港珠澳大橋詳勘鋼管樁試樁與勘察成果對(duì)比

王愛(ài)國(guó) 黃 揚(yáng)

(江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇淮安 223005)

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港、珠海、澳門(mén)的超級(jí)跨海通道，大橋詳勘階段在青州航道橋附近離橋梁設(shè)計(jì)軸線北側(cè)約150 m處進(jìn)行了一組鋼管樁試樁，共2根，編號(hào)分別為SZ1，SZ2，樁頂標(biāo)高均為 +5.0 m，樁底標(biāo)高均為 －80.0 m，樁長(zhǎng)85 m，樁(內(nèi))徑為170 cm，壁厚為25 mm/22 mm。為配合橋梁試樁施工及試驗(yàn)研究，在試樁區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)勘察工作，以便查明工程地質(zhì)條件，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工提供工程地質(zhì)資料和巖土設(shè)計(jì)參數(shù)，在試樁位置布設(shè)2個(gè)鉆孔，終孔條件為進(jìn)入中風(fēng)化巖10 m～15 m或微風(fēng)化巖5 m～10 m。

2 試樁區(qū)地層巖性

試樁樁位地層巖性見(jiàn)表1，表2，由于橋梁試樁補(bǔ)勘與橋梁詳勘分別為不同勘察單位施工，雖然大的地層層序一致，但各家在具體分層上存在差別，為增加可比性，選擇本次詳勘距離試樁位置最近的61號(hào)等墩臺(tái)鉆孔揭露地層與試樁位置地層進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)巖土現(xiàn)場(chǎng)描述、巖土物理力學(xué)指標(biāo)找出兩者地層對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1，表2，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)試樁區(qū)第④大層中的混卵石地層分布明顯少于青州航道橋段的部分墩段(如56號(hào)、57號(hào)、58號(hào)、59號(hào)墩，青州航道橋段不同墩位間也存在差異)。

3 鋼管樁試樁研究報(bào)告分析［1］

具體分析錨樁反力架法試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，SZ1與SZ2試樁的極限承載力分別為20 500 kN，18 760 kN，相差1 740 kN。SZ1試樁起始加載為5 360 kN，荷載級(jí)別共11級(jí)，其中1級(jí)～6級(jí)級(jí)差為2 680 kN，7級(jí)級(jí)差為740 kN，8級(jí)～11級(jí)級(jí)差為1 000 kN，共加荷載23 500 kN。SZ2試樁起始加載也為5 360 kN，荷載級(jí)別共7級(jí)，級(jí)差均為2 680 kN，共加荷載21 440 kN，由于在第7級(jí)加載時(shí)未能及時(shí)根據(jù)Q—s曲線調(diào)整試驗(yàn)荷載的級(jí)差，導(dǎo)致SZ2試樁確定的極限承載力偏低。

根據(jù)SZ1，SZ2兩個(gè)樁位地質(zhì)鉆孔資料，采用JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范第5.3.7條規(guī)定的公式計(jì)算鋼管樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk，SZ1單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為22 072 kN，試樁的試驗(yàn)結(jié)果為20 500 kN，小于此值要求。SZ2單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為21 404 kN，SZ2試樁的試驗(yàn)結(jié)果為18 760 kN，小于此值要求。

SZ1樁端進(jìn)入⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖0.90 m，地質(zhì)資料提供的鋼管樁單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為5 500 kPa，樁端阻力容許值理論計(jì)算值為2 478 kN，其極限值的計(jì)算值為4 956 kN，而SZ1在施加20 500 kN的極限荷載時(shí)，對(duì)應(yīng)的樁端軸力測(cè)試值為1 811 kN，進(jìn)一步可反向計(jì)算出實(shí)際⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖提供的鋼管樁單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為2 010 kPa。

表1 SZ1樁位地層巖性表

SZ2樁端進(jìn)入⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖1.08 m，地質(zhì)資料提供的鋼管樁單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為5 500 kPa，樁端阻力容許值理論計(jì)算值為2 164 kN，其極限值的計(jì)算值為4 328 kN，而SZ2在施加18 760 kN的極限荷載時(shí)，對(duì)應(yīng)的樁端軸力測(cè)試值為990 kN，進(jìn)一步可反向計(jì)算出實(shí)際⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖提供的鋼管樁單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1 258 kPa。

表2 SZ2樁位地層巖性表

試樁承載力從錨樁反力架法試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算對(duì)比分析，二者產(chǎn)生差異的原因試樁報(bào)告認(rèn)為是樁端閉塞效應(yīng)與理論計(jì)算不符所致;從地質(zhì)角度分析，SZ1，SZ2試樁均以⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖作為樁端持力層，樁(內(nèi))徑為170 cm，而兩根試樁進(jìn)入持力層均約1 m，進(jìn)入持力層的深度不夠，難以有效發(fā)揮出⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖對(duì)樁的承載力(包括側(cè)阻力和端阻力)，因此導(dǎo)致錨樁反力架法試驗(yàn)結(jié)果得出的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值、樁端阻力極限值比理論計(jì)算值低。

4 試樁研究報(bào)告與勘察報(bào)告成果對(duì)比分析

SZ1，SZ2試樁結(jié)果得到的與詳勘報(bào)告提供的樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的對(duì)比見(jiàn)表1，表2，下面將SZ1，SZ2試樁根據(jù)荷載試驗(yàn)得到的與詳勘報(bào)告提供的樁側(cè)摩阻力值進(jìn)行具體對(duì)比分析。

①1層淤泥試樁得到的數(shù)值為10 kPa～15 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為10 kPa，兩者差值在正常范圍，產(chǎn)生差異的原因在于淤泥的含水量變化較大，從而導(dǎo)致其能提供給鋼管樁的側(cè)阻力大小有別。

①2層淤泥試樁得到的數(shù)值為15 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為12 kPa，兩者數(shù)據(jù)基本吻合。

①3層淤泥質(zhì)土試樁得到的數(shù)值為17 kPa～18 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為18 kPa，兩者幾乎一致，吻合的很好，說(shuō)明詳勘報(bào)告通過(guò)對(duì)該層土的室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試成果分析評(píng)估并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)提供的樁基參數(shù)比較可靠、比較符合實(shí)際情況。

③31層粉質(zhì)粘土混砂試樁得到的數(shù)值為35 kPa～39 kPa，粘土混砂試樁得到的數(shù)值為45 kPa;詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為35 kPa;除粘土混砂層樁側(cè)摩阻力外兩者數(shù)據(jù)基本吻合;試樁區(qū)③31層粘土混砂狀態(tài)為軟塑且混較多粉細(xì)砂，而詳勘報(bào)告中③31層粘土混砂狀態(tài)為流塑且局部混粉細(xì)砂;根據(jù)地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，粘土狀態(tài)由軟變硬則所能提供的樁側(cè)阻力也隨之提高，粘土混砂量增加也會(huì)提高樁側(cè)阻力，因此試樁區(qū)③31層粘土混砂由于狀態(tài)稍好、含砂量較高從而導(dǎo)致其能提供給鋼管樁的側(cè)阻力比詳勘報(bào)告中③31層粘土混砂提供的要高。

④1層粉細(xì)砂試樁得到的數(shù)值為35 kPa～39 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為40 kPa～50 kPa，兩者存在一定的差異。試樁區(qū)④1層粉細(xì)砂密實(shí)度以稍密～中密為主且?jiàn)A薄層粘性土，而詳勘報(bào)告中④1層粉砂密實(shí)度為中密，不夾薄層粘性土;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)砂土狀態(tài)由松散至密實(shí)則所能提供的樁側(cè)阻力也隨之提高，同樣密實(shí)度的砂土由于夾薄層粘性土可能導(dǎo)致其提供的側(cè)阻力偏低，因此試樁區(qū)④1層粉細(xì)砂由于狀態(tài)稍差、夾薄層粘性土從而導(dǎo)致其能提供給鋼管樁的側(cè)阻力比詳勘報(bào)告中④1層粉砂提供的要低。

④31層中砂試樁得到的數(shù)值為70 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為65 kPa～75 kPa，兩者數(shù)據(jù)基本吻合。

④52層圓礫試樁得到的數(shù)值為125 kPa～130 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為120 kPa～140 kPa，兩者數(shù)據(jù)基本吻合。

由于SZ2試樁在第7級(jí)加載時(shí)未能及時(shí)根據(jù)Q—s曲線調(diào)整試驗(yàn)荷載的級(jí)差，導(dǎo)致試樁確定的極限承載力偏低。從加強(qiáng)數(shù)據(jù)的可對(duì)比性分析，下面層位僅將SZ1試樁根據(jù)荷載試驗(yàn)得到的與詳勘報(bào)告提供的樁側(cè)摩阻力值進(jìn)行具體對(duì)比分析。

④5層粗砂試樁得到的數(shù)值為98 kPa～100 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為95 kPa～110 kPa，兩者數(shù)據(jù)基本吻合。

⑧21層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖試樁得到的數(shù)值為63 kPa，詳勘報(bào)告提供的數(shù)值為150 kPa，兩者數(shù)值差異很大，分析原因，如前所述，SZ1試樁進(jìn)入⑧2層強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖只有0.90 m，進(jìn)入持力層的深度不夠，難以有效發(fā)揮出對(duì)樁的承載力(包括側(cè)阻力和端阻力)，因此還是以詳勘報(bào)告提供的樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值作為設(shè)計(jì)依據(jù)為宜。

［1］廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所.港珠澳大橋主體工程橋梁鋼管樁試樁報(bào)告［R］.2011.

［2］江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.港珠澳大橋主體工程橋梁DB01標(biāo)段施工圖設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.2011.

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.