公路橋梁樁基施工問題及承載力測(cè)試探討

陳 亮 徐騰飛

(1.深圳高速工程檢測(cè)有限公司,廣東 深圳 518000； 2.南昌軌道交通集團(tuán)有限公司,江西 南昌 330000)

1 概述

當(dāng)今社會(huì)，我國(guó)各方面實(shí)力正在穩(wěn)步提升，尤其是經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度正在持續(xù)加快，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極大的推動(dòng)了交通設(shè)施的建設(shè)，一大批公路橋梁正在涌現(xiàn)，同時(shí)為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的交通需求，路橋工程施工標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格[1-3]。在路橋工程的施工過程中，樁基施工占據(jù)著非常重要的部分，樁基的施工甚至直接關(guān)系到整個(gè)工程的建設(shè)質(zhì)量，更對(duì)行人的交通安全帶來重大影響[1，4，5]。因此，非常有必要提高樁基工程的施工質(zhì)量，嚴(yán)格把控樁基工程施工的每一個(gè)施工流程。在公路橋梁工程建設(shè)中，樁基礎(chǔ)起著重大的作用，同時(shí)對(duì)交通事業(yè)的發(fā)展帶來重大影響，但是實(shí)際施工容易受到各種因素的干擾，樁基施工技術(shù)的發(fā)展能夠確保公路橋梁處于安全與穩(wěn)定狀態(tài)，為提高樁基工程的施工質(zhì)量，應(yīng)針對(duì)樁基工程施工中存在的問題進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，提出對(duì)應(yīng)的解決措施，為類似樁基工程施工提供技術(shù)支撐，同時(shí)也能確保公路橋梁的穩(wěn)定與安全[6-8]。

在樁基工程中，樁基承載力作為影響樁基施工質(zhì)量的重要部分，必須嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際施工中，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)樁基承載力測(cè)試顯得尤為必要，本文對(duì)現(xiàn)場(chǎng)承載力測(cè)試方法及要求進(jìn)行系統(tǒng)闡述，以期為樁基現(xiàn)場(chǎng)承載力測(cè)試提供技術(shù)指導(dǎo)。

2 工程概況

潮汕高速里程約為82.24 km，沿線由各種橋梁和隧道組成，橋梁共有46座，其中特大橋占據(jù)了27座，大中橋占據(jù)了19座，沿線施工隧道共4條，項(xiàng)目橋隧結(jié)構(gòu)比例高達(dá)87.3%，占據(jù)了工程的絕大部分。工程修建地有著復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，分布著較厚的軟基覆蓋層，橋梁樁基設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)較長(zhǎng)。為確保樁基工程的順利實(shí)施，基樁承載能力必須符合工程設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，且必須在樁基工程施工前進(jìn)行樁基承載力測(cè)試，確保樁基施工質(zhì)量滿足工程要求，闡述了樁基施工過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題，并對(duì)承載力測(cè)試要求及測(cè)試結(jié)果進(jìn)行研究，驗(yàn)證了樁基設(shè)計(jì)的合理性。潮汕環(huán)線高速公路平面布置圖見圖1。

3 公路工程橋梁樁基施工問題

3.1 樁基施工中的問題

樁基的施工除了與所處的地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)，還受到各方面因素的制約，比如建設(shè)單位缺乏完善的管理機(jī)制，未督促監(jiān)理單位做好對(duì)施工單位的管理，沒有按照施工規(guī)范對(duì)施工單位進(jìn)行技術(shù)交底工作，施工圖紙審核出現(xiàn)問題，對(duì)施工人員的管理不當(dāng)[9-11]，施工人員技術(shù)水平不達(dá)標(biāo)，樁基施工機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障等問題，下文對(duì)樁基工程中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。

3.2 樁基成孔過程中的問題

樁基成孔過程中主要發(fā)生的問題包括斜孔、縮孔、塌孔等問題，下面詳細(xì)分析這幾種問題：

1)斜孔。鉆機(jī)安放場(chǎng)地不平整，未充分壓實(shí)，在鉆機(jī)鉆孔過程中作業(yè)平臺(tái)發(fā)生不均勻沉降，現(xiàn)場(chǎng)施工人員沒有及時(shí)進(jìn)行調(diào)整導(dǎo)致斜孔事故的產(chǎn)生，在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，遇到巖層傾斜或孤石等，使鉆頭受力不均，導(dǎo)致鉆孔偏位，偏離鉆孔中心，導(dǎo)致斜孔的產(chǎn)生。

2)縮孔。土層分布不均，鉆孔經(jīng)過軟土層時(shí)，軟土受力擠壓或者土體發(fā)生膨脹現(xiàn)象，導(dǎo)致向內(nèi)擠壓孔徑，發(fā)生縮孔現(xiàn)象。

3)塌孔。塌孔現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于地層條件太差導(dǎo)致，護(hù)壁泥漿的質(zhì)量太差也是一部分原因，二次清孔之后由于各方面原因沒有及時(shí)進(jìn)行混凝土灌注，地下水沖入孔壁，導(dǎo)致了塌孔現(xiàn)象。

3.3 樁基工程鋼筋籠吊裝過程中的問題

樁基工程鋼筋籠吊裝過程中發(fā)生的主要問題有變形、偏位、下沉，其中鋼筋籠變形問題產(chǎn)生的主要原因在于隨意疊加堆放和加勁箍筋的直徑、間距不滿足要求，導(dǎo)致鋼筋籠剛度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生變形。偏位下沉的主要原因在于沒有做好保護(hù)措施，沒有采取措施固定鋼筋或者鋼筋籠就位后發(fā)生傾斜、下沉等問題。

3.4 樁基工程混凝土灌注過程中的斷樁問題

樁基工程中發(fā)生的斷樁現(xiàn)象主要是由于混凝土的坍落度達(dá)不到要求，在澆筑過程中發(fā)生堵管等事故，直接導(dǎo)致斷樁現(xiàn)象的發(fā)生，另外一個(gè)原因在于混凝土澆筑過程中提管速度控制不好，使導(dǎo)管拔出澆筑面，也會(huì)導(dǎo)致混凝土澆筑發(fā)生斷樁現(xiàn)象。

4 公路工程橋梁樁基現(xiàn)場(chǎng)承載力測(cè)試方法及要求

4.1 承載力測(cè)試方案

豎向靜載荷使用常規(guī)堆載法進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)監(jiān)測(cè)樁頂位移和樁身內(nèi)力。豎向靜載荷試驗(yàn)及樁身內(nèi)力測(cè)試步驟及要求如下文所述。

4.2 豎向靜載荷試驗(yàn)測(cè)試要求

使用慢速維持荷載法進(jìn)行加載，加載采用堆重平臺(tái)反力裝置，預(yù)制混凝土塊構(gòu)成加載平臺(tái)，由超高壓油泵帶動(dòng)千斤頂對(duì)樁進(jìn)行加載，采用分級(jí)加載的方式。

樁頂沉降量每小時(shí)不得超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，當(dāng)沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可加下一級(jí)荷載。終止加載需滿足以下條件：某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且24 h后尚未穩(wěn)定。

單樁豎向抗壓極限承載力Qu的判定：

1)取Q—s曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)；

2)取s—lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一點(diǎn)；

3)在某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載沉降量的2倍，且經(jīng)24 h沉降還在增加，取前一級(jí)荷載值；

4)當(dāng)達(dá)不到極限荷載，已達(dá)到最大試驗(yàn)荷載，樁頂沉降穩(wěn)定，樁的豎向抗壓極限承載力取最大試驗(yàn)荷載值。

4.3 樁身內(nèi)力測(cè)試要求

根據(jù)測(cè)試目的對(duì)樁身進(jìn)行內(nèi)力測(cè)試，進(jìn)而獲得常規(guī)樁側(cè)摩阻力，支盤樁樁身軸力。

4.3.1傳感器布設(shè)

試驗(yàn)采用振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)，安裝在鋼筋籠主筋上。常規(guī)樁應(yīng)力計(jì)分布在不同性質(zhì)土層的界面處，每個(gè)界面處均勻布設(shè)4個(gè)，壓力盒布置于鋼筋籠的底部；對(duì)于支盤樁，分布在“支”或“盤”上、下各25 cm，每個(gè)橫斷面均勻布設(shè)2個(gè)，標(biāo)定界面布設(shè)4個(gè)，鋼壓力盒布置于筋籠的底部，如圖2所示。

4.3.2數(shù)據(jù)采集與整理

試驗(yàn)中每級(jí)荷載施加穩(wěn)定后，記錄樁身不同斷面處鋼筋應(yīng)力計(jì)的頻率、樁底壓力盒頻率，由此得出鋼筋力及樁底端承力。

鋼筋計(jì)現(xiàn)場(chǎng)布置圖如圖3所示。

5 樁基承載力測(cè)試結(jié)果分析

5.1 常規(guī)樁內(nèi)力測(cè)試結(jié)果與分析

SZ5試樁在試驗(yàn)荷載作用下樁端阻力與樁端位移qp—sb曲線見圖4。由此看出，樁端阻力與樁端位移呈正相關(guān)，當(dāng)樁端位移達(dá)到一定程度后，樁端阻力增長(zhǎng)緩慢。

5.2 支盤樁內(nèi)力測(cè)試結(jié)果與分析

興潮大道跨線橋SZ6支盤樁各級(jí)荷載下端承力及其占總支盤力百分比：

1)每級(jí)荷載下各支盤端承力變化曲線見圖5。

由圖5可知，在試驗(yàn)加載過程中，各支、盤端承力逐漸增長(zhǎng)，盤底位移與支盤力緊密相關(guān)，由上至下逐漸發(fā)揮。具體變化有：a.盤的端承力較大；b.上盤端承力較大，上盤位移大引起了這一規(guī)律，引發(fā)了較大的端承力；c.上盤、下盤發(fā)揮端承力比中盤的端承力大，這是因?yàn)樯媳P、下盤處于細(xì)砂層、粉砂層中，單位面積盤底端阻力值高，中盤位于粉質(zhì)粘土層中，單位面積盤底端阻力值低。

2)試驗(yàn)荷載下各支盤的支撐力占總支盤力的比例變化曲線如圖6所示。

由圖6可知，試驗(yàn)荷載較小時(shí)，靠近樁頂?shù)闹А⒈P貢獻(xiàn)的承載力百分比很大，遠(yuǎn)離樁頂?shù)闹?、盤貢獻(xiàn)的承載力百分比較低；隨著荷載的增加，支盤之間貢獻(xiàn)的承載力占總支盤力的百分比不斷變化，最終趨向于一個(gè)較穩(wěn)定的比值。如極限荷載值20 900 kN作用下，上六星支(-19.75)∶中六星支(-23.75)∶上盤∶下六星支(-32.25)∶中盤∶下盤為8.75%∶8.83%∶29.32%∶8.66%∶17.43%∶27.02%。

6 結(jié)語(yǔ)

1)興潮大道跨線橋SZ5最大加載為16 200 kN，總沉降53.68 mm，回彈率26.38%，達(dá)到了破壞性試驗(yàn)的目的，當(dāng)加載至16 200 kN，該級(jí)沉降達(dá)到上一級(jí)沉降的5倍，終止試驗(yàn)，極限承載力取為14 850 kN，超出設(shè)計(jì)值10%；

2)興潮大道跨線橋SZ6(支盤樁)最大加載為20 900 kN，總沉降24.43 mm，回彈率43.63%，極限承載力取為20 900 kN，超出設(shè)計(jì)值10%；

3)本文系統(tǒng)的闡述了橋梁基樁現(xiàn)場(chǎng)施工中存在的問題，并提出了這些問題的避免方案；樁基承載作為樁基工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)承載力測(cè)試在樁基工程中占據(jù)著重要位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)研究了橋梁樁身受力變化，驗(yàn)證了樁身設(shè)計(jì)的合理性，研究成果可為類似橋梁樁基現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供技術(shù)指導(dǎo)，具有重要的工程意義。