橋梁鋼管樁基礎(chǔ)液壓振動(dòng)錘施工技術(shù)與承載力分析

朱瑞允，吳正華，程華才

(1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088；2.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400；3.安徽省高速公路試驗(yàn)檢測(cè)科研中心有限公司，安徽 合肥 230601)

1 工程概況

本項(xiàng)目屬于引江濟(jì)淮江淮溝通段，根據(jù)航道整治要求，需要對(duì)跨東淝河的S12高速淮河大橋四號(hào)橋進(jìn)行拆除重建，新建淮河四號(hào)橋采用原位改建，改建前，為了維持合淮阜高速公路的正常運(yùn)營(yíng)，需要首先修建臨時(shí)保通道路橋梁。

圖1 新建淮河四號(hào)橋及臨時(shí)保通橋效果圖

臨時(shí)保通橋按照快速化施工技術(shù)理念設(shè)計(jì)，其上部結(jié)構(gòu)為先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)的鋼板組合梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用Φ1200×14 mm的鋼管樁，由于臨時(shí)保通橋需承擔(dān)2年的高速運(yùn)營(yíng)任務(wù)，其按照永久結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單根鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)約19 m，設(shè)計(jì)承載力不低于2500KN，荷載試驗(yàn)承載力要求大于5 000 kN。

2 鋼管樁施工現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)鋼管樁常用的施工設(shè)備主要有三種：液壓振動(dòng)錘、導(dǎo)桿式柴油打樁錘及筒式液壓沖擊打樁錘。液壓振動(dòng)錘是利用共振理論設(shè)計(jì)的，利用機(jī)械振動(dòng)減少樁與土壤間的摩擦力，并依靠其自重或外加壓力作用下達(dá)到沉樁的目的。導(dǎo)桿式柴油打樁錘是通過(guò)沖入筒體的霧狀燃料爆發(fā)，使錘芯形成“跳高”，錘芯以自由落體方式提供沖擊能量打擊樁體，屬于沖擊式樁錘。液壓沖擊打樁錘也屬于沖擊式樁錘，工作原理是錘芯(沖擊塊)通過(guò)液壓裝置提升到預(yù)定高度后快速釋放，錘芯以自由落體或從液壓系統(tǒng)中獲得加速度能量來(lái)提供高沖擊速度而打擊樁體。

3 YZ-400L高頻液壓振動(dòng)錘選擇

受前期施工場(chǎng)地限制，項(xiàng)目部首先選用了液壓振動(dòng)錘作為保通橋鋼管樁打樁設(shè)備，液壓振動(dòng)錘需要的輔助機(jī)械少，只需要配置一臺(tái)吊車即可，且吊車也可用于鋼管樁轉(zhuǎn)運(yùn)，施工組織相對(duì)簡(jiǎn)單。液壓振動(dòng)錘的選擇計(jì)算主要需要比較參振總重量、激振力、工作振幅等，為滿足設(shè)計(jì)施工要求，本項(xiàng)目選用了YZ-400L高頻液壓振動(dòng)錘。

表1 YZ-400L液壓振動(dòng)錘技術(shù)參數(shù)

4 液壓振動(dòng)錘試樁施工概述

為檢驗(yàn)鋼管樁設(shè)計(jì)方案的合理性、樁基長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的合理性、以及施工設(shè)備和終孔標(biāo)準(zhǔn)的確定，鋼管樁正式施工前首先需要進(jìn)行設(shè)計(jì)試樁。

4.1 試樁樁長(zhǎng)復(fù)核性驗(yàn)算

根據(jù)地質(zhì)條件情況，項(xiàng)目選擇在保通橋24#墩附近(24#墩設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)19 m)進(jìn)行設(shè)計(jì)試樁。為確保設(shè)計(jì)試樁一次成功，試樁前首先要進(jìn)行設(shè)計(jì)試樁樁長(zhǎng)復(fù)核，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3363-2019)，沉樁單樁豎向承載力計(jì)算如下：

表2 單樁豎向承載力計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算，樁長(zhǎng)21 m即能達(dá)到249 t，偏安全考慮，設(shè)計(jì)試樁按22 m長(zhǎng)進(jìn)行配樁。

4.2 試樁施工過(guò)程

采用130 t履帶吊通過(guò)振動(dòng)錘及備用鋼絲繩直接起吊鋼管樁，22 m長(zhǎng)鋼管樁一次成型，在測(cè)量引導(dǎo)下調(diào)整通過(guò)振動(dòng)錘振動(dòng)下沉鋼管樁。在整個(gè)振動(dòng)下沉過(guò)程中測(cè)量用經(jīng)緯儀隨時(shí)監(jiān)控垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差要及時(shí)糾正。

設(shè)計(jì)試樁施工總時(shí)長(zhǎng)104 min，地面以上余樁頭2.4 m，實(shí)際入土樁長(zhǎng)19.6 m，最后因鋼管上口開裂停止成樁，此時(shí)最后三陣平均貫入度1.56 cm/min。

5 鋼管樁荷載試驗(yàn)

(1)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)采用錨樁法，反力梁采用HN900×300 mm型鋼，錨樁采用Φ820 mm鋼管，使用800 t油壓千斤頂進(jìn)行加載，位移測(cè)量百分表、靜力載荷測(cè)試儀進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)收集分析，并對(duì)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。

(2)荷載試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)加載到5 500 kN時(shí)，本級(jí)樁頂沉降量為8.53 mm，上級(jí)樁頂沉降量為5.94 mm，樁頂累計(jì)沉降量為40.29 mm，達(dá)到最大加載量。

圖2 靜載試驗(yàn)分級(jí)加載

圖3 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

圖4 SZ-1樁單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié) 論

(1)當(dāng)入土深度達(dá)到19.6 m時(shí)，設(shè)計(jì)試樁荷載試驗(yàn)達(dá)到5 500 kN，略大于2倍設(shè)計(jì)承載力，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)地質(zhì)條件一致，按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)施工能滿足實(shí)際受力要求。

(2)采用YZ-400L液壓振動(dòng)錘施工，最后三陣每陣平均貫入度為1.56 cm/min能滿足設(shè)計(jì)承載力要求，可以指導(dǎo)后續(xù)施工。

(3)因液壓振動(dòng)錘通過(guò)液壓夾具將振動(dòng)力傳遞至鋼管，受長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)影響，出現(xiàn)了鋼管頂口開裂情況，為此，后續(xù)施工鋼管樁需要進(jìn)行局部加強(qiáng)。