韓志成

（河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊 050021）

自平衡測(cè)樁法在洺河渡槽工程中的應(yīng)用

韓志成

（河北省南水北調(diào)工程建設(shè)管理局，石家莊 050021）

洺河渡槽是南水北調(diào)中線工程總干渠上的一座大型河渠交叉建筑物，槽身為三槽一聯(lián)矩形預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其樁基設(shè)計(jì)試驗(yàn)荷載已臨近目前國(guó)內(nèi)常規(guī)試樁最大極限荷載。該文通過(guò)介紹洺河渡槽樁基檢測(cè)的方案比選和自平衡測(cè)樁法的發(fā)展概況、工作原理、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析，全面闡述了自平衡測(cè)樁法在洺河渡槽工程中的應(yīng)用。此應(yīng)用在南水北調(diào)工程建設(shè)中尚屬首次，本工程的實(shí)踐為自平衡測(cè)樁法在南水北調(diào)其他工程中的推廣和應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)。

堆載法；錨樁法；自平衡；數(shù)據(jù)分析

1 基本情況

洺河渡槽是南水北調(diào)中線總干渠上的大型河渠交叉建筑物，位于河北省永年縣城西鄧底村與臺(tái)口村之間的洺河上，全長(zhǎng)930m，其中槽身長(zhǎng)829m，渡槽槽身縱向?yàn)?6跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，單跨長(zhǎng)40m。槽身為三槽一聯(lián)矩形預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單槽凈寬7m，槽凈高6.8m，設(shè)計(jì)流量230m3/s，加大流量260m3/s。渡槽共布置17個(gè)槽墩，墩身為實(shí)體重力墩，由墩帽、墩身、承臺(tái)組成。承臺(tái)下設(shè)兩排灌注樁，每排7根，樁徑1.7m，樁長(zhǎng)13.5～54m，單樁設(shè)計(jì)承載力1400kN。

2 檢測(cè)方案的比選

按照設(shè)計(jì)要求樁基成型后，需要進(jìn)行承載力檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)規(guī)范，本工程的單樁試驗(yàn)荷載要達(dá)到2800kN。目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)有堆載法、錨樁法，兩者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(guò)反力架上的堆重與之平衡，后者通過(guò)反力架將反力傳給錨樁，與錨樁的抗拔力平衡。

2.1 采用堆載法存在的問(wèn)題

設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高在地表以下10m左右，且洺河常年有水，這就涉及到基坑開(kāi)挖、排水、支護(hù)等一系列的措施，才能保證試驗(yàn)的順利、安全進(jìn)行。

要解決幾百噸甚至上千噸的荷載來(lái)源、堆放及運(yùn)輸問(wèn)題，不但會(huì)產(chǎn)生很高的費(fèi)用，也存在巨大的安全隱患。

要解決千斤頂、反力梁等技術(shù)問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)做到試樁最大極限承載力為3000t，而且管理部門(mén)明確建議堆載法盡量在1500t以下，而本工程的試驗(yàn)荷載已達(dá)2800t，接近國(guó)內(nèi)已有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的上限，經(jīng)聯(lián)系檢測(cè)單位都認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)太大，不宜采用此方案進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 采用錨樁法檢測(cè)存在的問(wèn)題

采用錨樁法同樣存在基坑開(kāi)挖、降水、支護(hù)等問(wèn)題，而且處于墩臺(tái)群樁中的試樁周?chē)蚴芸臻g限制難以設(shè)置錨樁。

由于試驗(yàn)荷載太大，需要設(shè)置多根錨樁及反力大梁，不僅所需費(fèi)用昂貴，時(shí)間較長(zhǎng)，而且會(huì)因?yàn)閲嵨缓蛨?chǎng)地條件的原因而存在巨大的安全隱患，工期也難以保證。

2.3 采用自平衡法檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

自平衡法裝置簡(jiǎn)單，不占用場(chǎng)地、不需運(yùn)入數(shù)百噸或數(shù)千噸物料，不需構(gòu)筑笨重的反力架。試樁準(zhǔn)備工作省時(shí)省力，可在原地面進(jìn)行試驗(yàn)，不需要對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖、降水、支護(hù)，大大增加實(shí)驗(yàn)的安全性。試驗(yàn)費(fèi)用較省，與以上兩種方法相比可節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用50%。利用輸壓管對(duì)試驗(yàn)樁底進(jìn)行壓力灌漿后，試驗(yàn)樁仍可作為工程樁使用。

3 自平衡法的發(fā)展概況

基樁自平衡測(cè)試方法思路最早由日本的中山（Nakayama）和藤關(guān)（Fujiseki）于1973年提出，并取得了鉆孔樁的測(cè)試專利。1985年，美國(guó)西北大學(xué)學(xué)者Osterberg在分析、總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間對(duì)自平衡測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究、開(kāi)發(fā)，并于1989年在橋梁鋼樁中成功進(jìn)行了首次商業(yè)試驗(yàn)，后逐漸推廣至各種樁型。因此基樁自平衡法載荷試驗(yàn)原名為Osterbergcell載荷試驗(yàn)。至今，該法已在美、英、日、加拿大、新加坡、中國(guó)等10余個(gè)國(guó)家和地區(qū)得到推廣應(yīng)用，在北美已被公認(rèn)為是進(jìn)行基樁靜載荷試驗(yàn)的首選方法，應(yīng)用十幾年來(lái)，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)千次的O-cell試驗(yàn)，其中約半數(shù)是工程樁，幾乎涵蓋灌注樁和預(yù)制樁型。試樁最大深度90m，最大直徑3m，最大荷載133000kN。O-cell法于1993年由清華大學(xué)水利水電系李廣信教授引入國(guó)內(nèi)，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)多家單位對(duì)自平衡試樁法展開(kāi)大量理論研究、模型試驗(yàn)和學(xué)術(shù)討論之后，自平衡法開(kāi)始在國(guó)內(nèi)實(shí)踐和應(yīng)用。2002年，自平衡法被國(guó)家建設(shè)部列為科技成果推廣項(xiàng)目。

4 自平衡法的原理

樁基自平衡檢測(cè)法的主要裝置是荷載箱，由活塞、頂蓋、底蓋、箱壁4部分組成，主要功能是用于加載實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)，樁的外徑略大于荷載箱頂蓋、底蓋的外徑，頂蓋、底蓋上布置有位移棒，見(jiàn)圖1～圖4。

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果計(jì)算可得在基樁中存在一個(gè)平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)的下部樁體摩阻力和上部樁體的負(fù)摩阻力可以達(dá)到一個(gè)平衡。將荷載箱埋設(shè)在該位置，向上下兩段樁體施壓，并記錄施壓過(guò)程中樁體的位移，對(duì)位移進(jìn)行分析即可得到基樁的極限承載力。與其他靜載荷試驗(yàn)相同，自平衡法的最終目的也是對(duì)測(cè)試進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而確定單樁極限承載力。

圖1 荷載箱埋設(shè)立面圖

洺河渡槽共進(jìn)行了5根樁自平衡實(shí)驗(yàn)，其中前兩根2～10和10～4，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)勘察結(jié)果和不同地層的樁側(cè)極限摩阻力及樁端巖石飽和和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但實(shí)際值與設(shè)計(jì)值出入較大，出現(xiàn)了上部側(cè)摩阻力不足的問(wèn)題，為提高荷載箱上樁周側(cè)阻力，在進(jìn)行3～11、4～7和6～8三根實(shí)驗(yàn)樁時(shí)參考2～10和10～4兩根試驗(yàn)樁實(shí)測(cè)的側(cè)摩阻系數(shù)進(jìn)行了配重。

5 實(shí)驗(yàn)步驟

5.1 安裝荷載箱

圖2 喇叭筋大樣圖

將荷載箱按計(jì)算位置與鋼筋籠進(jìn)行焊接連接，具體操作為：吊車(chē)將上節(jié)鋼筋籠吊起與荷載箱上頂板焊接（所有主筋圍焊，并確保鋼筋籠與荷載箱起吊時(shí)不會(huì)脫離），保證鋼筋籠與荷載箱在同一水平線上，再點(diǎn)焊喇叭筋，喇叭筋上端與主筋，下端與內(nèi)圓邊緣點(diǎn)焊，保證荷載箱水平度小于0.5%；然后荷載箱下底板與下節(jié)鋼筋籠連接，焊接下喇叭筋見(jiàn)圖5。

圖3 荷載箱平面圖

圖4 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

5.2 澆筑成樁

待成孔后，用吊車(chē)將安裝荷載箱的鋼筋籠下到鉆孔內(nèi)，然后進(jìn)行混凝土灌注施工。在灌注混凝土?xí)r要注意：當(dāng)混凝土接近荷載箱時(shí)，拔導(dǎo)管速度應(yīng)放慢；當(dāng)荷載箱上部混凝土高度大于2.5m時(shí)，導(dǎo)管底端方可拔過(guò)荷載箱，澆混凝土至設(shè)計(jì)樁頂；荷載箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

圖5 荷載箱

5.3.1 加、卸載分級(jí)

試樁每次加載分9級(jí)，卸載分5級(jí)進(jìn)行。加（卸）載第一級(jí)均可取預(yù)設(shè)加載量的20%。

5.3.2 觀測(cè)

每級(jí)加載后在第1h內(nèi)應(yīng)在5、15、30、45、60min測(cè)讀1次，以后每隔30min測(cè)讀一次，每級(jí)荷載卸載后，應(yīng)觀測(cè)樁頂?shù)幕貜椓?，觀測(cè)辦法與加載相同。卸載到零后，至少在2h內(nèi)每30min觀測(cè)1次。

每級(jí)加載下沉量，在最后30min不大于0.1mm時(shí)即可認(rèn)為穩(wěn)定。位移量大于或等于40mm，本級(jí)荷載位移量大于或等于前一級(jí)荷載位移量5倍時(shí)，加載即可終止。取此終止時(shí)小一級(jí)的荷載為極限荷載。

5.4 數(shù)據(jù)分析

5.4.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)的整理

繪制荷載—位移（Q～s）、位移—時(shí)間對(duì)數(shù)（s～lgt）曲線，需要時(shí)也可繪制其他輔助分析所需曲線。

5.4.2 承載力確定

法綜合分析確定：

（1）根據(jù)位移隨荷載變化的特征確定。對(duì)于陡變（陡降或陡升）型Q～s曲線，應(yīng)取其發(fā)生明顯陡變的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值。

（2）根據(jù)位移隨時(shí)間變化的特征確定取s～lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯變化的前一級(jí)荷載值。即下段樁取sd～lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級(jí)荷載值，上段樁取su～lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向上彎曲的前一級(jí)荷載值。

（3）出現(xiàn)終止加載條件第二種情況時(shí)，應(yīng)取前一級(jí)荷載值。

（4）對(duì)于緩變型Q～s曲線可根據(jù)位移量確定，宜取s=40mm對(duì)應(yīng)的荷載值；當(dāng)整體樁長(zhǎng)大于40m時(shí)，應(yīng)考慮樁身彈性壓縮量；對(duì)直徑大于或等于800mm的，可取s=0.05D（D為樁端直徑）對(duì)應(yīng)的荷載值。

（5）當(dāng)按上述四款判定上、下段樁的極限承載力未達(dá)到極限時(shí)，可取最大試驗(yàn)荷載值為極限承載力值。

5.4.3 確定單樁豎向抗壓極限承載力Qu

實(shí)驗(yàn)成果見(jiàn)表1。

6 結(jié)語(yǔ)

自平衡測(cè)樁法在洺河渡槽樁基檢測(cè)中的成功應(yīng)用，有效地驗(yàn)證了樁基的實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)承載力的差別，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)施工工藝，保證渡槽的安全提供了科學(xué)依據(jù)，也為此工藝在南水北調(diào)的應(yīng)用和推廣積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)成果

［1］DB32-T291—1999，江蘇省樁承載力自平衡測(cè)試技術(shù)規(guī)程[S].

［2］JT/T 738—2009，山東省基樁承載力自平衡法測(cè)試技術(shù)規(guī)程，樁靜試驗(yàn)自平衡法［S］．

［3］JT/T 738—2009，基樁靜載試驗(yàn)自平衡法［S］．

［4］周煒，楊寶紅，謝杰，等，自平衡檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械鉆孔樁檢測(cè)中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2008（9）.

［5］戴國(guó)亮.樁承載力自平衡測(cè)試法的理論與實(shí)踐[D].南京：南京大學(xué)，2003.

［6］JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

［7］JTG D63—2007，公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Application of Self-balancing Detection Pale Method in the Ming River Aqueduct Project

HAN Zhi-cheng
（The Hebei Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Transfer Project，Shijiazhang 050021，China）

The Ming River aqueduct is a large-scale building of cross rivers and canals in South-to-North Water Transfer Middle Route Project，aqueduct body is coalition between 3-grooves rectangle reinforced concrete structure，design test loads of pile foundations are close to the highest.the paper introduces comparison and selection of pile foundations test schemes in the ming river aqueduct and general development，operating principle，the experiment process，data analysis of self-balancing detection pale method，all-round discusses the application of self-balancing detection pale method in the ming river aqueduct project，it is first appled in South-to-North Water Transfer Middle Route Project，and provids reference for promotion and application in South-to-North Water Transfer other Project.

the anchor pile method；the preloading method；the self-balancing detection method；data analysis

TV672+.3

B

1672-9900（2012）02-0080-03

2012-03-22

韓志成（1972-），男（漢族），河北曲陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事工程技術(shù)工作，（Tel）13722260866。