橋墩樁基礎(chǔ)大噸位靜載大應(yīng)變?cè)囼?yàn)及補(bǔ)強(qiáng)處理研究

劉國(guó)慶

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程概況

漢中市漢江城市橋閘工程位于漢中市城區(qū)的漢江河段下游，是集城市游樂(lè)景觀與城市交通、車輛過(guò)境等為一體的大型綜合性城市基礎(chǔ)設(shè)施工程。該工程由攔河閘和交通橋兩大部分組成。其中攔河閘由30孔升臥式閘門和174m長(zhǎng)的溢流堰組成，閘門凈寬17.5m/16.5m，閘門中心間距20m，正常擋水高程502.50m。交通橋由五跨單跨跨徑100m鋼管混凝土拱橋及30孔20m跨徑的預(yù)應(yīng)力引橋及526 m兩岸引道組成。橋長(zhǎng)1160m，主橋橋面寬28.6m，引橋?qū)?7m。設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)。

橋墩基礎(chǔ)均采用Φ1.5m、Φ1.3鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主橋及引橋橋墩樁基分別長(zhǎng)40.0m、22.0m，樁端均采用在第十層半膠結(jié)圓礫加礫砂層。全橋共完成樁基施工144根，主橋部分共完成40.0m樁基施工55個(gè)（17#-22#），引橋部分共完成樁基施工89根（1#-16#、23#-35#）。對(duì)引橋的每個(gè)橋墩樁基其中一個(gè)做超聲波檢測(cè)，另外兩個(gè)做小應(yīng)變檢測(cè)（1#、35#灌注樁2個(gè)做超聲波檢測(cè)、2個(gè)做小應(yīng)變檢測(cè)），共完成超聲波檢測(cè)31根，小應(yīng)變檢測(cè)58根，另外對(duì)1-1、1-3進(jìn)行了大應(yīng)變檢測(cè)；對(duì)主橋的每根灌注樁進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，共完成超聲波檢測(cè)55根，另外對(duì)18-8、19-5進(jìn)行了樁基靜載試驗(yàn)，對(duì)18-8、19-5附近的地質(zhì)情況進(jìn)行了補(bǔ)堪，對(duì)18-8鉆孔取巖芯，對(duì)18-2、18-6、18-7、18-8、19-1、19-5進(jìn)行了大應(yīng)變?cè)囼?yàn)。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為確保相關(guān)結(jié)構(gòu)的安全可靠，通過(guò)靜載試驗(yàn)確定單樁豎向極限承載力。

2.2 試驗(yàn)概況

靜載試驗(yàn)是在主橋樁基18-8、19-5上進(jìn)行，靜載試驗(yàn)于2005年4月26日開始，至2005年5月6日結(jié)束。19-5試驗(yàn)總歷時(shí)59小時(shí)，其中加載49小時(shí)，卸載10小時(shí)。18-8試驗(yàn)總歷時(shí)52小時(shí)，其中加載42小時(shí)，卸載10小時(shí)。

2.3 試驗(yàn)依據(jù)

《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011

2.4 試樁和錨樁的布置

2個(gè)試樁分別布置在18-8和19-5上，每個(gè)試樁用4個(gè)錨樁反力加載，其中3個(gè)用工程樁，另一個(gè)在承臺(tái)下增加，這樣對(duì)提高基礎(chǔ)承載力有一定的幫助，具體布置見(jiàn)圖1所示。

圖1 試樁和錨樁布置圖

2.5 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用慢速荷載維持法，即逐級(jí)加載，每級(jí)加載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，開始施加下一級(jí)載荷，直至達(dá)到試驗(yàn)荷載。依據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次樁基靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)荷載預(yù)計(jì)施加14000kN，然后分級(jí)卸載至零。

2.6 試驗(yàn)加載系統(tǒng)

試驗(yàn)加載采用3×6300kN液壓千斤頂加載。其加載反力裝置采用錨樁主、副梁反力裝置。加載液壓系統(tǒng)采用0.4精度等級(jí)的高精度壓力表測(cè)定油壓，并事先對(duì)千斤頂標(biāo)定曲線換算荷載。

2.7 試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)

2.7.1 基準(zhǔn)梁

基準(zhǔn)梁是測(cè)量試樁在加載過(guò)程中沉降的唯一參考物，確保在試驗(yàn)過(guò)程中不受氣溫、振動(dòng)及其它外界因素影響而發(fā)生豎向變位?；鶞?zhǔn)梁在安裝時(shí)一端固支，另一端簡(jiǎn)支且可水平移動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件18號(hào)墩將相鄰工程樁作為基準(zhǔn)樁。

2.7.2 百分表

百分表是為測(cè)試試樁在每級(jí)荷載下的沉降量而布設(shè)的，在試樁周對(duì)稱位置布置2個(gè)量程為50mm的百分表。安裝百分表時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：

（1）百分表的磁性表架在基準(zhǔn)梁上固定牢靠。

（2）百分表導(dǎo)桿和支架應(yīng)緊密接觸并使百分表導(dǎo)桿豎直，開始加載前應(yīng)將百分表初讀數(shù)調(diào)整為零。

2.7.3 固定架

固定架式固定在試樁上的三角架，用L35角鋼加工制成并用膨脹螺栓對(duì)稱固定在樁頭上。固定架隨樁的沉降一起沉降，三腳架與其接觸的百分表反映出試樁的沉降數(shù)值。固定架安裝牢靠。

2.7.4錨樁監(jiān)控

由于錨樁采用工程樁，在對(duì)試樁加載過(guò)程中，為了防止錨樁的上拔量超過(guò)規(guī)定值，每級(jí)加載后，對(duì)都錨樁的上拔量進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)對(duì)錨樁的混凝土進(jìn)行觀察，觀察有無(wú)裂縫產(chǎn)生，確保錨樁在加載過(guò)程中不會(huì)造成破壞。

2.8 加、卸載方法

試樁從成樁到開始試驗(yàn)的間歇時(shí)間在樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下，不少于28天。

試驗(yàn)采用慢速荷載維持法，即逐級(jí)加載，每級(jí)加載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載，直至試樁破壞或達(dá)到設(shè)計(jì)加載承載力，然后分級(jí)卸載至零。

測(cè)讀沉降量的時(shí)間間隔：每級(jí)加載后間隔5、10、15分鐘各測(cè)讀一次，以后每隔15分鐘測(cè)讀一次，累積一小時(shí)后每隔30分鐘測(cè)讀一次。

穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在每級(jí)荷載作用下，每小時(shí)的沉降量不超過(guò)0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次（由1.5小時(shí)內(nèi)連續(xù)三次觀測(cè)值計(jì)算），即認(rèn)為已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即終止加載：

（1）某級(jí)荷載作用下，試樁的沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍；

（2）某級(jí)荷載作用下，試樁的沉降量大于前一級(jí)荷載作用沉降量的2倍，且24小時(shí)未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定；

（3）當(dāng)荷載～沉降曲線呈緩變型時(shí)，可加載至樁頂總沉降量60mm～80mm；

（4）已達(dá)到最大試驗(yàn)荷載（14000 kN）；

（5）錨樁抗拔最大位移大于等于25mm。

每級(jí)卸載值為每級(jí)加載值的2倍。每級(jí)卸載后隔15分鐘讀一次殘余沉降，讀兩次后隔30分鐘再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載。全部卸載后，隔3～4小時(shí)再測(cè)讀一次。

2.9 數(shù)據(jù)處理

樁頂沉降由對(duì)稱布置的4只百分表讀數(shù)推算。每級(jí)荷載穩(wěn)定時(shí)樁頂總沉降量Si（mm）：

式中，ao——百分表的初讀數(shù)；

ai——各級(jí)荷載穩(wěn)定時(shí)百分表讀數(shù)；

各級(jí)荷載作用下的沉降量ΔSi（mm）:

樁頂沉降的計(jì)算值取4只百分表測(cè)量讀數(shù)的平均值。

2.10 試驗(yàn)結(jié)論

（1）當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到加載最大值14000kN時(shí)，19-5樁頂最大沉降量為28.820mm。

（2）19-5試樁的極限承載力大于14000kN。

（3）19-5試樁所用的四個(gè)錨樁的上拔量均小于25mm，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程未對(duì)錨樁造成影響，可以正常使用。

（4）當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到加載最大值12000kN時(shí)，18-8樁頂最大沉降量為71.365mm。

（5）根據(jù)《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），18-8試樁的極限承載力為11000kN。

（6）18-8試樁所用的四個(gè)錨樁的上拔量均小于25mm，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程未對(duì)錨樁造成影響，可以正常使用。

由于18-8試樁的極限承載力為11000kN，小于設(shè)計(jì)極限承載力14000kN，為了進(jìn)一步驗(yàn)證單樁豎向極限承載力，又進(jìn)行了大應(yīng)變?cè)囼?yàn)。

3 基樁動(dòng)力檢測(cè)（大應(yīng)變檢測(cè)）

3.1 檢測(cè)依據(jù)

《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003 J256-2003。

3.2 檢測(cè)部位

1-1、1-3 、18-2、18-6、18-7、18-7、19-1、19-5。

3.3 儀器設(shè)備

檢測(cè)儀器為FDP-204PS基樁動(dòng)測(cè)儀一套。錘擊設(shè)備為15t重錘，由吊車配合試驗(yàn)。

3.4 檢測(cè)方法及原理

本次檢測(cè)，采用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法對(duì)工程樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，用擬合法進(jìn)行分析。其試驗(yàn)原理是：試驗(yàn)時(shí)在樁頂以下不小于一倍樁徑處的樁側(cè)對(duì)稱安裝應(yīng)變傳感器和加速度傳感器，用重錘錘擊樁頂，在錘擊過(guò)程中用FDP-204PS型基樁動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行信號(hào)采集，用專用分析程序?qū)Σ杉盘?hào)進(jìn)行分析，得出所測(cè)樁在自然含水狀態(tài)下的單樁豎向極限承載力。

在室內(nèi)采用波形擬合法專用程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析。波形擬合法的基本原理是：首先把樁劃分若干分段（單元），假定各分段的樁、土參數(shù)，如樁身阻抗、土的阻力及其沿樁身分布、最大彈限及阻尼系數(shù)等。用實(shí)測(cè)的波形速度或力，作為已知邊界條件進(jìn)行波動(dòng)程序計(jì)算，求得力或速度波形，兩者進(jìn)行比較，直到兩者吻合達(dá)到滿意為止，此時(shí)可認(rèn)為對(duì)樁、土參數(shù)的假定與實(shí)際情況接近，從而得到單樁極限承載力、樁側(cè)阻力分布、計(jì)算的荷載～沉降（Q～S）關(guān)系線等結(jié)果。

3.5 檢測(cè)結(jié)果

共進(jìn)行了8根試樁在自然含水量狀態(tài)下的豎向極限承載力檢測(cè)，除18-8基樁試驗(yàn)資料異常外，其余七根基樁試驗(yàn)均采集到了有效的信號(hào)，錘擊貫入度正常。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料的電算分析，得出7根試樁在自然含水量狀態(tài)下的豎向極限承載力，見(jiàn)表1。

18-8樁共進(jìn)行三次錘擊，第一錘雖采集到加速度、實(shí)測(cè)力信號(hào)，但貫入度為負(fù)值；第二錘未采集到有效的加速度、實(shí)測(cè)力信號(hào)，貫入度為負(fù)值，且在第二次錘擊后，樁頭混凝土已開裂；第三次錘擊后，樁頭測(cè)量基點(diǎn)混凝土局部劈裂，仍未采集到有效的加速度、實(shí)測(cè)力信號(hào)。

表1 試樁豎向極限承載力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由于18-8用靜載試驗(yàn)的方法和大應(yīng)變的方法檢測(cè)單樁豎向極限承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。因此對(duì)該樁基需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

4 樁基補(bǔ)強(qiáng)處理

18-8樁基的補(bǔ)強(qiáng)處理方案經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位、業(yè)主單位和施工單位的研究，決定采取加樁的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，具體見(jiàn)圖2。

圖2 18號(hào)樁補(bǔ)強(qiáng)處理布置圖

5 結(jié)語(yǔ)

作者通過(guò)在漢江城市橋閘攔河閘和交通橋工程項(xiàng)目成功使用橋墩樁基礎(chǔ)大噸位靜載試驗(yàn)、大應(yīng)變?cè)囼?yàn)及補(bǔ)強(qiáng)處理的施工方法，對(duì)144個(gè)樁基施工的成功應(yīng)用，對(duì)施工完樁基分別進(jìn)行了超聲波、小應(yīng)變、大應(yīng)變、鉆孔取芯及靜載試驗(yàn)等項(xiàng)目的質(zhì)量檢測(cè)，說(shuō)明該方法經(jīng)濟(jì)、可行，能夠保證質(zhì)量、安全和進(jìn)度的需要。該項(xiàng)目獲得了國(guó)家“魯班獎(jiǎng)”，值得在今后橋梁施工中加以推廣和應(yīng)用?！?/p>