自平衡試驗法在大直徑嵌巖樁工程中的應(yīng)用

徐澤華

余杭交通建設(shè)有限公司 浙江杭州 311100

1 工程概況

砂拉越日拔大橋項目主線全長3586．234m，其中橋梁部分總長1283．04m，主橋為3跨半漂浮體系雙塔雙索面混凝土結(jié)構(gòu)斜拉橋，橋梁跨徑組合為（108．4+267．6+108．4）m；道路部分總長2303．194m。

1.1 主要施工內(nèi)容包括

①修建一座橫跨Kemena河的雙向4車道橋梁，設(shè)計速度80km/h，包括一座跨越城市主干道的立交橋；②修建帶有排水、照明系統(tǒng)的引橋；③街道照明和道路交通安全設(shè)施的安裝，橋梁裝飾照明系統(tǒng)和景觀美化。④民都魯側(cè)既有道路改造加寬、Jepak側(cè)連接到既有路的新建道路。本工程樁基數(shù)量共327根，φ1．0m樁282根，φ2．5m樁45根。樁基檢測包括自平衡法（僅非工程樁）、靜載法、高應(yīng)變法、靜動法、低應(yīng)變法、聲波透射法及鉆孔取芯法等多種類型，本文僅對自平衡試驗進(jìn)行探討[1]。

1.2 試樁參數(shù)及地質(zhì)情況

本工程φ2．5m樁自平衡法試樁設(shè)計工作荷載2500t，最大試驗荷載5000t，位于民都魯側(cè)主墩承臺附近．

2 自平衡原理及與傳統(tǒng)靜載法

2.1 自平衡原理

自平衡試樁法是一種接近于豎向抗壓樁實際工作條件的試驗方法，通過量測預(yù)先埋置在樁內(nèi)鋼筋籠上的應(yīng)變計，就可以實測到各應(yīng)變計在每級荷載下產(chǎn)生的應(yīng)變，由此求得在各級荷載作用下試樁截面的樁身軸力值，以及軸力、摩阻力隨荷載和土層分布變化的傳遞規(guī)律。

2.2 堆載法

采用堆載法進(jìn)行試樁試驗。經(jīng)設(shè)計：主梁需采用雙拼雙層鋼箱梁，鋼箱梁由4根H900型鋼組合焊接而成，寬1m、高1．85m、長16m。堆載高度需要15．15米，場地地基要求高，主梁的制安加工要求高，需極高的成本，且存在極大的安全隱患。

2.3 錨樁法

采用錨樁法進(jìn)行試樁試驗。經(jīng)設(shè)計：需在試樁附近區(qū)域打四根錨樁，且錨樁頂需結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，主梁需采用雙拼雙層鋼箱梁（與上述堆載法結(jié)構(gòu)相同）。

3 主要試驗設(shè)備

①每根試樁采用一個特制環(huán)形荷載箱，荷載箱包含4個對稱布置的900t千斤頂。②高壓油泵：最大加壓值為70MPa，加壓精度為每小格0．4MPa。③位移測量裝置：樁身位移檢測采用高精度電子位移傳感器，型號GEOKON44。④應(yīng)力測量裝置：樁身軸力檢測采用振弦式應(yīng)變計，型號GEOGAGEGV4200，量程3000με，靈敏度±0．1%FS，使用溫度-20至80℃。⑤電子水準(zhǔn)測量儀：電子水準(zhǔn)儀來測量焊接在樁頂鋼筋上的標(biāo)尺的讀數(shù)變化，用來測量樁頂位移[2]。⑥筆記本電腦及數(shù)據(jù)自動采集儀一套。

4 儀器安裝及方案實施

4.1 荷載箱位置的確定

在荷載箱以下的樁側(cè)阻力以及樁端阻力之和與荷載箱以上的樁阻力達(dá)到極限值并且相等時的位置為荷載箱設(shè)置的位置，即“平衡點(diǎn)”。本項目ET-01樁基采用單荷載箱，根據(jù)設(shè)計公司提供數(shù)據(jù)，此荷載箱距樁底約6m；根據(jù)本項目地勘數(shù)據(jù)與國內(nèi)規(guī)范《港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程（JTJ285-2000）》第4．2．3條對嵌巖樁單樁軸向抗壓承載力設(shè)計值進(jìn)行計算，計算過程如下：

嵌巖樁單樁軸向抗壓承載力設(shè)計值可按下式計算：

覆蓋層段承載力：1872kN；入巖長度12．5米，嵌巖段側(cè)阻力：121200Kn；嵌巖段端阻力：13200Kn。

荷載箱距樁底約6m此設(shè)計合理。

4.2 荷載箱的安裝

本項目鋼筋籠保護(hù)層厚度75mm，籠直徑2350mm，通過將荷載箱立放，再綁扎鋼筋的方式，完成荷載箱安裝，含荷載箱的鋼筋籠共14m長，重量達(dá)到14t，其中荷載箱重量5t。

埋設(shè)完荷載箱后，及時保護(hù)油管及鍍鋅管封頭并做好標(biāo)記，防止水泥漿滲入，保證管線不受破壞。

4.3 喇叭口的焊接

混凝土澆筑時，為防止導(dǎo)管無法通過荷載箱預(yù)留孔和預(yù)防導(dǎo)管損壞儀器，在荷載箱上下鐵板上需焊接喇叭筋。喇叭筋數(shù)量不應(yīng)少于主筋數(shù)量，且與荷載箱平面夾角大于60°。

4.4 應(yīng)變計、位移桿安裝

應(yīng)變計在土層分界面處沿樁身對稱布置2或4個，為了得到準(zhǔn)確土層摩阻力數(shù)據(jù)，項目部根據(jù)地勘資料，共布置12層。位移桿共計12根，4根用于量測樁身荷載箱處的向上位移，4根用于量測樁身荷載箱處的向下位移，4根用于量測樁頂向上位移。位移管護(hù)管與鋼筋籠綁扎成整體，位移桿護(hù)管使用φ12．5mm鍍鋅管。

4.5 鋼筋籠安裝及砼灌注

鋼筋籠總計分為5節(jié)，合計總重約57t。澆筑混凝土控制塌落度200+25mm，混凝土初凝時間控制在8小時以上，單樁理論方量為267m3。當(dāng)混凝土接近荷載箱時，拔導(dǎo)管速度應(yīng)放慢，當(dāng)荷載箱上部混凝土高度大于4m時導(dǎo)管底端方可拔過荷載箱，澆混凝土至設(shè)計樁頂。

4.6 搭設(shè)防風(fēng)棚架

現(xiàn)場共需兩個防風(fēng)棚架，一個防風(fēng)棚架確保測試時儀器不受外界影響，另一個用來安置電子水準(zhǔn)測量儀[3]。

5 效益分析

本次自平衡試驗總計38天，開鉆時間2019年9月30日，混凝土澆筑完成日期10月8日，試驗開始時間11月5日，試驗結(jié)束11月7日，混凝土試塊7天強(qiáng)度35Mpa，28天強(qiáng)度53Mpa。相比與傳統(tǒng)堆載法試驗，無需場地處理，堆載塊的安卸，因此自平衡試樁法在本項目中的應(yīng)用大大節(jié)約試驗周期時間，為驗證樁基設(shè)計合理性、安全性提供了理論依據(jù)。

此外，本次自平衡試驗試驗檢測費(fèi)共約24萬馬幣，若采用靜載實驗法，參考以往同級別靜載試驗法經(jīng)驗，主梁和次梁所需鋼材約200t（加工并運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場費(fèi)用約110萬馬幣），鋼主梁（單榀重約60噸）安裝需要用到大型起重設(shè)備，總費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過24萬馬幣，因此自平衡試樁法在本項目中的應(yīng)用大大節(jié)約了項目成本。

6 結(jié)語

馬來西亞砂拉越日拔大橋項目自平衡試驗取得圓滿成功，達(dá)到了預(yù)期的目的，為2500mm樁基施工起到較好的指導(dǎo)。自平衡試驗法具有安全、省時、省力且更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可對我公司類似大直徑嵌巖樁基試樁提供參考。