□申 魯 □王長海 □屈艷紅 □宋文瑞（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1.概況

南水北調中線大郎河渡槽工程全長500m，包括進口連接段，梁式渡槽段，出口連接段三部分，其中梁式渡槽段長300m，共10跨，單跨跨度為30m。大郎河梁式渡槽基礎均采用鉆孔灌注樁，總樁數(shù)為200根，樁徑1.8m，單樁樁長33～58m。

2.試驗目的及試驗方法

2.1 試驗目的

大郎河梁式渡槽樁基灌注樁設計時采用的樁側土層摩阻力標準值以及樁端土層承載力容許值均為根據(jù)相關規(guī)范及經驗取值，并無現(xiàn)場試驗成果。對于南水北調中線渡槽這種特大型工程，其樁基施工前有必要進行現(xiàn)場承載力試驗，以驗證樁基設計成果的可靠性，這也是保證渡槽工程安全的重要舉措。

2.2 試驗方法

目前工程領域常用的基樁抗壓承載力試驗方法包括：堆載法、錨樁法、自平衡法等等。其中堆載法和錨樁法均為直接在測試樁樁頂加載，由此確定樁的抗壓承載力，這種方法優(yōu)點是檢測結果直觀，缺點是對于承載力較高的大型樁，檢測成本較高，當單樁抗壓承載力>20000kN時，檢測的難度很大。自平衡法是近些年引入國內的一種基樁承載力檢測方法，該方法是將裝有千斤頂?shù)暮奢d箱焊接在樁身鋼筋籠上預埋入樁體中，利用荷載箱上部土層摩擦力與下部土層摩擦力及樁端承載力平衡進行加載，進而確定樁的抗壓承載力。自平衡法的優(yōu)點是可加載的噸位大，對于承載力較高的大型樁，檢測成本低，缺點是確定荷載箱安裝位置（即向上與向下力的平衡點）存在一定難度，且檢測結果不如前兩種方法直觀，需要進行換算。

大郎河梁式渡槽灌注樁設計樁徑1.8m，最大樁長58m，預估極限承載力超過30000kN。采用堆載法和錨樁法檢測難度都比較大，且費用高、周期長，經分析，最終選用自平衡法作為樁的抗壓承載力試驗方法。

圖1 基樁承載力自平衡試驗示意圖

3.抗壓承載力試驗

3.1 工程場區(qū)地質情況

根據(jù)前期勘測資料，大郎河梁式渡槽工程區(qū)地基主要巖（土）層包括：第③層礫砂、第⑥層重粉質壤土、第⒀-2層卵石、第⒂層砂巖、第⒃-2層粘土巖、第⒃-3層礫質粘土巖。樁基設計采用各層土的樁側摩阻力標準值以及樁端承載力容許值見表1。

表1 大郎河渡槽地基土層力學指標參數(shù)表

3.2 試驗樁總體布置

試驗樁在工程樁正式施工前先行施工并檢測，當試樁抗壓承載力檢測結果滿足設計要求時，再開始工程樁施工。

根據(jù)工程場區(qū)地質情況以及渡槽樁基設計情況，本次試驗共布置兩組試樁，每組3根，共6根。第1組試樁布置在渡槽第2跨跨中（即大郎河右岸河灘），樁長34m，樁徑1.8m；第2組試樁布置在渡槽第6跨跨中（即大郎河主河槽），樁長58m，樁徑1.8m。

每組試樁施工前先在樁位處進行地質鉆探，掌握試樁區(qū)地層情況，再進行試樁施工及檢測。

3.3 抗壓承載力試驗

3.3.1 荷載箱選型及安裝

根據(jù)試樁區(qū)地層情況，首先預估兩組試樁單樁抗壓承載力，計算采用《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTGD63-2007中公式。

[Ra]：單樁軸向受壓承載力容許值（kN），樁身自重與置換土重（當自重計入浮力時，置換土重也計入浮力）的差值作為荷載考慮；u：樁身周長（m）；Ap：樁端截面面積（m2）；n：土的層數(shù)；li：承臺底面或局部沖刷線以下各土層的厚度（m）；qik：與li對應的各土層與樁側的摩阻力標準值（kPa），采用表1中數(shù)值；qr：樁端處土的承載力容許值（kPa），當持力層為砂土、碎石土時，若計算值超過下列值，宜按下列值采用：粉砂1000kPa；細砂1150kPa；中砂、粗砂、礫砂 1450kPa；碎石土 2750kPa；[fa0]：樁端處土的承載力基本容許值（kPa），采用表1中數(shù)值；h：樁端的埋置深度（m）,對于有沖刷的樁基，埋深由一般沖刷線起算；對無沖刷的樁基，埋深由天然地面線或實際開挖后的地面線起算；h的計算值不大于40m，當大于40m時，按40m計算；k2：容許承載力隨深度的修正系數(shù)；γ2：樁端以上各土層的加權平均重度（kN/m3）,若持力層在水位以下且不透水時，不論樁端以上土層的透水性如何，一律取飽和重度；當持力層透水時，則水中部分土層取浮重度；λ：修正系數(shù)，取 0.7；m0：清底系數(shù)，取 0.7。

經計算，第1組試樁（樁長34m）預估單樁抗壓承載力26500kN，第2組試樁（樁長58m）預估單樁抗壓承載力36000kN?？紤]到地基土層實際樁側摩阻力及樁端承載力與設計采用值可能有偏差，經綜合分析，最終確定試樁荷載箱額定最大加載值及安裝位置見表2。

表2 大郎河渡槽試樁荷載箱主要參數(shù)指標表

3.3.2 試驗規(guī)程

3.3.2.1 加載

加載應分級進行，每級加載值取荷載箱額定最大加載值的1/15，按15級14次加載，即第一次按兩倍荷載分級加載。

3.3.2.2 位移觀測

每級加載后在第 1h內分別于 5、15、30、45、60min各測讀一次，以后每隔30min測讀一次。電子位移傳感器連接到電腦，直接由電腦控制測讀，在電腦屏幕上顯示Q-s、s-lgt、s-lgQ曲線。

3.3.2.3 穩(wěn)定標準

每級加載下沉量，在最后30min內如≤0.1mm時即可認為穩(wěn)定。

3.3.2.4 終止加載條件

一總位移量大于或等于40mm，本級荷載的下沉量大于或等于前一級荷載的下沉量的5倍時，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。

二總位移量大于或等于40mm，本級荷載加上后24h未達穩(wěn)定，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。

三總下沉量小于40mm，但荷載已達荷載箱加載極限或位移已超過荷載箱行程，加載即可終止。

3.3.2.5 卸載及測試

一卸載應分級進行，共分5級卸載。每級荷載卸載后，觀測樁頂?shù)幕貜椓?，觀測辦法與沉降相同。直到回彈量穩(wěn)定后，再卸下一級荷載?；貜椓糠€(wěn)定標準與下沉穩(wěn)定標準相同。

二卸載到零后，至少在1.5h內每15min觀測一次，開始30min內，每15min觀測一次。

3.3.3 試驗成果

兩組試樁的試驗成果見表3。

表3 大郎河渡槽試樁實測成果表

根據(jù)自平衡法試驗成果，單樁豎向抗壓承載力按下式計算。

Qu：單樁豎向抗壓承載力（kN）；Qus：荷載箱上段樁的實測加載值（kN）；Qux：荷載箱下段樁的實測加載值（kN）；W：荷載箱上部樁有效自重（kN）；γ：荷載箱上部樁側摩阻力修正系數(shù)，取γ=0.8。

經計算，各組試樁的單樁豎向抗壓承載力見表4。

表4 大郎河渡槽試樁單樁豎向抗壓承載力成果表

4.結論及建議

4.1 對于大郎河渡槽這種單樁承載力較高的樁基，只要合理地選擇荷載箱型號及安裝位置，采用自平衡法檢測基樁豎向抗壓承載力是可行的，且檢測成本遠小于堆載法或錨樁法這類傳統(tǒng)檢測方法。

4.2 大郎河渡槽兩組試樁，按照設計參數(shù)計算的單樁抗壓承載力分別為26500kN和36000kN，按照自平衡法試驗實測單樁豎向抗壓承載力平均值分別為37630kN和53837kN，由此可以看出，大郎河渡槽樁基設計成果是安全可靠的。

4.3 根據(jù)試樁實測成果與設計計算成果對比可以看出，大郎河渡槽樁基設計采用的各巖（土）層樁側摩阻力標準值略偏保守，渡槽樁基設計成果還有進一步優(yōu)化的空間。

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