山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)渡槽樁基的應(yīng)用

□陳 軍 □劉愛(ài)環(huán) □徐 江 □羅亞松

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)渡槽樁基的應(yīng)用

□陳 軍 □劉愛(ài)環(huán) □徐 江 □羅亞松

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

針對(duì)山區(qū)渡槽容易受其自身結(jié)構(gòu)以及水、風(fēng)荷載的影響，文章以黔中水利樞紐一期工程為例，分析了徐家灣等4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽背景，淺析山區(qū)渡槽大直徑樁基設(shè)計(jì)、樁基施工、檢測(cè)方法和基樁質(zhì)量檢驗(yàn)的特點(diǎn)。結(jié)果表明，要想保證山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)渡槽樁基的應(yīng)用效果，必須根據(jù)工程所處的地質(zhì)情況明確科學(xué)合理的樁基設(shè)計(jì)內(nèi)容。

連續(xù)剛構(gòu)渡槽；樁基；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基樁；質(zhì)量檢驗(yàn)；自平衡法

1 概述

由于我國(guó)貴州省的地形地貌皆為山區(qū)，這就為黔中水利樞紐一期工程建設(shè)帶來(lái)一定難度。具體來(lái)說(shuō)，工程建設(shè)的總干渠長(zhǎng)約為63 km，其中渡槽共26座，總長(zhǎng)約為13 km。這26座渡槽的主槽采用連續(xù)剛構(gòu)渡槽的有4座，分別是：渠線上的徐家灣、草地坡、河溝頭以及焦家。且4座渡槽的最大墩高為92 m，最小墩高45 m；最大樁深48.50 m，最大樁徑2.20 m，最小樁徑2 m。

由于工程采用的連續(xù)剛構(gòu)渡槽結(jié)構(gòu)易受其自重、水荷載以及風(fēng)荷載的影響，使整個(gè)結(jié)構(gòu)傳遞到底部的荷載極大。建設(shè)人員可采用板式基礎(chǔ)來(lái)達(dá)到其結(jié)構(gòu)的承載力要求，但這種建設(shè)形式需要花費(fèi)較大的成本才能實(shí)現(xiàn)作用。基于此，連續(xù)剛構(gòu)渡槽工程可采用樁基作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，這是保證水利工程發(fā)揮出應(yīng)有作用的關(guān)鍵，建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來(lái)。

2 樁基設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)情況

4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽樁基沿線地質(zhì)條件較為復(fù)雜，從灰?guī)r、白云巖、砂巖、泥質(zhì)白云巖到煤層等均有出現(xiàn)，徐家灣與河溝頭渡槽基礎(chǔ)地質(zhì)條件最有代表性，介紹如下：

2.1.1 徐家灣連續(xù)剛構(gòu)渡槽主墩

GG1主墩基礎(chǔ)位置基巖基本裸露，局部覆蓋層厚最深達(dá)2 m左右。下伏基巖上部地層巖性為T(mén)1yn1-2中厚至厚層灰?guī)r，下部為T(mén)1yn1-1中厚至厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r。GG2主墩基礎(chǔ)位置基巖基本裸露，巖性為T(mén)1yn1-1中厚至厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r。GG3主墩基礎(chǔ)位置覆蓋層厚2.50～4.20 m，下伏基巖為T(mén)1yn1-1中厚至厚層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、含泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r。鉆孔未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大溶洞或溶隙，強(qiáng)風(fēng)化帶厚2～5 m。

2.1.2 河溝頭連續(xù)剛構(gòu)渡槽主墩

3個(gè)主墩基礎(chǔ)位置覆蓋層較厚，基巖為P2l泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、炭泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及煤層等，整體為軟質(zhì)巖。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 樁型選擇

根據(jù)地質(zhì)資料及樁基初步計(jì)算荷載，明確各墩樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁底置于弱風(fēng)化基巖上。

2.2.2 樁的布置

連續(xù)剛構(gòu)渡槽墩底除受到一個(gè)豎向荷載外，由于上部箱梁縱向的自身收縮及溫降收縮，會(huì)在墩底產(chǎn)生一個(gè)極大的縱向彎矩；同時(shí)，由于各墩均較高且上部箱梁自身高度也較大，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)受到一個(gè)極大的橫向風(fēng)荷載并由此對(duì)墩底產(chǎn)生一個(gè)極大的橫向彎矩?？v、橫向彎矩會(huì)使得其中一根角樁產(chǎn)生一個(gè)向下的豎向力，而其對(duì)角線處的另一根角樁則產(chǎn)生一個(gè)向上的豎向力。因此，群樁的具體布置應(yīng)綜合考慮相關(guān)影響，需經(jīng)反復(fù)比較計(jì)算后才能確定。

2.2.3 確定樁底高程

根據(jù)巖土參數(shù)及樁基荷載，反算樁長(zhǎng)及樁底高程。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63-2007）第5.3.4條規(guī)定，支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆（挖）孔樁、沉樁的單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]可按下式計(jì)算：

上式表明：嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力主要取決于弱風(fēng)化基巖的巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度、樁徑及嵌入弱風(fēng)化基巖的深度，同樣還涉及清孔情況、巖石破碎程度等因素。

一般情況下，各主墩樁基宜采用等長(zhǎng)布置，4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽總計(jì)11個(gè)主墩，其中9個(gè)采用等長(zhǎng)布置；河溝頭連續(xù)剛構(gòu)渡槽GG2、GG3主墩下巖面起伏較大，使得強(qiáng)風(fēng)化下限起伏較大，因此，采用了不等長(zhǎng)樁的布置方式；其中，GG2主墩樁長(zhǎng)為39～48.50 m，GG3主墩樁長(zhǎng)為22～28 m。

2.2.4 確定樁基終孔原則

在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要明確樁基終孔原則，用于樁基施工時(shí)控制或調(diào)整終孔高程。結(jié)合4座渡槽的實(shí)際狀況，制定了樁基終孔原則：一是最小入巖深度、巖層及巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求；二是應(yīng)確保樁底以下10 m范圍內(nèi)無(wú)軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞穴分布，以確保嵌巖樁的設(shè)計(jì)可靠性。

2.2.5 樁身配筋

4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽采用m法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算并開(kāi)展配筋設(shè)計(jì)。

2.3 施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

2.3.1 徐家灣、焦家連續(xù)剛構(gòu)渡槽GG2主墩灌漿設(shè)計(jì)

在對(duì)徐家灣連續(xù)剛構(gòu)渡槽的主墩進(jìn)行施工時(shí)，靠近水庫(kù)的3根樁基受巖溶通道的影響出現(xiàn)了樁底涌水問(wèn)題，大幅度增加了開(kāi)挖施工的難度。而焦家連續(xù)剛構(gòu)渡槽的主墩樁基開(kāi)挖施工，選擇在雨季進(jìn)行，當(dāng)開(kāi)挖深度＜5 m時(shí)，樁基底部也涌出了大量的水。針對(duì)上述問(wèn)題，建設(shè)人員應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)勘察的結(jié)果，采用臨時(shí)帷幕灌漿施工方法，對(duì)涌水問(wèn)題進(jìn)行處理。

2.3.2 焦家連續(xù)剛構(gòu)渡槽GG2主墩樁基底部擴(kuò)徑設(shè)計(jì)

焦家連續(xù)剛構(gòu)渡槽GG2主墩樁基開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程時(shí)，設(shè)計(jì)地勘人員驗(yàn)孔發(fā)現(xiàn)其嵌入弱風(fēng)化基巖深度有不足現(xiàn)象，不滿足設(shè)計(jì)的終孔原則，由于出水量較大，很難繼續(xù)向下開(kāi)挖。為此，設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行充分調(diào)研計(jì)算分析后，提出將樁底直徑擴(kuò)挖至3 m。

2.3.3 溶洞、溶腔的處理

采用C15混凝土回填小型溶洞、溶腔，當(dāng)規(guī)模較大時(shí)，則采用C15埋石混凝土進(jìn)行回填處理。

3 樁基施工

3.1 成孔

為保證連續(xù)剛構(gòu)渡槽樁基開(kāi)挖施工的安全穩(wěn)定性，建設(shè)人員將各個(gè)承臺(tái)樁基均采用了間隔交錯(cuò)的方式來(lái)進(jìn)行開(kāi)挖成孔作業(yè)。此過(guò)程，還要采取相應(yīng)的護(hù)壁措施后，才能繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)挖施工。在實(shí)際的開(kāi)挖成孔施工過(guò)程中，施工技術(shù)人員首先要明確樁基成孔的尺寸、垂直度要求以及準(zhǔn)確的平面位置等。其次，在對(duì)孔內(nèi)基巖進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，要采用淺眼松動(dòng)爆破法來(lái)進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)。最后，要控制好炸藥的使用量，并在炮眼附近通過(guò)加強(qiáng)支撐和護(hù)壁，來(lái)防止震塌孔壁現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 灌注混凝土

首先，為確保樁基混凝土澆筑質(zhì)量，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)重點(diǎn)注重混凝土結(jié)構(gòu)的工作性能。這樣一來(lái)，施工人員就能根據(jù)結(jié)構(gòu)作用需求來(lái)采取不同的施工作業(yè)方式。其次，對(duì)于水下灌注混凝土的施工過(guò)程，施工人員要控制好混凝土拌和物的和易性、流動(dòng)性以及坍落度。同時(shí)，還要充分考慮氣溫、運(yùn)距及施工時(shí)間給混凝土結(jié)構(gòu)灌注帶來(lái)的影響。最后，施工人員還要結(jié)合各墩樁基的實(shí)際情況，來(lái)確定各部分混凝土結(jié)構(gòu)的灌注方式。

4 基樁質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1 樁身完整性檢驗(yàn)

4.1.1 樁身完整性分類(lèi)

通過(guò)充分調(diào)研公路、建筑行業(yè)樁身完整性檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)后，按結(jié)構(gòu)相似性原則，渡槽樁基樁身完整性分類(lèi)按《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTG/TF81-01－2004）的規(guī)定進(jìn)行分類(lèi)。

4.1.2 檢驗(yàn)方法

目前，樁身完整性檢驗(yàn)的方法主要有鉆芯法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、聲波透射法等。該工程建設(shè)采用聲波透射法和鉆芯法來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。其中聲波透射法的應(yīng)用，要求技術(shù)人員要逐根對(duì)樁身的完整性進(jìn)行檢驗(yàn)。而鉆芯法，主要復(fù)檢第一檢驗(yàn)方法中出現(xiàn)的Ⅲ類(lèi)及Ⅳ類(lèi)樁、施工質(zhì)量有疑問(wèn)的樁及設(shè)計(jì)方認(rèn)為重要的樁基。值得注意的是，樁基混凝土灌注前應(yīng)預(yù)埋聲測(cè)管，單根樁基預(yù)埋聲測(cè)鋼管4根，內(nèi)徑51 mm，對(duì)稱布置于樁基內(nèi)側(cè)。

4.1.3 檢驗(yàn)結(jié)果

4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽工程建設(shè)所需的樁基數(shù)量約為130根。

4.2 基樁豎向抗壓承載力檢驗(yàn)

基樁抗壓承載力檢驗(yàn)的常規(guī)方法有錨樁橫梁反力法（錨樁法）、壓重平臺(tái)反力法（堆載法）、錨樁壓重聯(lián)合反力法、地錨反力法、巖錨反力法等。4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽單樁最大豎向設(shè)計(jì)力極大，采用常規(guī)的檢驗(yàn)方法面臨現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的巨大困難，因此建議采用基樁自平衡法進(jìn)行豎向抗壓承載力檢驗(yàn)。

4.3 其他

樁身完整性檢驗(yàn)和豎向承載力檢驗(yàn)，僅僅是混凝土灌注樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中最為重要的2項(xiàng)主控指標(biāo)，其檢驗(yàn)合格并不意味著樁基的合格，尚應(yīng)注意當(dāng)樁基樁位、孔深、混凝土強(qiáng)度、垂直度、樁徑、沉渣厚度、混凝土坍落度、鋼筋骨架等指標(biāo)的質(zhì)量檢驗(yàn)滿足要求后，方能認(rèn)為樁基質(zhì)量合格。

5 總結(jié)

文章以黔中水利樞紐一期工程總干渠為背景，介紹了草地坡、徐家灣、河溝頭、焦家4座連續(xù)剛構(gòu)渡槽樁基的應(yīng)用情況。事實(shí)證明，只要控制好樁基結(jié)構(gòu)的成孔施工以及混凝土的灌注施工質(zhì)量，就能在很大程度上保證連續(xù)剛構(gòu)渡槽工程項(xiàng)目的作用質(zhì)量。

[1]徐江，向國(guó)興，等.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)渡槽技術(shù)在貴州峽谷山區(qū)的應(yīng)用[J].人民珠江，2016（2）：8-15.

[2]劉效堯,徐岳，等.梁橋（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]向國(guó)興.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)渡槽初步研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2010.

[4]向國(guó)興，徐江.徐家灣高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)渡槽初步研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011（7）：91-95.

TV 672.3

A

1673-8853（2016）11-0098-02

2016-07-15

（責(zé)任編輯：左英勇）

貴州省重大科技專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（20126013-4）。

陳 軍(1977-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及咨詢工作。