一種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在橋梁基礎(chǔ)中的應(yīng)用

摘要：某中橋結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況成功將原設(shè)計鉆孔灌注樁變更為采用高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC管樁）作為下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。文章結(jié)合該工程實例，對設(shè)計、施工、檢測方法進行了闡述，同時荷載試驗結(jié)果論證了預(yù)應(yīng)力管樁在濱海相深厚軟土地基中作為中小橋梁基礎(chǔ)的適用性及可靠性。

關(guān)鍵詞：橋梁基礎(chǔ)；預(yù)應(yīng)力；混凝土管樁；橋梁設(shè)計；灌注樁基礎(chǔ) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U443 文章編號：1009-2374（2017）02-0090-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.043

1 橋梁概況

某中橋橋位區(qū)屬海積平原，地表水體以運鹽河、送水道為主，與海水貫通。橋位地基土多分布軟土層，不宜直接作為基礎(chǔ)持力層。橋梁設(shè)計方案中，上部結(jié)構(gòu)采用3×20m簡支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，橋面連續(xù)，下部結(jié)構(gòu)原設(shè)計采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，后調(diào)整設(shè)計采用三柱式墩+承臺連接高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，PHCΦ800mmB型管樁基礎(chǔ)，壁厚130mm；雙排樁臺，高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)（下文簡稱“管樁基礎(chǔ)”），橋梁全長66.12m。

2 管樁基礎(chǔ)設(shè)計闡述

普通管樁基礎(chǔ)在我國應(yīng)用始于1957年10月建成通車的萬里長江第一橋——武漢長江大橋，繼而在京廣鐵路鄭州黃河大橋、川黔鐵路重慶白沙沱大橋、京九鐵路南昌贛江橋及南京長江大橋等許多大橋中應(yīng)用。本次中橋采用高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，作為軸壓構(gòu)件使用。出于安全考慮，設(shè)計計算時考慮了足夠的設(shè)計余量，經(jīng)計算橋墩處樁頂反力1834.9kN，按m法計算樁長48m時，樁基承載力富余11%；橋臺處樁頂反力1248kN，按m法計算樁長44m時，樁基承載力富余20%。

3 管樁基礎(chǔ)施工闡述

根據(jù)現(xiàn)場具體的土質(zhì)和土層情況、沉樁能量要求、周圍建筑物及環(huán)境狀況、打樁設(shè)備進出條件等，中橋管樁基礎(chǔ)選擇錘擊法施工。打樁機械選用三點支撐履帶自行式打樁機，打樁錘選用筒式柴油錘。在正式施工前打試樁，通過樁的試打確定施工工藝的合理性、壓樁設(shè)備的可用性以及驗證設(shè)計、地質(zhì)情況等。選取位置、地質(zhì)條件及其管樁規(guī)格、長度具有代表性的試打樁，試樁選取在工程地質(zhì)勘探孔附近，試打樁施打工藝與工程樁施工一致（圖3）。管樁的接長采用樁頂端板圓周坡口槽焊接連接法。管樁與承臺連接采用樁頂填芯混凝土中埋設(shè)連接鋼筋的方式。成樁質(zhì)量檢測包括樁身垂直度、截樁后樁頂標(biāo)高、樁頂平面位置、樁身完整性、單樁承載力等。成樁的單樁豎向承載力檢測，采用豎向靜載荷試驗法或采用高應(yīng)變動測法。采用豎向靜載荷試驗法來檢測成樁的豎向承載力時，靜載檢測樁數(shù)量不少于整個工程的工程樁總數(shù)量的1%，且不少于3根；用高應(yīng)變動測法檢測成樁的單樁豎向承載力時，與檢測樁身完整性同時進行。

4 成橋階段荷載試驗闡述

4.1 目的

本次荷載試驗的目的主要包括：驗證中橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計理論和設(shè)計方法，為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用于中小橋下部結(jié)構(gòu)的建設(shè)積累技術(shù)經(jīng)驗；檢驗中橋的設(shè)計和施工質(zhì)量，為評定工程質(zhì)量優(yōu)劣提供主要技術(shù)資料和判定依據(jù)；檢驗中橋的受力性能和正常使用承載能力是否符合設(shè)計及規(guī)范要求。

4.2 測試內(nèi)容及截面布置

本次荷載試驗針對該中橋上、下部結(jié)構(gòu)同時進行，下文中僅對下部結(jié)構(gòu)靜力荷載試驗進行闡述。試驗前利用橋梁結(jié)構(gòu)分析專用程序Midas/Civil對該橋進行結(jié)構(gòu)計算分析，計算時按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用公路-I級荷載加載，按3車道布載，同時按照規(guī)范取橫向折減系數(shù)，最終根據(jù)包絡(luò)圖確定各控制截面實際位置（圖4）。本橋下部結(jié)構(gòu)靜力荷載試驗測試內(nèi)容主要包括：左右幅1#、2#橋墩水平位移、豎向位移、立柱應(yīng)力。本次試驗在蓋梁底、立柱柱身位置分別布設(shè)百分表和應(yīng)變傳感器完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集工作（圖5）。

4.3 試驗荷載確定

為了保證荷載試驗的效果，按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）要求確定控制荷載，在選擇試驗荷載的大小和加載位置時采用靜載試驗效率進行控制。本次靜力荷載試驗采用重約35t的三軸載重汽車進行加載，加載車型如圖6所示。本橋橋墩荷載效率系數(shù)為0.92（設(shè)計荷載：1316kN，試驗荷載：1211kN）。試驗之前控制加載車加載噸位，對加載車輛進行過磅稱重，所采用的加載車實際重量分別為35.3噸、34.7噸、34.9噸、36.0噸。

4.4 加載形式與控制

試驗荷載加載有兩種形式：一是沿橋跨方向加載；二是垂直于橋跨方向加載。同時，為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形隨著荷載增加的變化關(guān)系，橋梁靜載試驗的各荷載工況按照要求分級加載完成，并在正式加載前進行橋梁預(yù)壓。試驗現(xiàn)場橋面對稱加載如圖7所示：

4.5 成果整理與分析

4.5.1 承載能力評定方法。按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011），經(jīng)過荷載試驗的橋梁，根據(jù)整理的試驗資料，分析結(jié)構(gòu)的工作狀況，進一步評定橋梁承載能力和橋梁概況。結(jié)構(gòu)性能評定根據(jù)如下：一是按施工圖進行計算得到的理論檢算值；二是按規(guī)范規(guī)定的撓度、強度和裂縫容許值。本次試驗結(jié)果結(jié)合結(jié)構(gòu)的具體情況，從校驗系數(shù)、實測值和理論值的關(guān)系曲線、相對殘余變位（應(yīng)變）、結(jié)構(gòu)剛度要求對結(jié)構(gòu)進行最終評定。

4.5.2 成果整理與分析。

第一，位移數(shù)據(jù)分析。位移數(shù)據(jù)以左幅橋1#墩為例，橋墩水平位移變化以大樁號方向為正，豎向位移變化向下為負。

第二，應(yīng)力數(shù)據(jù)分析。應(yīng)力數(shù)據(jù)以左幅橋1#墩為例，應(yīng)力以拉為正，以壓為負。

4.5.3 靜力荷載試驗結(jié)果。本橋在試驗荷載作用下，下部結(jié)構(gòu)剛度、強度均滿足設(shè)計要求，在水平方向未發(fā)現(xiàn)水平位移，各測試截面應(yīng)力變化趨勢處于線彈性狀態(tài)；位移測試控制截面量測的相對殘余變形均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）第8.2.2條的要求，表明卸載之后結(jié)構(gòu)的變形能夠及時恢復(fù)，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

5 結(jié)論

建成后的管樁基礎(chǔ)，受力狀況與同類型的樁基礎(chǔ)的理論分析、設(shè)計方法和有關(guān)計算是一致的，基本組成部分也是相同的，其作為中小橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)能滿足公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范要求。管樁能否被順利下沉至預(yù)定位置和深度是建造管樁基礎(chǔ)的關(guān)鍵，隨著施工設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，管樁下沉施工質(zhì)量也能滿足設(shè)計要求。目前的檢測手段、設(shè)備和技術(shù)也能很好地協(xié)助完成施工質(zhì)量控制工作，成橋階段荷載試驗驗證了中橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計理論和設(shè)計方法，為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用于中小橋下部結(jié)構(gòu)的建設(shè)積累了技術(shù)經(jīng)驗。另外，在管樁下沉施工方法中，采用錘擊法能夠避免管樁處于振動沖擊狀態(tài)而導(dǎo)致樁身出現(xiàn)裂紋和破壞；高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁相比較于鉆孔灌注樁作為中小橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，施工質(zhì)量更容易得到保證；由于高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在錘擊法施工過程中結(jié)構(gòu)始終處于受壓應(yīng)力狀態(tài)，安全可靠，耐久性更優(yōu)。

6 結(jié)語

高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC管樁）代替鉆孔灌注樁成功應(yīng)用于橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，可以加快橋梁基礎(chǔ)施工進度、節(jié)約工程造價，也能避免發(fā)生鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題。在類似的建設(shè)工程中，在一定的地質(zhì)條件下，注意加強在設(shè)計、施工、檢測等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁代替鉆孔灌注樁作為中小橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是完全可行、可靠的，值得參考、借鑒和推廣應(yīng)用。

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作者簡介：徐善中（1981-），湖南新寧人，蘇交科集團股份有限公司/在役長大橋梁安全與健康國家重點實驗室工程師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)工程檢測。

（責(zé)任編輯：小 燕）