王文武，李建文

(中鐵十六局機(jī)關(guān)測試中心，北京市 100018)

1 工程概況

蘭渝鐵路1－12.0m箱形橋位于甘肅省定西市渭源縣境內(nèi)，為新建蘭渝線下穿既有公路而建，全長194.54m。全橋位于曲線半徑為4500m上，地基基本承載力為120 kPa，設(shè)計(jì)基底應(yīng)力150 kPa，設(shè)計(jì)活載:中－活載，地震烈度為七度，線間距為4.40m。由于箱身基底承載力不足，為提高承載力，在DK119+258.0～DK119+329范圍內(nèi)基底設(shè)灰土擠密樁加固，樁底置于風(fēng)化砂巖層，樁徑為0.4m，樁間距1m，樁長為2m～16m不等。灰土擠密樁均采用梅花型布置，樁頂設(shè)0.3m厚三七灰土墊層。

在現(xiàn)場試驗(yàn)樁施工完成后28天，進(jìn)行單樁復(fù)合地基承載力的試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證施工工藝、檢查施工質(zhì)量?，F(xiàn)場隨機(jī)選取3根灰土樁，其地質(zhì)情況為黃土與圓礫土交替分布，局部夾雜紅砂巖。

2 載荷試驗(yàn)

2.1 加載方式

現(xiàn)場試驗(yàn)最大加載量的確定按復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值的2倍即300 kPa進(jìn)行，分為8級，每級加載量為37.5 kPa，第一級加載量為37.5 kPa。每加一級荷載前后均應(yīng)各讀記承壓板沉降量一次，以后每半個(gè)小時(shí)讀記一次。當(dāng)一小時(shí)內(nèi)沉降量小于0.1mm時(shí)，即可加下一級荷載。

圖1 灰土擠密樁單樁復(fù)合地基現(xiàn)場加載圖

單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)承壓板1.68m×1.68m，承載板底鋪設(shè)50mm中粗砂，試坑開挖至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。采用油泵及油壓千斤頂加載、工字鋼與鋼結(jié)構(gòu)搭設(shè)堆載平臺、堆載工字鋼及鋼筋提供反力，最大堆載重量1100kN。

2.2 荷載及沉降測量

荷載值通過壓力表測量;試樁沉降則通過承壓板四邊對稱架設(shè)的位移傳感器，測試儀自動記錄沉降，所有位移傳感器均用磁性表座固定于基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁安設(shè)在獨(dú)立的基準(zhǔn)樁上。

2.3 終止加載的條件

由規(guī)范[1－3]可知，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載:

(1)沉降急驟增大，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起;

(2)承壓板的累積沉降量已大于其寬度或直徑的6%;

(3)當(dāng)達(dá)不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計(jì)要求壓力的2倍。

當(dāng)滿足前二種情況之一時(shí)，其對應(yīng)的前一級荷載定為極限荷載。

2.4 承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)當(dāng)壓力—沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限;當(dāng)其值小于對應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半;

(2)當(dāng)壓力—沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對變形值確定:

對灰土擠密樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.008所對應(yīng)的壓力。按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載量的一半。

2.5 注意要點(diǎn)

影響單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果的原因很多，試驗(yàn)過程中，應(yīng)把握好每個(gè)具體操作過程，使檢測數(shù)據(jù)更能真實(shí)地反映現(xiàn)場實(shí)際工況。檢測過程中應(yīng)特別注意:①油壓千斤頂、百分表應(yīng)標(biāo)定、調(diào)零;②千斤頂?shù)暮狭χ行膽?yīng)與反力裝置的重心、樁軸線重合，并保證合力方向垂直，以防止加載偏心;③應(yīng)選用耐壓高、工作壓力大和量程大的油管、油泵和壓力表;④百分表應(yīng)布置在千斤頂?shù)鬃袎喊逡韵碌臉渡砦恢茫坏迷诔袎喊迳匣蚯Ы镯斏显O(shè)置沉降觀測點(diǎn)，避免因承壓板變形導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)失真?；鶚恫灰诉^長，打人深度應(yīng)不小于1m，應(yīng)一端固定、一端簡支，減少溫度變化引起基準(zhǔn)梁撓曲變形。⑤基樁間距不宜過短，防止樁周土體下沉引起觀測數(shù)據(jù)偏小。

3 檢測數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場隨機(jī)選取三根灰土樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測，第一根灰土樁(DG－1)里程為:DK3+233.92、中心線左偏3.6m;第二根灰土樁(DG－2)里程為:DK3+221.44、中心線左偏3.6m;第三根灰土樁(DG－3)里程為:DK3+194.92、中心線左偏2.7m。

3.1 荷載－沉降分析

單樁復(fù)合地基承載力的荷載－沉降曲線分別如圖2、圖3、圖4所示。

圖2

圖3

圖4

(1)從圖中可知，當(dāng)外荷載較小時(shí)，隨著荷載增大，樁頂沉降近似呈線性增加;當(dāng)外荷載較大時(shí)，隨著荷載增大，樁頂沉降量非線性增加;荷載一沉降曲線斜率絕對值隨荷載增加而增加。這種變化關(guān)系主要受地基土體塑性性質(zhì)的影響。

(2)通過三圖比較可知，相同等級的外荷載作用下，其樁頂沉降量有較大差異，這主要可能是各樁不同的土質(zhì)情況差異所致。

(3)灰土擠密樁與樁間土體一起形成復(fù)合地基，外荷載通過樁身與土體間的摩擦傳遞到樁身周圍地基土中，如果外荷載不足以克服樁一土間的摩擦力，樁、土沉降變形應(yīng)相互協(xié)調(diào)，此時(shí)，樁頂沉降量為樁身壓縮量與土體壓縮量之和。由于樁身模量大，壓縮量較小，因此，樁頂沉降量主要為樁間土壓縮量，實(shí)際計(jì)算中樁身壓縮量可以忽略不計(jì)，土體壓縮量可以用分層總和法求出。

(4)樁身荷載通過樁一土摩擦傳遞給樁周土體。由于樁身模量大，變形小，樁身范圍各土層與樁身的摩擦力基本一致，因此，外荷載作用下，由樁身外荷載引起的土體沉降量主要與各土層的壓縮模量有關(guān)。

(5)樁頂總沉降為4～16mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

(6)卸載后，樁頂回彈量為0.5～2 mm，回彈率約為12%?；貜椓?、回彈率主要與樁間土性質(zhì)有關(guān)。由于土的塑性性質(zhì)，卸載后，土體要恢復(fù)一部分彈性變形，大部分塑性變形不可恢復(fù)。另外，卸載后，路基回彈量較小，在一定程度上表明，在外荷載作用下，地基塑性變形較大。

3.2 時(shí)間一沉降分析

圖5、圖6、圖7分別為三根試驗(yàn)樁的時(shí)間—沉降時(shí)間對數(shù)曲線。

圖5

圖6

(1)由圖中可知，在同級外荷載作用下，樁的沉降量隨時(shí)間的增加而逐漸增加，60分鐘以前增加較多，60分鐘后增加較少。中間略有微小變化。

(2)外荷載作用下樁頂沉降量隨時(shí)間的變化規(guī)律主要同樁間土體性質(zhì)有關(guān)。大部分外荷載經(jīng)樁一土間相互作用傳遞到周圍土體中，一小部分外荷載由樁端土承擔(dān)。無論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會沉降固結(jié)，空隙水慢慢排除，土體顆粒結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。但需要經(jīng)歷相當(dāng)長的時(shí)間才趨于穩(wěn)定。

圖7

4 結(jié)論與建議

通過對蘭渝鐵路箱型橋單樁復(fù)合地基承載力現(xiàn)場試驗(yàn)，得出以下結(jié)論與建議供后期設(shè)計(jì)和施工參考。

(1)該段天然地基采用灰土擠密樁復(fù)合地基加固處理，其承載力滿足設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)荷載作用下樁頂沉降量較小;在相同荷載等級作用下，不同樁頂沉降量有所差異，沉降量為4～16mm。

(2)荷載作用下的樁頂沉降量主要與樁間土體性質(zhì)有關(guān)。

(3)加載開始時(shí)段，土體沉降變形較大，而后趨于平緩。樁頂最終沉降需要90分鐘以后才能完成，復(fù)合地基最終固結(jié)沉降量有待進(jìn)一步觀測。

(4)堆載預(yù)壓期間，要加強(qiáng)灰土擠密樁樁復(fù)合地基沉降觀測，通過觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算復(fù)合地基的最終沉降量，以確定上部結(jié)構(gòu)的合理施工時(shí)間。

[1]JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50021－2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]GB 50007－2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]牛志榮.地基處理技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.