漕河渡槽項(xiàng)目第Ⅱ標(biāo)段基樁靜載試驗(yàn)

劉國(guó)華

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

1 工程概況

漕河渡槽是南水北調(diào)中線干線總干渠工程主要建筑物之一，位于河北省滿城縣城西約9km的神星鎮(zhèn)與荊山村之間。渡槽主體工程包括槽身段和進(jìn)出口檢修閘段，全長(zhǎng)2300m。該工程槽身段基礎(chǔ)采用端承樁獨(dú)立承臺(tái)基礎(chǔ)，要求靜載試驗(yàn)最大加載量為1.3萬kN，作為大噸位靜載試驗(yàn)要經(jīng)過嚴(yán)密的組織和方法論證，實(shí)施起來才能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

漕河渡槽項(xiàng)目2005年6月10日正式開工，分為2個(gè)標(biāo)段進(jìn)行施工招標(biāo)，漕河渡槽項(xiàng)目的第Ⅱ標(biāo)段樁號(hào)375+357至樁號(hào)375+660.4段為落地槽段，樁號(hào)375+660.4至終點(diǎn)樁號(hào)376+370.4為渡槽20跨槽身段，長(zhǎng)710m。樁基采用CZ-30型沖擊鉆成孔、泥漿護(hù)壁、水下導(dǎo)管灌注混凝土成樁工藝，鋼筋籠為通長(zhǎng)配筋，樁徑1.5m，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C25，每個(gè)承臺(tái)下布置8根，樁端進(jìn)入弱風(fēng)化基巖0.5m，總樁數(shù)248根，為確保施工質(zhì)量及渡槽建成后能夠安全運(yùn)行，需對(duì)基樁進(jìn)行樁身完整性和單樁承載力的檢測(cè)。

依據(jù)JGJ106—2003《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)受檢樁數(shù)應(yīng)不少于總樁數(shù)的1%且不少于3根”，第Ⅱ標(biāo)段應(yīng)抽檢3根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。

所抽檢的3根樁情況如表1。

表1 試驗(yàn)樁成樁情況

1.1 22-5號(hào)樁地質(zhì)

0～1.28m為壤土，1.28～5.08m為壤土碎石，5.08～6.18m為黏土，6.18～15.38m為黏土碎石，15.38～26.68m為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，26.68～27.18m為弱風(fēng)化基巖。

1.2 25-6號(hào)樁地質(zhì)

0～2.99m為 壤 土 ，2.99～5.19m 為 黏 土 ，5.19～10.99m為黏土碎石，10.99～11.89m為黏土，11.89～12.99m為黏土碎石，12.99～42.59m為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，42.59～43.09m為弱風(fēng)化基巖。

1.3 33-6號(hào)樁地質(zhì)

0～11.47m為黃土狀壤土，11.47～11.82m含碎石黏土，11.82～33.67m為全風(fēng)化基巖，33.67～44.00m為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化基巖。

2 反力方案的比選

單樁承載力采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)確定，高應(yīng)變是一種間接確定樁承載力的方法，對(duì)于大口徑灌注樁來說準(zhǔn)確度遠(yuǎn)不如靜載試驗(yàn)。靜載荷試驗(yàn)的反力裝置可采用堆載、堆錨結(jié)合、錨樁等方案。

2.1 堆載

采用壓重平臺(tái)反力裝置?？紤]1.2倍的安全系數(shù)，堆載重量為1.56萬kN，可采用預(yù)制混凝土塊或鋼錠。

2.1.1 預(yù)制混凝土塊

堆載平臺(tái)高度達(dá)10m，吊裝困難、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、安全無保證。

2.1.2 鋼錠堆塊

堆載平臺(tái)高度6m，采取措施可保證安全，但其成本較高。

2.2 堆錨結(jié)合

錨樁可利用相鄰1根工程樁，再新打1根錨樁，提供部分反力，不足部分用堆塊補(bǔ)足。

根據(jù)JGJ 94—94《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料，確定大直徑灌注樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值：

式中 Qsk為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qsik為樁側(cè)第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；準(zhǔn)si為大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)；u為樁身周長(zhǎng)，當(dāng)人工挖孔樁樁周護(hù)壁為振搗密實(shí)的混凝土?xí)r，樁身周長(zhǎng)可按護(hù)壁外直徑計(jì)算；li為樁周第i層土的厚度。

經(jīng)過測(cè)算加錨樁自身重量，15m的錨樁可提供反力330～360t，在預(yù)留10%及以上的安全儲(chǔ)備的情況下，其可提供300t的反力，這樣還需堆載960t。

堆載物可采用預(yù)制混凝土塊或鋼錠，采用預(yù)制混凝土塊堆載平臺(tái)高度8m，采取措施可保證安全。如果采用鋼錠堆塊，堆載平臺(tái)高度接近5m，可保證安全。

2.3 錨樁

可采用在受試樁周圍新打4根錨樁或利用3根工程樁新打1根錨樁方案。

采用新打4根錨樁方案，需考慮錨樁與工程樁間距過小對(duì)工程樁的影響，反力梁可選用1根長(zhǎng)8～9m主梁和2根次梁。

采用利用3根工程樁新打1根錨樁方案，反力梁可選用2根11～12m主梁十字交叉，穩(wěn)定性、安全性較差。

通過對(duì)3個(gè)反力方案比選，最終確定采用性價(jià)比和安全性較高的堆錨結(jié)合方案進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作的充分與否直接關(guān)系到試驗(yàn)的成敗，準(zhǔn)備階段要進(jìn)行主梁加工制造及配重塊的準(zhǔn)備、補(bǔ)打錨樁、樁頭的處理等。

3.1 配重

在現(xiàn)場(chǎng)加工總重量近900t的混凝土配重塊，另外60t可利用現(xiàn)場(chǎng)的鋼筋材料充當(dāng)。

3.2 補(bǔ)打錨樁

在確定了試驗(yàn)樁后，結(jié)合地質(zhì)地層情況經(jīng)側(cè)摩阻的計(jì)算在試驗(yàn)樁的另一側(cè)補(bǔ)打長(zhǎng)度不小于15m的錨樁，其樁徑、配筋及工藝與工程樁相同，利用與試驗(yàn)樁在一橫排的工程樁作為另一根錨樁。

3.3 樁頭的處理

應(yīng)先鑿掉試驗(yàn)樁頂部的破碎層和軟弱混凝土。樁頭直徑與設(shè)計(jì)樁徑相一致，樁頭頂面應(yīng)平整，樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應(yīng)重合；在距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)設(shè)置箍筋，間距不宜大于100mm。樁頂應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片2～3層，間距60～100mm。樁頭混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜比樁身混凝土提高1～2級(jí)，不得低于C30。

4 方案的實(shí)施

基樁的靜載試驗(yàn)是由加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)3個(gè)系統(tǒng)密切配合來完成。加荷系統(tǒng)控制并穩(wěn)定加荷大小，通過反力系統(tǒng)將荷載反作用于樁頂，樁頂將荷載均勻傳遞給樁身，樁體的沉降由觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)定。

4.1 加荷系統(tǒng)

利用4個(gè)規(guī)格型號(hào)相同并經(jīng)過率定合格的100t的千斤頂經(jīng)并聯(lián)同步工作，加載數(shù)值由并聯(lián)于油路中的油壓傳感器控制。

4.2 反力系統(tǒng)

兩根錨樁提供6000kN的反力，其他9600kN由配重提供，堆錨結(jié)合提供反力的現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1。

圖1 堆錨結(jié)合提供反力現(xiàn)場(chǎng)

4.3 測(cè)試系統(tǒng)

采用武漢巖海工程技術(shù)有限公司研制的RSJYB基樁靜載試驗(yàn)分析系統(tǒng)，試樁在加載過程中的豎向沉降采用量程為50mm的位移傳感器測(cè)量。在試驗(yàn)樁樁頭處對(duì)稱安置4支位移傳感器，位移量取其平均值。位移計(jì)通過磁性表座分別支撐在基準(zhǔn)梁上，所采用主機(jī)和位移傳感器均在有效計(jì)量檢定期內(nèi)。試驗(yàn)過程中在錨樁中心各安置一支位移傳感器對(duì)錨樁的上拔量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 檢測(cè)方法

試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)最大加載量1.3萬kN。試驗(yàn)加荷13級(jí)，每級(jí)加荷1000kN。

6 測(cè)試結(jié)果及分析

在各試驗(yàn)樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)樁和兩側(cè)的錨樁進(jìn)行了低應(yīng)變反射波法樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為各受檢樁均為Ⅰ類完整樁。完整性檢測(cè)結(jié)果如表2。

表2 試驗(yàn)樁及錨樁低應(yīng)變完整性檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明在1000～13000kN的各級(jí)荷載作用下，依據(jù)判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，3根試驗(yàn)樁的沉降在各級(jí)均能夠收斂穩(wěn)定。各組試驗(yàn)樁的錨樁最終上拔量小于15mm，依據(jù)規(guī)范不對(duì)工程樁承載力造成影響。依據(jù)單樁抗壓靜載試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，將各試驗(yàn)樁的主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表3 各試驗(yàn)樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

以25-6號(hào)樁為例進(jìn)行分析，圖2、圖3為25-6號(hào)試驗(yàn)樁的實(shí)測(cè)Q-s曲線及s-lgt曲線。

圖2 25-6號(hào)試驗(yàn)樁荷載—沉降曲線

圖3 25-6號(hào)試驗(yàn)樁位移—時(shí)間對(duì)數(shù)曲線

從Q-s曲線看，施加至1.3萬kN的垂向壓力時(shí)，曲線為典型緩變型曲線，加荷到3000kN時(shí)，僅發(fā)生彈性形變，加至4000kN后才發(fā)生一定的塑性形變，該樁最終回彈率為65.90%，整個(gè)受力過程中主要是樁的側(cè)摩阻在發(fā)揮作用，樁的端阻基本上沒有發(fā)揮，Q-s曲線上沒有出現(xiàn)陡降段說明試驗(yàn)樁的極限荷載還沒有達(dá)到。

從s-lgt曲線看在各級(jí)荷載作用下沒有尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲，說明試驗(yàn)樁的極限荷載沒有達(dá)到。

依據(jù)JGJ106—2003《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：?jiǎn)螛敦Q向抗壓極限承載力取值標(biāo)準(zhǔn)為s=0.05D，（D=1.5m）即75mm，對(duì)應(yīng)的荷載為單樁豎向抗壓極限承載力，25-6號(hào)試驗(yàn)樁最終沉降為4.25mm，根據(jù)該規(guī)范的取值規(guī)定，可判定在1.3萬kN的最終荷載作用下，25-6號(hào)試驗(yàn)樁未達(dá)到其極限承載力狀態(tài)，因此判定其單樁豎向抗壓極限承載力Qu大于1.3萬kN。利用同樣的分析可得另外兩根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力Qu均大于1.3萬kN。

7 結(jié)語

通過靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)證了22-5、25-6、33-6號(hào)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力Qu均大于1.3萬kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

從試驗(yàn)結(jié)果看，試驗(yàn)樁的安全系數(shù)較高，具備較高的安全儲(chǔ)備，在加荷到設(shè)計(jì)要求的最大加荷量后，沉降很小。

大噸位堆載靜載試驗(yàn)存在著成本高、危險(xiǎn)性高缺點(diǎn)。試驗(yàn)的每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)都相當(dāng)重要，若其中某個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，都可能導(dǎo)致試驗(yàn)的失敗，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生重大安全事故。

本次靜載試驗(yàn)沒有在樁身及樁底預(yù)埋量測(cè)元件，這對(duì)于隨機(jī)抽取試驗(yàn)樁及試驗(yàn)結(jié)果更具代表性來說是有利的，但是沒有取得樁身的側(cè)摩阻力及樁端阻力，有些遺憾。

［1］JGJ106—2003，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ94—94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB50010—2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］JTJ024—85，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.漕河渡槽原位樁基試驗(yàn)技術(shù)要求 （冀漕Ⅱ、Ⅲ技第6號(hào)）［S］.2005.