趙治平

（中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司，成都610083）

疊溪古堰塞湖沉積物極限摩阻力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定分析

趙治平

（中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司，成都610083）

采用慢速維持荷載法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取分級(jí)荷載及疊溪古堰塞湖沉積物鋼筋混凝土樁身應(yīng)變值，推導(dǎo)沉積物分層極限摩阻力，作為疊溪古堰塞湖工程地質(zhì)的補(bǔ)充研究。同時(shí)，也可為后期相似古堰塞湖沉積物地層選用物理力學(xué)參數(shù)提供參考依據(jù)。

疊溪古堰塞湖；沉積物；極限摩阻力

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.118

1 概述

某新建鐵路車站四線大橋和雙線大橋橫跨疊溪古堰塞湖尾部沉積物堰塞壩，橋梁樁基礎(chǔ)需穿過深厚的疊溪古堰塞湖沉積物，樁長(zhǎng)超過100m。橋位處地震動(dòng)峰值加速度為0.3g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4s，抗震設(shè)防烈度為8度。橋址地質(zhì)條件極為復(fù)雜，巨厚層古堰塞湖沉積物孔壁自穩(wěn)能力極差，成孔困難。

相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)疊溪古堰塞湖的成因、范圍[1]，消亡過程[2]，古生物演化、氣候變化、河谷發(fā)育等環(huán)境變化[2]以及古堰塞湖沉積物變形構(gòu)造、壩體物質(zhì)粒度分布特征、沉積物結(jié)構(gòu)特征[2]等進(jìn)行了充分研究和分析，已有較深刻的認(rèn)識(shí)；個(gè)別文獻(xiàn)對(duì)堰塞壩自身的整體穩(wěn)定性[3]也有了一定研究。但是，對(duì)該堰塞壩的工程地質(zhì)環(huán)境鮮有研究，尤其是疊溪古堰塞湖的沉積物堰塞壩體橋梁樁基工程地質(zhì)環(huán)境，尚未展開研究?，F(xiàn)場(chǎng)通過混凝土圓形樁基礎(chǔ)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，測(cè)試并近似推算出疊溪古堰塞湖沉積物地層的極限摩阻力參數(shù)。

2 極限摩阻力測(cè)定原理

認(rèn)為古堰塞湖沉積物某一深度內(nèi)樁身軸力約等于此段沉積物對(duì)樁周提供的摩阻力。運(yùn)用慢速維持荷載法進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的同時(shí)，在各級(jí)豎向荷載作用下分別測(cè)取樁身鋼筋和混凝土的應(yīng)變值來推導(dǎo)各層沉積物的極限摩阻力。

2.1 終止加載條件及單樁豎向抗壓極限承載力確定方法[4]

試驗(yàn)終止加載條件和單樁豎向抗壓極限承載力Qu綜合分析確定方法分別參照《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(TB 10218—2008)第7.3.5款、7.4.2款相關(guān)要求。

2.2 極限摩阻力計(jì)算

1）應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。材料的應(yīng)變與應(yīng)力在彈性變形范圍內(nèi)服從胡克定律，即應(yīng)力σ=Eε，式中，E為材料的彈性模量；ε為材料的應(yīng)變。

2）截面應(yīng)力計(jì)算。為了減小誤差，提高試驗(yàn)精度，在同一斷面布置多組應(yīng)變測(cè)量元件，多次測(cè)讀取平均；此外，同一斷面相同材料應(yīng)變值可相互校核，有利于剔除異常數(shù)據(jù)。理論上，在樁身同一斷面測(cè)出的鋼筋與混凝土應(yīng)力應(yīng)完全相等，但受諸多條件影響，鋼筋應(yīng)力σ11，σ12，…，σ1m及混凝土應(yīng)力σ21，σ22，…，σ2m兩兩可能互不相等，則按下式計(jì)算第i截面樁身應(yīng)力σi：

式中，E1、E2為樁身鋼筋和混凝土的彈性模量；ε1、ε2為第截面

測(cè)得的鋼筋、混凝土應(yīng)變。

3）樁身軸力計(jì)算。在某級(jí)荷載作用下，第i截面軸力：

式中，Ai為樁等效平均截面積。

4）摩阻力計(jì)算。第i層沉積物摩阻力：

式中，ri為第i層沉積物中樁基換算平均半徑；hi為第i層沉積物厚度。

3 極限摩阻力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

3.1 測(cè)試斷面布置及應(yīng)變測(cè)量元件安裝

現(xiàn)場(chǎng)選取3處具有代表性且性質(zhì)相似的沉積物地層作為3根試驗(yàn)樁的不同樁位。根據(jù)沉積物分層情況，分別將應(yīng)變測(cè)量元件布設(shè)在樁頂以下1.3～1.6m，樁底以上0.5～0.6m，分層界面上、下約1m處，同時(shí)，在勻質(zhì)深厚沉積物中部等間距增設(shè)2個(gè)斷面，即單樁設(shè)置6個(gè)應(yīng)變測(cè)量斷面，應(yīng)力測(cè)量元件詳細(xì)布設(shè)斷面如表1所示。每個(gè)斷面安裝鋼筋應(yīng)變片16片、溫度補(bǔ)償片2片，鋼筋應(yīng)變計(jì)4根，混凝土應(yīng)變計(jì)4根。

表1 應(yīng)力測(cè)量元件布設(shè)斷面距樁頂距離m

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及單樁承載力測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)利用錨樁主次梁反力裝置[5]加載，運(yùn)用慢速維持荷載法在樁頂逐級(jí)施加豎向荷載并測(cè)取樁頂位移和樁身應(yīng)變等參數(shù)。加載按照最大試驗(yàn)荷載量的1/10逐級(jí)等量加載；卸載分5級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載量取加載分級(jí)荷載的2倍，逐級(jí)等量卸載。最大試驗(yàn)加載荷載及錨(試)樁的樁徑、長(zhǎng)度等根據(jù)需要經(jīng)計(jì)算確定。整理分析測(cè)取數(shù)據(jù)，繪制Q-s、s-lgt、s-lgQ曲線圖，分析得出單樁極限承載力Qu。各試驗(yàn)參數(shù)及單樁極限承載力成果如表2所示。

表2 試驗(yàn)參數(shù)及相關(guān)成果統(tǒng)計(jì)表

3.3 沉積物極限摩阻力成果及結(jié)論分析

疊溪古堰塞湖沉積物分層極限摩阻力最終推算成果如表2所示。1#、3#試樁沉積物粉質(zhì)黏土層摩阻力未達(dá)到《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）參考值，且兩組結(jié)果差異較??；2#試樁沉積物粉質(zhì)黏土層摩阻力雖超過《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）參考值，但與另外兩組結(jié)果相差較大，可信度差；3組試驗(yàn)沉積物碎石土層摩阻力均超過了《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）參考值，且3組結(jié)果差異不明顯，相對(duì)可信。

4 結(jié)語

1）工程存在深厚疊溪古堰塞湖沉積物粉質(zhì)黏土地層，對(duì)結(jié)構(gòu)本身影響較大，極限摩阻力可參考1#、3#試驗(yàn)樁測(cè)試結(jié)果修正使用；工程僅地表淺層為古堰塞湖碎石土地層，對(duì)全樁受力影響甚微，建議該地層極限摩阻沿用規(guī)范許用值。

2）測(cè)試計(jì)算認(rèn)為沉積物某一地層內(nèi)樁身軸力約等于此段沉積物對(duì)樁周提供的摩阻力，但受邊界約束影響，二者差異可能會(huì)很大，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。

3）試樁實(shí)體質(zhì)量對(duì)測(cè)試計(jì)算結(jié)果影響較大，存在諸多不確定因素；現(xiàn)場(chǎng)灌注樁體形態(tài)存在不規(guī)則差異，摩阻力計(jì)算過程采用樁基換算平均半徑ri或等效平均面積Ai欠妥，推算結(jié)果可能較實(shí)際偏大。

4）因受條件限制，現(xiàn)場(chǎng)未能展開大量古堰塞湖沉積物承載力工程試驗(yàn)及相關(guān)研究分析，測(cè)試結(jié)論個(gè)體性差異較大，且試驗(yàn)未考慮地震等動(dòng)態(tài)工程環(huán)境影響因素，約束條件單一，不能有效指導(dǎo)同類古堰塞湖沉積物類似地層工程設(shè)計(jì)；下一步應(yīng)結(jié)合工程樁基礎(chǔ)后期觀測(cè)和其他類似古堰塞湖沉積物相似地層各種動(dòng)、靜態(tài)等綜合工況展開深入研究，進(jìn)一步修正極限摩阻力等相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)。

【1】王蘭生，楊立錚，王小群，等.岷江疊溪古堰塞湖的發(fā)現(xiàn)[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，32(1)：1-11.

【2】王蘭生，王小群，許向?qū)?，?岷江疊溪古堰塞湖的研究意義[J].第四紀(jì)研究，2012，32(5)：998-1010.

【3】段啟忠，姜明月.岷江疊溪大海子地震堰塞壩穩(wěn)定性分析[J].四川水力發(fā)電，2004，23 (1)：93-96.

【4】TB 10218—2008鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

【5】樁基工程手冊(cè)編寫委員會(huì).樁基工程手冊(cè)[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.

Diexi Ancient Dammed Lake Sediments Limit Friction Field Determination Analysis

ZHAO Zhi-ping
(Bridge&Tunnel Engineering Co.Ltd.of China Railway No.3Engineering Group Co.Ltd.,Chengdu 610083，China)

In this paper,using slow speeded load method to get the strain of reinforced concrete pile in Diexi ancient dammed lake sediments, then deducing the ultimate friction resistance each layer of lake sediments,which is used as a supplement of the Diexi ancient dammed lake engineering geological.It can give reference for similar engineering choosing physical and mechanics parameters.

Diexi ancient dammed lake;sediments;ultimate friction resistance

TU473.1

A

1007-9467（2016）11-0036-02

2016-10-24

趙治平（1983～），男，四川廣安人，工程師，從事橋梁、隧道施工技術(shù)與管理研究。