向家壩灌區(qū)渡槽樁基靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案比較研究

肖云偉

(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概況

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(gè)縣(區(qū))和云南省昭通市水富縣，設(shè)計(jì)灌溉面積23.26萬hm2，并補(bǔ)充灌區(qū)內(nèi)145個(gè)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(wù)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流量98.0m3/s[1-2]。

木橋溝渡槽位于邱場(chǎng)分干渠自貢段K19+056.500～K19+413.500，總長(zhǎng)357.00m，共計(jì)12跨。上部結(jié)構(gòu)采用三向預(yù)應(yīng)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(tái)采用實(shí)體臺(tái)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(fēng)化泥巖不小于4.0m，樁孔直徑均為φ180cm，每個(gè)承臺(tái)(槽臺(tái))下部布置4根樁基，共計(jì)52根，中心間距4.5m～5.0m，樁長(zhǎng)15.0m～26.0m。

2 工程地質(zhì)條件

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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)石砂巖夾泥巖，巖層產(chǎn)狀280°∠15°[1]。鉆孔揭示，強(qiáng)風(fēng)化帶厚約2.7m～9.5m，弱風(fēng)化帶厚約8.8m～15.60m。

3 設(shè)計(jì)對(duì)靜載試驗(yàn)檢測(cè)的要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，木橋溝渡槽單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)樁數(shù)量為3根，同一墩、臺(tái)位置只能選擇1根試驗(yàn)樁，試驗(yàn)方法滿足《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)要求，各墩、臺(tái)樁基設(shè)計(jì)豎向承載力見表1。

表1 木橋溝渡槽各墩、臺(tái)樁基設(shè)計(jì)豎向承載力

4 主要靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案及優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 主要靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)常用的靜載試驗(yàn)檢測(cè)方式及本工程的特點(diǎn)，主要對(duì)三種靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案進(jìn)行研究和比選：①堆載試驗(yàn)方案；②錨樁反力試驗(yàn)方案；③自平衡法試驗(yàn)方案。

4.1.1 堆載反力法試驗(yàn)方案

堆載反力法是單樁豎向靜載試驗(yàn)提供反力的一種方式，即通過以試樁為中心搭設(shè)試驗(yàn)平臺(tái)，碼放砂袋水袋、混凝土塊體配重、鋼錠等，通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樁頭千斤頂進(jìn)行加壓，逐步將平臺(tái)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(shè)計(jì)的要求。

4.1.2 錨樁反力法試驗(yàn)方案

錨樁反力裝置就是將被測(cè)樁周圍對(duì)稱的幾根錨樁現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)度和被連接錨樁的抗拔力決定[3-9]。

4.1.3 自平衡法試驗(yàn)方案

自平衡法測(cè)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(yàn)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(yàn)時(shí)，從樁頂通過輸壓管對(duì)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(dòng)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(gè)部位的摩擦力來達(dá)到自平衡的一種方式。

4.2 各種試驗(yàn)方案優(yōu)缺點(diǎn)

4.2.1 堆載試驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

堆載反力法可對(duì)工程樁進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測(cè)，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(yàn)較為常見的一種，但對(duì)場(chǎng)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(yùn)輸成本高。

4.2.2 錨樁反力試驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

錨樁反力法安裝快捷，一般不會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)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(shí)荷載對(duì)中不易控制，試驗(yàn)開始階段容易產(chǎn)生過沖，使用工程樁作為錨樁時(shí)，會(huì)對(duì)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(yàn)過程中一旦拔出地錨，試驗(yàn)將無法繼續(xù)下去。

4.2.3 自平衡法試驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

自平衡法省時(shí)省力且不受場(chǎng)地限制，沒有堆載，也不要笨重的反力架，檢測(cè)十分簡(jiǎn)單、方便、安全、無污染，但對(duì)于大噸位、大尺寸樁自身的平衡位置不易控制，且設(shè)備要在過程中埋深保護(hù)好，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操存在一定的困難。

5 方案確定

5.1 方案確定原則[10]

(1)綜合經(jīng)濟(jì)比較：主要設(shè)備費(fèi)用、人工費(fèi)用、附加工程費(fèi)用等綜合經(jīng)濟(jì)費(fèi)用比較。

(2)施工進(jìn)度要求：采取的試驗(yàn)方案要滿足施工進(jìn)度的需要。

(3)設(shè)備來源：要考慮施工單位已有裝備條件和可能新增設(shè)備的來源，盡可能地充分利用現(xiàn)有及附近設(shè)備。

(4)施工班組對(duì)設(shè)備使用技術(shù)的掌握程度：要充分考慮施工班組對(duì)設(shè)備使用技術(shù)的掌握程度，以保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

(5)周邊環(huán)境因素：要充分考慮進(jìn)場(chǎng)條件及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)施的布置情況，盡量減少轉(zhuǎn)載次數(shù)，減少設(shè)備、人工的投入。

5.2 方案比選確定

(1)自身?xiàng)l件：木橋溝渡槽位于邱場(chǎng)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(duì)稱的“U”形河谷地貌，總長(zhǎng)357.00m，樁基為C30水下混凝土端承樁，樁端嵌入弱風(fēng)化泥巖不小于4.0m，樁孔直徑為φ180cm，每個(gè)承臺(tái)下部布置4根樁基，樁長(zhǎng)15.0m～26.0m。

(2)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)已澆筑承臺(tái)已不具備檢測(cè)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(duì)河道過水面影響最小的情況下，圍堰內(nèi)不具備現(xiàn)場(chǎng)單樁豎向承載力檢測(cè)條件，另一方面，單樁豎向承載力檢測(cè)采用堆載法對(duì)基礎(chǔ)的要求較高，7#槽墩、8#槽墩基礎(chǔ)無法滿足試驗(yàn)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(chǎng)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(jìn)場(chǎng)道路銜接修建場(chǎng)內(nèi)道路至鎮(zhèn)溪河右岸河邊，左岸從當(dāng)?shù)剜l(xiāng)道經(jīng)過杉樹咀進(jìn)口修建場(chǎng)內(nèi)道路至鎮(zhèn)溪河邊，鄉(xiāng)道、新建場(chǎng)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(jì)分析各方案優(yōu)缺點(diǎn)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(duì)場(chǎng)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(fèi)用高、進(jìn)度慢；自平衡法省時(shí)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(duì)自平衡法所需設(shè)備使用技術(shù)及設(shè)備的埋設(shè)不甚掌握。綜合考慮后本工程靜載試驗(yàn)選擇在1#槽墩、2#槽墩、5#槽墩采用堆載反力法方案進(jìn)行樁基靜載試驗(yàn)。

6 總結(jié)

通過對(duì)單樁豎向靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案的比較研究，做試驗(yàn)時(shí)首先要注意各種檢測(cè)方案的應(yīng)用范圍，從荷載大小、樁長(zhǎng)、場(chǎng)地布置、進(jìn)場(chǎng)條件等統(tǒng)籌考慮，再根據(jù)實(shí)際情況作具體分析，以便找出既經(jīng)濟(jì)又快速并能確保靜載檢測(cè)質(zhì)量的合理方案。