肖云偉
(中國水利水電第十四工程局有限公司,昆明,650041)
向家壩水電站灌區(qū)涉及四川省宜賓、瀘州、自貢、內(nèi)江4市21個縣(區(qū))和云南省昭通市水富縣,設計灌溉面積23.26萬hm2,并補充灌區(qū)內(nèi)145個城鎮(zhèn)(包括8座縣城)和443.61萬農(nóng)村人口的生產(chǎn)生活用水,并向自貢、內(nèi)江市區(qū)和隆昌縣城供水。灌區(qū)開發(fā)任務以灌溉為主,兼顧城鄉(xiāng)生活、工業(yè)供水。北總干渠一期工程灌溉沱江以西的灌區(qū),設計灌溉面積13.238萬hm2,并向自貢、內(nèi)江市區(qū)和隆昌縣城供水,渠首設計流量98.0m3/s[1-2]。
木橋溝渡槽位于邱場分干渠自貢段K19+056.500~K19+413.500,總長357.00m,共計12跨。上部結(jié)構(gòu)采用三向預應力矩形槽,最大跨度30m,最大斷面為5.20m×4.05m(寬×高)。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用空心墩+樁基礎(chǔ),槽臺采用實體臺身+樁基礎(chǔ)[1]。樁基為C30水下混凝土,均為端承樁,槽墩樁端嵌入弱風化泥巖不小于4.0m,樁孔直徑均為φ180cm,每個承臺(槽臺)下部布置4根樁基,共計52根,中心間距4.5m~5.0m,樁長15.0m~26.0m。
木橋溝渡槽橫跨鎮(zhèn)溪河,渡槽跨河段河床面高程287m,勘察期間河水位291.5m,河道寬約33m,河谷地貌呈不對稱的“U”形河谷地貌[1]。鎮(zhèn)溪河河谷左岸岸坡高程320m以下地形寬緩,地形坡角約12°,地表多為水田;高程320m以上地形較陡,地形坡角約為50°,山頂高程386m,自然邊坡高度約99m;鎮(zhèn)溪河右岸岸坡下緩上陡,下部邊坡坡角約為15°~22°,上部邊坡坡角約為50°~60°,山頂高程396m,自然邊坡高度約為109m。河床分布有沖洪積粉質(zhì)粘土層,厚度約3m,左岸順坡體分布有殘坡積粉質(zhì)粘土夾碎石,鉆孔揭第四系厚1.0m~5.3m,零星分布有崩塌砂巖塊石;兩岸邊坡大部分地段基巖裸露,河床及鎮(zhèn)溪河兩側(cè)緩坡地帶地層巖性為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)棕紅色、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾長石砂巖,兩側(cè)山體上部陡坡段為白堊系下統(tǒng)窩頭山組(K1w)長石砂巖夾泥巖,巖層產(chǎn)狀280°∠15°[1]。鉆孔揭示,強風化帶厚約2.7m~9.5m,弱風化帶厚約8.8m~15.60m。
根據(jù)設計要求,木橋溝渡槽單樁豎向抗壓靜載試驗樁數(shù)量為3根,同一墩、臺位置只能選擇1根試驗樁,試驗方法滿足《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)要求,各墩、臺樁基設計豎向承載力見表1。
表1 木橋溝渡槽各墩、臺樁基設計豎向承載力
根據(jù)目前國內(nèi)常用的靜載試驗檢測方式及本工程的特點,主要對三種靜載試驗檢測方案進行研究和比選:①堆載試驗方案;②錨樁反力試驗方案;③自平衡法試驗方案。
4.1.1 堆載反力法試驗方案
堆載反力法是單樁豎向靜載試驗提供反力的一種方式,即通過以試樁為中心搭設試驗平臺,碼放砂袋水袋、混凝土塊體配重、鋼錠等,通過現(xiàn)場對樁頭千斤頂進行加壓,逐步將平臺頂起,從而使重力傳遞到樁體上,給試樁提供豎向壓力,得出試樁的承載力能否滿足設計的要求。
4.1.2 錨樁反力法試驗方案
錨樁反力裝置就是將被測樁周圍對稱的幾根錨樁現(xiàn)場采用錨筋與反力架連為一體,依靠樁頂?shù)那Ы镯攲⒎戳茼斊穑杀贿B接的錨樁提供反力的一種方式,提供反力的大小由錨樁數(shù)量,反力架強度和被連接錨樁的抗拔力決定[3-9]。
4.1.3 自平衡法試驗方案
自平衡法測樁法是一種基于在樁基內(nèi)部尋求加載反力的間接的靜載荷試驗方法。其主要裝置是一種特制的荷載箱,它與樁身的鋼筋籠連接而安置于樁身下部,試驗時,從樁頂通過輸壓管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力[5],將荷載箱的高壓油泵和位移棒一起引到地面,從而調(diào)動樁周土的摩阻力與端阻力,將荷載通過鋼板將力傳遞到樁身,用上述三個部位的摩擦力來達到自平衡的一種方式。
4.2.1 堆載試驗方案的優(yōu)缺點
堆載反力法可對工程樁進行隨機抽樣檢測,可以明顯改善油泵加載中的過沖現(xiàn)象,不受特征值噸位限制[9],容易控制荷載數(shù)量的大小,是樁基靜載試驗較為常見的一種,但對場地地基承載力要求較高,且水利工程中出現(xiàn)的渡槽多在山嶺地區(qū),配重的運輸成本高。
4.2.2 錨樁反力試驗方案的優(yōu)缺點
錨樁反力法安裝快捷,一般不會受現(xiàn)場條件和加載噸位數(shù)的限制,特別是在群樁區(qū),可利用鄰近的工程樁提供反力,但安裝時荷載對中不易控制,試驗開始階段容易產(chǎn)生過沖,使用工程樁作為錨樁時,會對工程樁的承載力產(chǎn)生一定的影響[3-4,6-9],甚至影響樁基質(zhì)量,且在試驗過程中一旦拔出地錨,試驗將無法繼續(xù)下去。
4.2.3 自平衡法試驗方案的優(yōu)缺點
自平衡法省時省力且不受場地限制,沒有堆載,也不要笨重的反力架,檢測十分簡單、方便、安全、無污染,但對于大噸位、大尺寸樁自身的平衡位置不易控制,且設備要在過程中埋深保護好,現(xiàn)場實操存在一定的困難。
(1)綜合經(jīng)濟比較:主要設備費用、人工費用、附加工程費用等綜合經(jīng)濟費用比較。
(2)施工進度要求:采取的試驗方案要滿足施工進度的需要。
(3)設備來源:要考慮施工單位已有裝備條件和可能新增設備的來源,盡可能地充分利用現(xiàn)有及附近設備。
(4)施工班組對設備使用技術(shù)的掌握程度:要充分考慮施工班組對設備使用技術(shù)的掌握程度,以保證現(xiàn)場施工安全。
(5)周邊環(huán)境因素:要充分考慮進場條件及現(xiàn)場生產(chǎn)設施的布置情況,盡量減少轉(zhuǎn)載次數(shù),減少設備、人工的投入。
(1)自身條件:木橋溝渡槽位于邱場分干渠自貢段K19+056.500~K19+413.500,橫跨鎮(zhèn)溪河,河谷地貌呈不對稱的“U”形河谷地貌,總長357.00m,樁基為C30水下混凝土端承樁,樁端嵌入弱風化泥巖不小于4.0m,樁孔直徑為φ180cm,每個承臺下部布置4根樁基,樁長15.0m~26.0m。
(2)現(xiàn)場施工情況及條件:0#墩距離水井壩上隧洞出口約10m,洞口需作為水井壩上隧洞出口工作面,目前0#墩不具備樁基施工條件;3#墩、6#墩、9#墩由于現(xiàn)場已澆筑承臺已不具備檢測條件;7#墩、8#墩槽墩基礎(chǔ)面低于鎮(zhèn)溪河現(xiàn)有水面約3m,一方面考慮7#槽墩、8#槽墩圍堰對河道過水面影響最小的情況下,圍堰內(nèi)不具備現(xiàn)場單樁豎向承載力檢測條件,另一方面,單樁豎向承載力檢測采用堆載法對基礎(chǔ)的要求較高,7#槽墩、8#槽墩基礎(chǔ)無法滿足試驗要求;10#、11#槽墩、12#墩位于河道右岸邊坡較陡部位且由于目前場內(nèi)便道影響,暫不具備樁基施工條件。
(3)周邊環(huán)境:木橋溝渡槽左岸從退水閘進場道路銜接修建場內(nèi)道路至鎮(zhèn)溪河右岸河邊,左岸從當?shù)剜l(xiāng)道經(jīng)過杉樹咀進口修建場內(nèi)道路至鎮(zhèn)溪河邊,鄉(xiāng)道、新建場內(nèi)道路3.0m~4.0m,左右岸道路跨河處采用貝雷橋連通,貝雷橋限寬3.5m。
從上述綜合條件結(jié)合經(jīng)濟分析各方案優(yōu)缺點來看,堆載反力法不受噸位限制,容易控制荷載數(shù)量大小,但對場地地基要求較高[11];錨樁反力法安裝快捷,但木橋溝渡槽樁基非群樁布置,還需要增加平衡樁作為錨樁,費用高、進度慢;自平衡法省時省力,但木橋溝渡槽樁豎向承載力要求大,大尺寸樁自身的平衡位置不易控制,且施工班組對自平衡法所需設備使用技術(shù)及設備的埋設不甚掌握。綜合考慮后本工程靜載試驗選擇在1#槽墩、2#槽墩、5#槽墩采用堆載反力法方案進行樁基靜載試驗。
通過對單樁豎向靜載試驗檢測方案的比較研究,做試驗時首先要注意各種檢測方案的應用范圍,從荷載大小、樁長、場地布置、進場條件等統(tǒng)籌考慮,再根據(jù)實際情況作具體分析,以便找出既經(jīng)濟又快速并能確保靜載檢測質(zhì)量的合理方案。