項(xiàng)目，該鐵路線由東往西，從首都達(dá)卡至杰索爾，橫跨帕德瑪河及莫托莫里河，新建鐵路線全長(zhǎng)168km，與孟加拉國(guó)西部和南部的鐵路網(wǎng)相連接[2]。本項(xiàng)目中采用雙護(hù)筒消除無(wú)效土層側(cè)摩阻力的試樁工法進(jìn)行試樁，試驗(yàn)結(jié)果得到國(guó)際咨詢單位等外方專家團(tuán)隊(duì)的高度認(rèn)可。

2 雙護(hù)筒試樁方法工藝原理

在進(jìn)行試樁過(guò)程中，為了消除無(wú)效土層對(duì)試驗(yàn)樁樁側(cè)產(chǎn)生的摩擦阻力，可以采用雙護(hù)筒施工工藝。顧名思義，雙護(hù)筒施工工藝由內(nèi)外兩層護(hù)筒組成，兩層護(hù)筒之間保持有固定、等間距的間隙，同時(shí)采用限位消阻輪進(jìn)行距離控制和阻力消除，一般采用“內(nèi)護(hù)筒無(wú)效土層段下端焊接外側(cè)環(huán)向阻隔板（簡(jiǎn)稱“外環(huán)板”，下同），同時(shí)安裝嵌入式橡膠密封環(huán)密封外環(huán)板與外護(hù)筒之間的空隙”的結(jié)構(gòu)模式，內(nèi)、外環(huán)板之間需要做好密封環(huán)封閉處理，確保泥漿、土等雜物不會(huì)進(jìn)入內(nèi)外護(hù)筒之間的間隙，從而消除無(wú)效土層的側(cè)摩擦力，必要時(shí)可設(shè)置雙層密封層及外環(huán)板。內(nèi)、外護(hù)筒工藝結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 內(nèi)、外護(hù)筒工藝結(jié)構(gòu)

3 雙護(hù)筒試樁方法操作工藝簡(jiǎn)析

為了取得準(zhǔn)確的試樁結(jié)果，需要對(duì)雙護(hù)筒試樁過(guò)程中的重點(diǎn)操作工藝進(jìn)行分析，具體如下。

3.1 鋼護(hù)筒的制作與控制要點(diǎn)

護(hù)筒需具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，鋼板厚度不小于12mm，確保使用過(guò)程中不存在變形隱患。此外，外護(hù)筒的直徑要大于內(nèi)護(hù)筒（本工程項(xiàng)目中，外護(hù)筒內(nèi)徑比內(nèi)護(hù)筒外徑約大50cm），同時(shí)外護(hù)筒長(zhǎng)度相比于無(wú)效土層厚度需要大一些。為了保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并消除內(nèi)護(hù)筒在試驗(yàn)移動(dòng)過(guò)程中受到的無(wú)效土層段的阻力，內(nèi)護(hù)筒與外護(hù)筒之間安裝定型限位消阻輪，消阻輪環(huán)向均勻布置，確保內(nèi)外護(hù)筒壁之間的阻力相比于試樁荷載，可以忽略不計(jì)。在內(nèi)護(hù)筒外側(cè)焊接一圈同護(hù)筒材質(zhì)一致的外環(huán)板，外環(huán)板的安裝深度小于外護(hù)筒長(zhǎng)度（必要時(shí)可設(shè)置雙層外環(huán)板結(jié)構(gòu)），外環(huán)板與外護(hù)筒之間預(yù)留20mm 的縫隙，在安裝內(nèi)護(hù)筒時(shí)，在外環(huán)板與外護(hù)筒之間安裝一圈橡膠密封圈，密封圈為定制的凹槽結(jié)構(gòu)，使外環(huán)板嵌入密封圈中，從而使內(nèi)、外護(hù)筒之間保持密封狀態(tài)。

3.2 無(wú)效土層挖除

在試樁過(guò)程中，當(dāng)外護(hù)筒安裝完成后，需要將無(wú)效土層挖除之后再進(jìn)行內(nèi)護(hù)筒安裝工作。無(wú)效土層挖除之前，需要先利用振動(dòng)錘將外護(hù)筒打入土層中，直至預(yù)定標(biāo)高位置為止，然后利用鉆進(jìn)設(shè)備削切的方法將無(wú)效土層清除。

3.3 內(nèi)側(cè)護(hù)筒安裝及控制要點(diǎn)

內(nèi)側(cè)護(hù)筒安裝前需要先焊接內(nèi)護(hù)筒外環(huán)板、安裝密封圈及消阻輪等，并進(jìn)行預(yù)拼裝驗(yàn)證，確保內(nèi)與外護(hù)筒相互配套。當(dāng)外護(hù)筒內(nèi)側(cè)無(wú)效土層清理完成后，開(kāi)始安裝內(nèi)護(hù)筒，首先垂直起吊第一節(jié)內(nèi)護(hù)筒，使內(nèi)、外護(hù)筒保持平行，然后緩慢安裝內(nèi)護(hù)筒底至已完成的外護(hù)筒底，安裝過(guò)程中保持護(hù)筒的垂直度，緩慢安裝，避免快速安裝或因單側(cè)不均勻外力擠壓導(dǎo)致密封圈脫落。第三步檢查內(nèi)護(hù)筒消阻輪、密封圈及與外護(hù)筒的相對(duì)位置及垂直度均滿足要求后，利用鉆進(jìn)設(shè)備，邊挖除內(nèi)護(hù)筒下方的土層，邊協(xié)同緩慢安裝內(nèi)護(hù)筒至既定標(biāo)高，最終安裝完成后的內(nèi)護(hù)筒外環(huán)板高于外護(hù)筒底部不小于10cm，同時(shí)雙護(hù)筒的頂面高于施工平臺(tái)30~50cm 為止，由于內(nèi)護(hù)筒較長(zhǎng)，為便于鉆進(jìn)設(shè)備挖除內(nèi)護(hù)筒內(nèi)的土層，內(nèi)護(hù)筒采用分段對(duì)接焊接措施。在安裝護(hù)筒的過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)對(duì)護(hù)筒標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，確保護(hù)筒的安裝高度與既定的標(biāo)高一致。

3.4 內(nèi)、外護(hù)筒固定及護(hù)筒導(dǎo)漿口設(shè)置

在內(nèi)外護(hù)筒全部安裝完成后，采用4 塊短鋼板將內(nèi)、外護(hù)筒頂部四個(gè)方向焊接成整體，避免在樁基施工過(guò)程中頂部荷載及其他偶然荷載導(dǎo)致內(nèi)、外護(hù)筒錯(cuò)位，并且在內(nèi)、外護(hù)筒相同位置采用切割設(shè)備切割一處導(dǎo)漿口，導(dǎo)漿口方向根據(jù)泥漿池的布置確定，尺寸為300mm×400mm，導(dǎo)漿口位置采用鋼板把內(nèi)外護(hù)筒之間的泥漿通道焊接封閉成環(huán)，防止泥漿流入雙護(hù)筒的隔層之間。

3.5 鉆孔樁施工

護(hù)筒安裝完畢之后，重新復(fù)核樁位坐標(biāo)，確認(rèn)無(wú)誤后，安裝試樁方案完成鉆孔樁施工，在施工過(guò)程中需要注意控制泥漿比重等相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

3.6 休止期及樁身完整性檢測(cè)

為消除鉆孔對(duì)土層的擾動(dòng)，在靜載試驗(yàn)前，需滿足樁基的休止期，對(duì)于泥漿護(hù)壁混凝土灌注樁，砂土地層不少于7d，粉土地層不少于10d，非飽和黏性土地層不少于15d，飽和黏性土地層不少于25d。

當(dāng)樁基混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，利用樁體內(nèi)預(yù)埋的通道進(jìn)行超聲波檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可進(jìn)行靜載試驗(yàn)。在試驗(yàn)前需確保在無(wú)效土層段內(nèi)、外護(hù)筒之間無(wú)剛性連接，即需要切斷內(nèi)、外護(hù)筒頂部的所有連接點(diǎn)，確保起到隔離作用的外護(hù)筒與內(nèi)護(hù)筒在靜載試驗(yàn)中除消阻輪與密封圈之外無(wú)其他接觸點(diǎn)。

4 雙護(hù)筒試樁方法載荷試驗(yàn)及結(jié)果分析

本工程項(xiàng)目中，根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告及試驗(yàn)樁的軸向樁基承載力按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：P-樁的容許承載力；fh-每層土層的極限摩擦阻力，kPa；li-每層土層的厚度，m；m0-樁底支承力的衰減系數(shù)；A-樁底支撐區(qū)面積，m2；σ-樁底基礎(chǔ)土層的容許承載力，kPa。

試樁最大荷載為2 倍工作載荷，分為兩個(gè)循環(huán)，分級(jí)緩慢加載和卸載，并在每個(gè)分級(jí)加載階段持續(xù)至沉降穩(wěn)定后進(jìn)行下一步加載，第一循環(huán)至100%荷載，然后卸載，第二循環(huán)至200%。根據(jù)試樁加載程序，邊進(jìn)行試驗(yàn)邊記錄結(jié)果，可以得到載荷與沉降位移的Q-S 曲線，如圖2 所示。

圖2 載荷與沉降位移的Q-S 曲線

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示在荷載為100%時(shí)實(shí)際沉降值小于15mm（當(dāng)?shù)匾?guī)范允許值），當(dāng)荷載達(dá)到200%時(shí)，沉降實(shí)際值小于25mm（當(dāng)?shù)匾?guī)范允許值），且沉降曲線無(wú)明細(xì)突變，從而確定各地質(zhì)層摩阻力參數(shù)取值滿足要求，為正式樁設(shè)計(jì)確定了樁基承載力計(jì)算依據(jù)。

5 結(jié)論

建筑工程項(xiàng)目基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有承載主體結(jié)構(gòu)受力的作用，因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所參考數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性尤為重要。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的正確性，在設(shè)計(jì)階段或者施工前期階段進(jìn)行試樁是必要的程序。本文中，作者基于海外某鐵路工程項(xiàng)目特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了雙護(hù)筒試樁方法，從工藝原理、工藝流程、重點(diǎn)工序控制及試驗(yàn)結(jié)果等方面對(duì)試樁工作進(jìn)行了分析，相關(guān)成果實(shí)施性強(qiáng)，并且試驗(yàn)效果經(jīng)在建工程實(shí)踐證明，可以為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員借鑒并提供理論指導(dǎo)。