王 勇,呂茂豐

(中鐵五局集團(tuán) 機(jī)械化工程有限責(zé)任公司,湖南 衡陽 421400)

自平衡法在特大橋樁基承載力試驗(yàn)中的應(yīng)用

王 勇,呂茂豐

(中鐵五局集團(tuán) 機(jī)械化工程有限責(zé)任公司,湖南 衡陽 421400)

結(jié)合自平衡法在廈蓉高速公路文明特大橋鉆孔灌注樁的承載力試驗(yàn)中的應(yīng)用,詳細(xì)闡釋了自平衡測(cè)樁法的關(guān)鍵技術(shù),總結(jié)了自平衡測(cè)試技術(shù)的施工經(jīng)驗(yàn),為同類橋梁的樁基試驗(yàn)提供有益的借鑒.

自平衡法;樁基承載力;文明特大橋

傳統(tǒng)的樁基荷載試驗(yàn)方法有兩種,即堆載法和錨樁法.這兩種方法都是采用油壓千斤頂在樁頂施加荷載,而千斤頂?shù)姆戳?前者通過反力架的堆重與之平衡,后者通過反力架與錨樁的抗拔力平衡.這兩種方法都需要昂貴費(fèi)用、較長(zhǎng)的時(shí)間,而且易受噸位和場(chǎng)地條件的限制.針對(duì)存在的這些問題,80年代,美國(guó)學(xué)者Osterberg提出在樁底預(yù)埋荷載箱用于測(cè)試樁端阻力和樁側(cè)摩阻力這種樁底平衡的試驗(yàn)方法;90年代,我國(guó)東南大學(xué)在國(guó)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上開發(fā)出將荷載箱移至樁底上部某一平衡點(diǎn),使上端負(fù)摩阻力與下正摩阻力和端阻力相等的方法,稱為自平衡法.同傳統(tǒng)的樁基荷載試驗(yàn)方法相比,自平衡法具有技術(shù)先進(jìn)、加載裝置簡(jiǎn)單、測(cè)試自動(dòng)化程序高和試驗(yàn)費(fèi)用較少等優(yōu)點(diǎn).

本項(xiàng)目為確定單樁豎向抗壓極限承載能力,驗(yàn)證并確定樁基沉降量,同時(shí)驗(yàn)證地質(zhì)勘察報(bào)告所給樁基參數(shù)的可靠性,結(jié)合本工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)承載力高、工期緊張、場(chǎng)地狹窄等實(shí)際情況,決定采用自平衡試樁法進(jìn)行試驗(yàn).

1 工程概況

文明特大橋?yàn)閺B蓉高速公路汝郴段重點(diǎn)控制工程之一,全橋總長(zhǎng)1790.88m.主橋?yàn)?6m + 6 × 120m +66m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁和墩身壁厚為0.6m的雙肢薄壁空心墩;引橋?yàn)榭鐝?0m的先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁,下構(gòu)為直徑2m的柱式墩和壁厚為0.55m的薄壁空心墩兩種.全橋基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ),共348根樁基,樁徑分別為2m,1.8m,1.5m,最大樁深57m. 本項(xiàng)目確定選取8#墩左右幅各一根樁基檢測(cè),設(shè)計(jì)為摩擦樁,試樁情況見表1.

表1 試驗(yàn)樁號(hào)概況

2 自平衡測(cè)試方法簡(jiǎn)介

2.1 測(cè)試原理

自平衡測(cè)樁法是在樁身平衡點(diǎn)位置安裝荷載箱,沿垂直方向加載,即可同時(shí)測(cè)得荷載箱上、下各自承載力.加載設(shè)備采用東南大學(xué)土木工程學(xué)院研制的專利產(chǎn)品——荷載箱,它主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成.頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑,在頂、底蓋上布置位移絲(通過聲測(cè)管下穿).將荷載箱與鋼筋籠連接后安裝在樁身平衡點(diǎn),即可澆筑混凝土,澆筑時(shí)將高壓油管和聲測(cè)管一起引到地面.試驗(yàn)時(shí),從樁頂通過高壓油管對(duì)荷載箱內(nèi)腔施加壓力,箱頂與箱底被推開,產(chǎn)生向上與向下的推力,從而調(diào)動(dòng)樁周土的側(cè)阻力與端阻力來維持載入平衡.圖1為自平衡法測(cè)試示意圖.

圖1 自平衡法測(cè)試示意圖

2.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

基樁自平衡試驗(yàn)采用的設(shè)備有:荷載箱、電動(dòng)油泵、電子位移計(jì)、數(shù)據(jù)采集儀、筆記本計(jì)算機(jī)等.

2.3 測(cè)試規(guī)程

載入采用慢速維持荷載法,測(cè)試按[1]和[2]中規(guī)定進(jìn)行.

單樁豎向抗壓極限承載力判斷標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)[2],實(shí)測(cè)荷載箱上、下位移計(jì)算承載力公式為

其中Qu為單樁豎向抗壓極限承載力;Qu上為荷載箱上部樁的實(shí)測(cè)極限值,按[1]中附錄B“試樁試驗(yàn)辦法”確定;Qu下為荷載箱下部樁的實(shí)測(cè)極限值,按[1]中附錄B“試樁試驗(yàn)辦法”確定;W為荷載箱上部樁自重;γ為荷載箱上部樁側(cè)阻力修正系數(shù),本工程γ取0.8.

3 檢測(cè)結(jié)果分析與建議

3.1 檢測(cè)結(jié)果分析

左幅8-3樁樁于2009年5月25日灌注成樁,2009年6月19日開始測(cè)試;加載到預(yù)計(jì)加載值(2×22000kN)后停止加載,開始卸載.

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的Q?S曲線、S?lgt曲線,樁的測(cè)試曲線屬緩變形,根據(jù)[1]和[2],取最大加載值為單樁極限加載值.

原始Q?S和S?lgt如圖2所示,按照公式(1)計(jì)算.左幅8-3樁基最大承載力為 46306kN,此時(shí)最大位移向上 9.92mm,向下34.71mm,卸載后殘余位移向上5.82mm,向下24.48mm.

圖2 汝郴高速公路第十四合同段文明特大橋左幅8-3曲線圖

上述位移值,尤其是加載初期,均遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)范,可以判斷樁的承載力發(fā)揮主要靠樁側(cè)摩阻力.可以判定:左幅 8-3樁單樁豎向抗壓極限承載力 ≥46306kN;單樁豎向抗壓極限承載力滿足設(shè)計(jì)要求.

3.2 測(cè)試技術(shù)施工建議

(1)樁基下鋼筋籠之前,應(yīng)對(duì)樁孔徑、垂直度、孔底沉渣厚度進(jìn)行檢測(cè),尤其是首次清孔后,泥漿的濃度與正?？讟稘舛绕?或者添加外加劑減慢泥漿的沉淀速度),鋼筋籠與荷載箱放入孔中后進(jìn)行二次清孔.

圖3 鋼箱與鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)焊接

(2)綜合考慮吊裝條件、鋼筋籠的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和荷載箱的埋深位置,將鋼筋籠分三節(jié).第一節(jié)鋼筋籠為將荷載箱豎立在平整地上,將鋼筋籠與荷載箱下板焊接連成一體并焊接下喇叭筋;將第二節(jié)鋼筋籠與荷載箱上板焊接連成一體并焊接上喇叭筋;后用吊車將此兩節(jié)鋼筋籠及鋼箱一起吊到孔口,在孔口上焊接事先制作好的第三節(jié)鋼筋籠.

(3)荷載箱與鋼筋籠所有主筋應(yīng)連接牢固,鋼筋籠中軸線與荷載箱軸線應(yīng)一致,保證荷載箱施力與承載力方向一致.吊車吊起豎直后荷載箱水平度小于5%.

(4)檢查無誤后開始澆注混凝土,當(dāng)混凝土接近荷載箱時(shí),拔導(dǎo)管速度應(yīng)放慢,當(dāng)荷載箱上部混凝土大于 2.5m 時(shí)導(dǎo)管底端方可拔過荷載箱,連續(xù)澆注混凝土至設(shè)計(jì)樁頂.荷載箱下部混凝土坍落度宜大于200 mm,便于混凝土在荷載箱處上翻.

(5)在施工(澆筑混凝土、破樁頭)過程中注意保護(hù)荷載箱、油管及鋼管封頭.

(6)基準(zhǔn)梁布置時(shí)根據(jù)具體情況調(diào)整.陸地試樁時(shí),基準(zhǔn)梁下的樁基礎(chǔ)(可采用20以上工字鋼)打入土中不少于2m.基準(zhǔn)梁一端與樁基礎(chǔ)鉸接,另一端與樁基礎(chǔ)焊接,基準(zhǔn)梁長(zhǎng)度一般不小于8m.

(7)測(cè)試期間試樁周圍不得有較大的振動(dòng).

4 結(jié)論

通過本工程的實(shí)際施工過程,我們體會(huì)到自平衡法有許多優(yōu)點(diǎn):

(1)樁承載力自平衡測(cè)試法與傳統(tǒng)堆載靜壓試驗(yàn)相比,省時(shí)、省力、節(jié)約、安全,特別適用于大噸位、施工場(chǎng)地復(fù)雜的情況,且測(cè)試結(jié)果與靜載測(cè)試相近,可以滿足工程精度要求.

(2)樁基荷載試驗(yàn)的極限承載力值,是在短期荷載作用下測(cè)試結(jié)果.而在實(shí)際橋梁建設(shè)中,恒載是逐步加到樁基上,通車后才有活載作用,偏于安全,而且經(jīng)初步驗(yàn)算,測(cè)出值略大于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),能夠滿足工程安全.

(3)試驗(yàn)后試樁仍可作為工程樁使用,檢測(cè)后通過聲測(cè)管向鋼箱斷開處壓漿,有效地解決了荷載箱處樁基的不連續(xù)問題,保證了樁基的整體性.

(4)采用該法可以判定樁周與樁端的阻力分布,可以清楚地分出樁周和端部的土阻力分布和各自的位移曲線.

(5)選擇荷載箱安裝的合適位置非常關(guān)鍵,使樁上、下段樁極限承載力基本相當(dāng),同時(shí)考慮下段樁位移后有端阻力,應(yīng)使下段樁極限承載力比上段樁極限承載力稍小.

[1]路橋集團(tuán)第一公路工程局.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)[S].北京:人民交通出版社,2000

[2]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.基樁靜載試驗(yàn)自平衡法(JT/T 738-2009)[S].北京:人民交通出版社,2009

Application of Self-balanced Method in Bearing Strength Test of Pile Foundation

WANG Yong,LV Mao-feng
(Mechanical Engineering Co.,Ltd.,China Railway Wuju Group,Hengyang 421400,China )

According to the application of self-balanced method in bearing capacity test of bored pile,the key technologies of self regulation to measure the pile was interpreted in detail,the construction experience of self-balanced test technology was summarized ,and the beneficial model was provided for the similar bridge's pile foundation experiment.

Self-balanced method;bearing capacity of pile foundation;Wen-ming large bridge

U443.15

A

1672-5298(2010)04-0076-03

2010-08-03

王 勇(1975? ),男,湖南衡陽人,中鐵五局集團(tuán)高級(jí)工程師.主要研究方向:公路、橋梁、遂道工程施工技術(shù)與管理