鹿城區(qū)繞城高速至臥旗山段海塘工程基樁監(jiān)測分析及成果應(yīng)用

(1.浙江水專工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，浙江 杭州　310051；2.溫州市鹿城區(qū)水利建設(shè)投資有限責(zé)任公司，浙江 溫州　325000)

1　工程概況及基樁監(jiān)測簡介

1.1　工程概況

溫州市鹿城區(qū)甌江繞城高速至臥旗山段海塘工程位于溫州市甌江西岸，北起鹿城區(qū)繞城高速，南至臥旗山，全長5.95km，新建堤塘防潮標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，為Ⅱ等堤防工程，工程總投資18.84億元，其中工程部分13.10億元，建設(shè)工期48個月，系浙江省首批十個重點(diǎn)工程PPP項目之一，列入國家發(fā)改委PPP項目庫內(nèi)。堤塘主要采要兩種斷面結(jié)構(gòu)型式：一為岸邊式結(jié)構(gòu)，擋墻基礎(chǔ)為φ800鉆孔灌注樁；二為框架式結(jié)構(gòu)，外側(cè)承臺段為φ800PHC管樁基礎(chǔ)，構(gòu)架段為600mm×600mm預(yù)制方樁基礎(chǔ)，內(nèi)側(cè)L形墻段為φ800鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該工程共分四個標(biāo)段，其中Ⅱ標(biāo)段位于嶼頭山與巖門山之間，本文以Ⅱ標(biāo)段為例，進(jìn)行研究分析。

表1　工程地質(zhì)概況

注地質(zhì)情況參照《溫州市鹿城區(qū)甌江繞城高速至臥旗山段海塘工程地質(zhì)勘察報告》(溫州市水利電力勘測設(shè)計院)中ZK32孔。

1.2　基樁監(jiān)測簡介

為了解決項目建議書階段地勘過于粗放問題，減少工程實(shí)施階段合同糾紛，業(yè)主通過公開招標(biāo)委托專業(yè)勘測單位，于2016年5月24日起對鹿城區(qū)甌江繞城高速至臥旗山段海塘工程的1根φ800PHC管樁和2根600mm×600mm預(yù)制方樁進(jìn)行軸向靜載荷試驗，其中2根預(yù)制方樁同時進(jìn)行樁身內(nèi)力測試，試驗?zāi)康模阂皇谴_定單樁軸向極限承載力；二是由于工程樁尖進(jìn)入砂卵石持力層，沉樁以貫入度控制為主，高程作為校核，通過試樁確定合理貫入度；三是確定各土層極限摩擦力及端阻力。

設(shè)計單位根據(jù)勘測結(jié)果重新進(jìn)行工程安全復(fù)核計算調(diào)整，按流程報批后交付給施工企業(yè)，作為作業(yè)和工程結(jié)算的依據(jù)。

2　檢測基樁的布置

3根試樁沉樁均以貫入度控制為主，高程作為校核，初步要求樁端進(jìn)入卵石層2倍樁徑，設(shè)計入土樁底標(biāo)高為-38.00m，設(shè)計入土樁長32.50m，根據(jù)試驗平臺搭設(shè)初步方案，結(jié)合工程地質(zhì)和水文情況，確定此次試樁長度為43.00m。具體工程及受檢樁概況見表2。

表2　工程及受檢樁概況

3　監(jiān)測方法

3.1　高應(yīng)變打樁監(jiān)測方法及成果分析

3.1.1監(jiān)測方法

使用兩個應(yīng)力傳感器和兩個加速度傳感器安裝在頂附近或鋼鑄替打上，隨連續(xù)錘擊沉樁過程，記錄每錘作用下檢測截面處的力F(t)和速度v(t)的變化，然后利用一系列波動理論計算方法，從中獲取重要信息和分析結(jié)果。

概括起來可得到三個方面的結(jié)果：一是基樁的可打性分析，及通過樁身錘擊應(yīng)力監(jiān)測和錘擊能量監(jiān)測，評判打樁機(jī)能否適應(yīng)場地工程地質(zhì)條件，有效地將樁打入設(shè)計深度；二是樁身結(jié)構(gòu)完整性；三是基樁初打極限承載力。

根據(jù)該工程實(shí)際情況和設(shè)計要求，對試打樁停錘前最后3陣進(jìn)行了樁身完整性和初打垂直極限承載力監(jiān)測。

3.1.2檢測成果

高應(yīng)變打樁監(jiān)測成果見表3。

表3　高應(yīng)變打樁監(jiān)測成果

3.2　貫入度監(jiān)測方法及成果分析

3.2.1監(jiān)測方法

將帶有刻度的標(biāo)尺貼牢樁身，利用水準(zhǔn)儀在打樁影響范圍外進(jìn)行觀測，記錄每陣錘擊的樁身沉降，本次監(jiān)測為最后3陣。

3.2.2監(jiān)測成果

貫入度監(jiān)測成果見表4。

表4　貫入度監(jiān)測成果

3.3　軸向靜載試驗方法及成果分析

3.3.1試驗方法

反力裝置采用錨樁橫梁反力裝置。由2只5000kN油壓千斤頂進(jìn)行加荷，并保證千斤頂?shù)暮狭χ行耐ㄟ^試樁中心，4只行程為50mm位移傳感器安裝在樁頭上，觀測其沉降情況；荷載讀數(shù)通過壓力傳感器進(jìn)行，整個測試系統(tǒng)采用RS-JYB基樁靜載荷全自動測試分析系統(tǒng)，千斤頂和整個測試系統(tǒng)均按規(guī)定進(jìn)行計量標(biāo)定和校驗，以確保壓力和沉降觀測讀數(shù)的精確度。

3.3.2壓力與沉降觀測

采用慢速維持荷載法，每級加載為預(yù)計最大試驗荷載的1/10，每級卸載量為2倍每級加載量。此次試驗預(yù)估最大荷載為7500kN,每級加載量為750kN，每級卸載量為1500kN，每級荷載維持的時間應(yīng)按表5的規(guī)定確定。

表5　各級加載時間

慢速維持荷載法試驗測讀時間點(diǎn)為0min、5min、10min、15min和30min，以后每間隔30min測讀1次，直至達(dá)到每級荷載維持時間的標(biāo)準(zhǔn)，樁頂在某級荷載作用下，1h內(nèi)對應(yīng)的沉降小于0.1mm時可定為該級沉降達(dá)到穩(wěn)定。

3.3.3終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列條件之一時，可終止加載：?當(dāng)Q-S曲線出現(xiàn)可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40mm，對于慢速維持荷載法，樁頂總沉降量達(dá)到40mm以前有一級穩(wěn)定荷載；?采用慢速維持荷載法試驗時，在某級荷載作用下，24h未達(dá)到穩(wěn)定；?Q-S曲線沒有明顯陡降段，樁頂總沉降量達(dá)60～80mm或達(dá)到設(shè)計要求的最大允許沉降量；?驗證性試驗已達(dá)到設(shè)計要求的最大加載量。

3.3.4樁的軸向極限承載力確定原則

樁的軸向極限承載力應(yīng)按下列規(guī)定確定:

a.當(dāng)Q-S曲線上有可判定極限承載力的陡降段時，可取明顯陡降段起始點(diǎn)相對應(yīng)的荷載為極限承載力。陡降段的起始點(diǎn)可采用下列方法之一確定：

f(L)=L-0.040

式中L——樁長,m。

b.當(dāng)Q/Qmax-S/d曲線有明顯陡降段，即曲線斜率開始演變?yōu)榇笥?.3(對于一般擠土樁)或大于0.2(對于大直徑開口管樁等低擠土樁)時，對應(yīng)的荷載為極限承載力。其中Qmax為試驗所加的最大荷載，S為沉降，d為樁徑。

c.在S-lgt曲線中取曲線斜率明顯變陡或曲線尾部明顯向下曲折的前一級荷載可作為極限承載力。

d.樁終止條件符合采用慢速維持荷載法試驗時，在某級荷載作用下，24h未達(dá)到穩(wěn)定這一情況，但Q-S曲線上沒有可判定極限承載力的陡降段時，可取該不穩(wěn)定荷載的前一級為極限承載力。

e.Q-S曲線沒有明顯陡降時，可在Q-S曲線上取樁頂總沉降量S達(dá)到40mm相對應(yīng)的荷載作為極限承載力近似值。對于鋼管樁或樁長超過50m的預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁，所取用的樁頂總沉降量應(yīng)適當(dāng)加大，加大值可取樁身彈性壓縮量值。

f.極限承載力宜取初壓值。

3.3.5檢測成果

a. S1號樁。在0～3750kN各級試驗加載時,各級沉降基本均勻,Q-S曲線無明顯的陡降點(diǎn)，S-lgt曲線尾支無明顯的向下曲折出現(xiàn)；但加載至4500kN時，沉降速度急劇增大，Q-S曲線明顯陡降，在前一級相同荷載增量的條件下，此級沉降達(dá)到34.12mm，為前一級的7.70倍(超過5倍)，且累計沉降量為53.11mm，超過40mm，根據(jù)規(guī)定，該樁可取3750kN作為單樁軸向抗壓極限承載力。

b. S2號樁。在0～5250kN各級試驗加載時,各級沉降基本均勻,Q-S曲線無明顯的陡降點(diǎn)，S-lgt曲線尾支無明顯的向下曲折出現(xiàn)；但加載至6000kN時，沉降速度急劇增大，Q-S曲線明顯陡降，在前一級相同荷載增量的條件下，本級沉降達(dá)到24.27mm，為前一級的5.20倍(超過5倍)，且累計沉降量為50.65mm，超過40mm，根據(jù)規(guī)定，該樁可取5250kN作為單樁軸向抗壓極限承載力。

c. S3號樁。在0～3750kN各級試驗加載時,Q-S曲線無明顯的陡降點(diǎn)，S-lgt曲線尾支無明顯的向下曲折出現(xiàn)；但加載至4500kN時，沉降速度急劇增大，Q-S曲線明顯陡降，在前一級相同荷載增量的條件下，此級沉降達(dá)到56.49mm，為前一級的6倍(超過5倍)，且累計沉降量為79.58mm，超過40mm，根據(jù)規(guī)定，該樁可取3750kN作為單樁軸向抗壓極限承載力。

3.4　樁身內(nèi)力檢測試驗方法及成果分析

3.4.1試驗方法

基樁內(nèi)力測試適用于樁身斷面尺寸基本恒定或已知的樁，該工程試樁為600mm×600mm截面恒定的預(yù)制方樁，根據(jù)該工程的實(shí)際情況，此次內(nèi)力測試傳感器采用振弦式鋼筋應(yīng)力計，使用前對鋼筋計逐個標(biāo)定，得出壓力(拉力)與頻率之間的關(guān)系。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，在樁身對應(yīng)各個典型地層交界面安裝傳感器，每個斷面對稱安裝4只傳感器(見下圖)，每只傳感器直接綁焊于主筋上，靜載試驗時，每級加載穩(wěn)定后，利用與之配套的振弦式測讀儀進(jìn)行讀數(shù)，通過計算得出鋼筋壓力。

鋼筋應(yīng)力計安裝示意圖

3.4.2數(shù)據(jù)處理

a.數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)刪除異常測點(diǎn)數(shù)據(jù)，求出同一斷面有效測點(diǎn)的應(yīng)變平均值，并應(yīng)按下式計算該斷面處的樁身軸力：

(1)

(2)

(3)

b.每級試驗荷載下，應(yīng)將樁身不同斷面處的軸力值制成表格。樁側(cè)土的分層側(cè)阻力和樁端阻力應(yīng)分別按下列公式計算：

(4)

(5)

3.4.3檢測成果

此次2根試樁樁身內(nèi)力測試成果見表6。

表6　樁身內(nèi)力測試成果

4　研究成果及分析

4.1　貫入度監(jiān)測

通過貫入度監(jiān)測，在樁頂標(biāo)高低于設(shè)計標(biāo)高3.20～3.60m情況下，3根試樁的最后3陣貫入度仍較大，最后一陣的平均貫入度分別為11mm、8mm、10mm，同時，高應(yīng)變行波曲線表現(xiàn)為樁底速度曲線上升、力曲線下降的特征，表明樁底未進(jìn)入持力層。高應(yīng)變打樁監(jiān)測成果顯示樁身完整性類別為Ⅰ類。

4.2　單樁軸向靜載試驗結(jié)果

S1號、S2號及S3號試樁的單樁軸向抗壓極限承載力分別為3750kN、5250kN和3750kN，未達(dá)到設(shè)計要求的最大加載值。

4.3　樁身內(nèi)力測試結(jié)果

S1號和S3號樁在單樁軸向極限荷載作用下，極限摩阻力分別為2999kN和2988kN，極限端阻力分別為751kN和762kN。

通過對基樁監(jiān)測數(shù)值的成果分析，及時找出了工程隱患，對溫州市鹿城區(qū)甌江繞城高速至臥旗山段海塘工程Ⅱ標(biāo)段部分PHC管樁、600mm×600mm預(yù)制方樁及灌注樁樁長進(jìn)行了調(diào)整，確保了工程質(zhì)量，避免了質(zhì)量事故。

5　結(jié)　語

業(yè)主在聽取檢測成果分析報告的基礎(chǔ)上，本著“客觀公平公正”和“求同存異”原則，經(jīng)過合同雙方友好協(xié)商，客觀公正地調(diào)解了雙方爭議，按合同約定的程序辦理了變更手續(xù)，簽訂了補(bǔ)充協(xié)議，為后期工程結(jié)算提供了依據(jù)。

溫州市鹿城區(qū)甌江繞城高速至臥旗山段海塘工程Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ標(biāo)段等在吸?、驑?biāo)段經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了設(shè)計方案，進(jìn)一步明確了合同雙方的權(quán)利義務(wù)關(guān)系，避免了類似事件發(fā)生。

[1]景翠玲.對樁基檢測方法及樁基質(zhì)量檢測數(shù)量在規(guī)范中的規(guī)定探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009(14).

[2]楊華,徐振華. 幾種樁身完整性檢測方法的對比分析[J]. 廣州土木與建筑,2010(10).