羅飛躍（1.中電建安徽長九新材料股份有限公司，安徽 池州 247100；2.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

長九（神山）灰?guī)r礦物流廊道工程位于安徽省池州市貴池區(qū)，主要承擔(dān)礦山至碼頭的礦石運(yùn)輸任務(wù)，全長 12.98 km，其中，跨越馬料湖段全長 1 780.0 m，采用鋼管樁＋貝雷橋結(jié)構(gòu)，膠帶機(jī)布置于貝雷橋面上。工程共 99 榀排架，跨度 18.0 m，排架結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)二級(jí)，排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為 50 a。每榀排架由 2 根Φ800 mmδ16 mm 鋼管樁組成，鋼管樁之間采用Φ600 mmδ10 mm 鋼聯(lián)撐連接；管樁上部由樁冒 ＋ 工字鋼蓋梁＋貝雷梁組成。工程樁基分為嵌巖樁和摩擦樁，其中，M﹣1 ～ M 14、M 18 ～ M 29、M 45 ～ M 47、M 77 ～ M 80 排架（共 35 榀排架）樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，要求樁基進(jìn)入中風(fēng)化石灰?guī)r不小于 1.5 倍樁徑（1.2 m）；M 15 ～ M 17、M 30 ～ M 44、M 48 ～ M 76、M 81 ～M 98 排架（共 65 榀排架）樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)。

工程樁基選用 80 T 履帶吊和 DZ 120 A 振動(dòng)錘進(jìn)行“釣魚法”沉樁施工。根據(jù)沉樁結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，原設(shè)計(jì)嵌巖樁實(shí)際施工樁長普遍小于設(shè)計(jì)樁長。根據(jù)樁尖標(biāo)高值結(jié)合地勘鉆孔資料分析，嵌巖樁樁尖標(biāo)高基本達(dá)到中風(fēng)化巖面，未能按設(shè)計(jì)要求嵌巖；結(jié)合高應(yīng)變檢測結(jié)果及樁基實(shí)際入巖情況分析，該類樁型判別為端承摩擦樁。原設(shè)計(jì)摩擦樁實(shí)際施工樁長大于設(shè)計(jì)樁長與小于設(shè)計(jì)樁長的比例約為 4∶6，樁長不符存在普遍性，結(jié)合樁基入巖深度及下臥層溶洞情況，對(duì)該類樁基分別判別為端承摩擦樁和摩擦樁。

1 樁基軸向承載力檢測及計(jì)算

1.1 工程樁檢測

在樁基施工過程中，對(duì)本工程 M 0-N 3、M 0-N 4 工程樁進(jìn)行高應(yīng)變和水平靜載試驗(yàn)檢測。同時(shí)，對(duì) M 92-N 187、M 92-N 188、M 93-N 189、M 93-N 190 進(jìn)行高應(yīng)變檢測。試驗(yàn)檢測樁基參數(shù)如表 1 所示。工程樁高應(yīng)變檢測基樁共 6 根，各測 1 次，所測各樁樁身完整，極限抗壓承載力、樁側(cè)平均摩阻力檢測結(jié)果表 2 所示。

表1 工程樁檢測樁基參數(shù)

表2 高應(yīng)變測樁分析結(jié)果

由表 2 可知，M 0-N 3、M 0-N 4 樁基承載力由側(cè)摩阻力和端承阻力組成，符合端承摩擦樁的特點(diǎn)。M 92、M 93 號(hào)排架工程樁樁端承載力為 100.0 kN 左右，可忽略不計(jì)，樁基極限抗壓承載力主要由樁側(cè)摩阻力組成，符合原設(shè)計(jì)樁基為摩擦樁的設(shè)計(jì)。在計(jì)算樁基承載力時(shí)，可近似不考慮樁端承載力，樁基承載力由樁側(cè)摩阻力組成。

1.2 試驗(yàn)樁檢測

為進(jìn)一步驗(yàn)證 M 0 ～ M 46 排架段樁基的承載能力，在M 0 排架附近廊道外側(cè)打入 6 根試驗(yàn)樁，并對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行高應(yīng)變法和水平靜載荷試驗(yàn)檢測。本次試驗(yàn)樁樁基編號(hào)為 S 1-1、S 1-2、S 2-1、S 2-2、S 3-1、S 3-2。其中，S 1-1、S 1-2 號(hào)試驗(yàn)樁樁長 9.6 m、9.5 m；S 2-1、S 2-2 號(hào)試驗(yàn)樁樁長 8.6 m、8.5 m；S 3-1、S 3-2 號(hào)試驗(yàn)樁樁長 10.8 m、10.8 m。試驗(yàn)樁與 M 0 排架及廊道平面位置關(guān)系如圖 1 所示，試驗(yàn)樁位置地質(zhì)剖面圖如圖 2 所示，試驗(yàn)樁樁基參數(shù)如表 3 所示。試驗(yàn)樁樁基高應(yīng)變檢測的激振力采用自由落錘，選取3.5 t 的重錘，落距為 1.0 m。試驗(yàn)樁的極限抗壓承載力、樁側(cè)平均摩阻力、樁端地基應(yīng)力檢測結(jié)果如表 4 所示。

圖1 試驗(yàn)樁與 M 0 排架及廊道平面位置關(guān)系圖

圖2 地質(zhì)剖面圖

表3 試驗(yàn)樁樁基參數(shù)表

表4 試驗(yàn)樁高應(yīng)變檢測結(jié)果

1.3 單樁軸向承載力計(jì)算

根據(jù)試驗(yàn)樁位置地質(zhì)剖面圖可知，S 2 排架試驗(yàn)樁樁端未進(jìn)入中風(fēng)化巖面，S 1-1、S 1-2、S 3-1、S 3-2、M 0-N 3、M 0-N 4 樁基樁端均進(jìn)入中風(fēng)化巖，樁基類型相同，均為端承摩擦樁。因此，合并 S 1-1、S 1-2、S 3-1、S 3-2、M 0-N 3、M 0-N 4 樁基的高應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。

根據(jù) JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，本次研究運(yùn)用規(guī)范經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法對(duì)試驗(yàn)樁的單樁豎向極限承載力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，運(yùn)用高應(yīng)變法樁端承載力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)公式中的樁端土塞效應(yīng)系數(shù)λp進(jìn)行率定，最終得出 S 1、S 3、M 0 排架兩根樁的樁端土塞效應(yīng)系數(shù)分別為 0.50、0.51、0.49。利用率定出的樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，采用規(guī)范經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算樁側(cè)摩阻力、樁端承載力及單樁豎向極限承載力，并將計(jì)算結(jié)果與高應(yīng)變法試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，具體如表 5 所示。

表5 高應(yīng)變法試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算結(jié)果比對(duì)表

由表 5 可知，計(jì)算出的樁側(cè)摩阻力與樁長成正比。樁端承載力主要與樁端進(jìn)入持力層深度有關(guān)，但與樁端進(jìn)入持力層深度不成正比關(guān)系，主要由樁端土塞效應(yīng)系數(shù)控制。按規(guī)范給出的經(jīng)驗(yàn)公式，樁端土塞效應(yīng)系數(shù)主要與樁端進(jìn)入持力層的相對(duì)深度有關(guān)，試驗(yàn)樁中最大入巖深度為 1.3 m，采用規(guī)范給出的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算樁端土塞效應(yīng)系數(shù)為 0.26。這與率定結(jié)果相差較大。經(jīng)分析，當(dāng)樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖面后，因基巖抗壓強(qiáng)度較高，計(jì)算端阻力時(shí)，不能忽略管壁端部提供的端阻力，如仍按樁端進(jìn)入持力層的相對(duì)深度考慮樁端土塞效應(yīng)系數(shù)已不盡合理。對(duì)比樁端承載力試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果，利用規(guī)范經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算出的樁端承載力與試驗(yàn)結(jié)果基本一致，可以判定本次研究率定的樁端土塞效應(yīng)系數(shù)具有較高的可信度。

根據(jù)上述分析，單樁軸向承載力規(guī)范經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算公式中的樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，可直接取率定最小值 0.49 代入計(jì)算。為偏安全計(jì)，本次研究計(jì)算工程區(qū)排架的單樁軸向承載力時(shí)，樁端土塞效應(yīng)系數(shù)取 0.45。

2 水平力作用下樁基計(jì)算參數(shù)的確定

2.1 水平靜載試驗(yàn)

對(duì)本工程 M 0-N 3、M 0-N 4 兩個(gè)工程樁及 6 根試驗(yàn)樁進(jìn)行水平靜載試驗(yàn)檢測。試驗(yàn)結(jié)果如表 6 所示。

表6 水平靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果表

2.2 水平位移計(jì)算

結(jié)合工程地質(zhì)勘查資料及相關(guān)規(guī)范中各土層推薦m值，對(duì)各層土的m值進(jìn)行試算，最終率定出的各層土m值，具體如表 7 所示。根據(jù)率定的m值對(duì) 8 根樁的水平位移進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果如表 8所示。

表7 樁基規(guī)范建議 m 值和率定 m 值 kN/m4

表8 水平靜載試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果比對(duì)表

由表 7 可知，采用率定的m值計(jì)算得到的水平位移結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較接近，且計(jì)算結(jié)果大部分較試驗(yàn)結(jié)果大?？紤]到率定的m值均低于或等于規(guī)范推薦的各類地基土m值的下限，由此可以認(rèn)為本次研究率定的m值推廣到工程排架的水平位移計(jì)算中是可以保證安全的。

3 工程結(jié)構(gòu)分析

3.1 排架力學(xué)模型

本次結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算采用易工水運(yùn)工程結(jié)構(gòu) CAD 集成軟件 V 2.0 對(duì)基樁承載力進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，利用易工高樁框架模塊對(duì)物流廊道排架進(jìn)行建模計(jì)算。

3.2 計(jì)算參數(shù)

（1）樁基計(jì)算參數(shù)。排架計(jì)算模型的主要參數(shù)如下所示。Φ800 mm 鋼管樁設(shè)計(jì)δ16 mm，本次計(jì)算時(shí)考慮預(yù)留腐蝕厚度 2 mm，按δ14 mm 計(jì)算，其 EI= 6.358×105 kN·m2。Φ600mm×10 mm 剛橫撐，EI= 1.693×105 kN·m2。雙拼 40 a 工字鋼蓋梁，EI= 2.18×105 kN·m2。

排架樁基計(jì)算采用前述樁基豎向承載力分析及水平位移分析成果，樁端土塞效應(yīng)系數(shù)取 0.45。

（2）工程荷載。鋼管樁單位跨度（18 m）內(nèi)的荷載包括鋼管樁、橫聯(lián)撐、工字鋼蓋梁、貝雷架、雨棚、膠帶機(jī)等自重恒載以及膠帶機(jī)運(yùn)輸物料荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、不上人屋面活荷載和人群荷載等活荷載。根據(jù)計(jì)算，單位跨度（18 m）內(nèi)荷載計(jì)算結(jié)果如表 9 所示。

表9 單位跨度內(nèi)荷載計(jì)算結(jié)果表

3.3 樁基內(nèi)力和位移計(jì)算

（1）計(jì)算內(nèi)容。根據(jù) M 0～M 97 排架樁基施工實(shí)際樁長，地質(zhì)資料采用各樁基礎(chǔ)的工程地質(zhì)，泥面高程按排架所處的實(shí)際高程，分別復(fù)核計(jì)算 M 0～M 97 排架樁基內(nèi)力及樁基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)排架樁基施工實(shí)際樁長大于設(shè)計(jì)樁長3 m 及以上的 M 73、M 81～M 84、M 87～M 92 排架樁基按摩擦樁計(jì)算，不考慮樁端承載力；其他排架樁基按端承摩擦樁計(jì)算。根據(jù) JGJ 94—2008 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，單樁豎向承載力特征值Ra如式（1）所示。

式中：Quk—單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

K—安全系數(shù)，取K＝2。

（2）樁基承載力分析。各排架樁基最大樁力相同，端承摩擦樁類別的樁基承載能力特征值基本為 1 000.0 kN 左右，摩擦樁類別的樁基承載能力特征值隨著入土深度增加而增加，計(jì)算的樁基承載能力特征值最小值為 586.0 kN。經(jīng)比較，物流廊道（馬料湖段）各排架樁基承載能力特征值均大于樁基最大樁力，滿足規(guī)范及使用要求。

（3）排架位移結(jié)果分析。根據(jù)規(guī)范，樁基入土深度 ＞4T時(shí)（本工程經(jīng)計(jì)算，樁的相對(duì)剛度系數(shù)T=2.21 m，4T=8.84 m），樁基屬于彈性長樁，本次研究按樁基入土深度 9 m 進(jìn)行區(qū)分。樁基入土深度 ＞ 9 m 的排架，計(jì)算最大水平位移在 M 94 排架之前為 14.73 mm，M 95 ～ M 97 排架由于樁頂高程增加，其計(jì)算最大水平位移為 23.27 mm。本次分析認(rèn)為，該部分排架變位處于彈性變位階段，可以滿足使用要求。樁基入土深度 ≤ 9 m 的排架，計(jì)算最大水平位移多數(shù) ＜10.00 mm，少數(shù)排架水平位移＞10.00 mm，且最大值為 10.41 mm。根據(jù)水平靜載荷試驗(yàn)成果，在樁頂最大水平位移 10 mm 左右時(shí)，其卸載后的位移回彈率為85.3%～93.2%，處于彈性變位階段。因此評(píng)定該部分排架可以滿足使用要求。

4 工程評(píng)價(jià)

4.1 安全性評(píng)價(jià)

根據(jù)樁基的垂直承載能力和水平承載能力的計(jì)算分析結(jié)果，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況（荷載效應(yīng)），對(duì)本工程的樁基進(jìn)行工程安全性評(píng)價(jià)。依據(jù) JTJ 302—2006《港口水工建筑物檢測與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》中安全性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)物流廊道（馬料湖段）每榀排架樁基進(jìn)行安全性評(píng)估，排架樁基安全性驗(yàn)算結(jié)果均為r≥ 1.0。綜合評(píng)定長九（神山）灰?guī)r礦物流廊道馬料湖段跨越工程樁基結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)為 A 級(jí)。

4.2 使用性評(píng)價(jià)

本工程使用性評(píng)價(jià)依據(jù)主要為樁基水平位移，參考水平靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，最大水平位移為 10.87 mm，為彈性變位，因此本次研究以水平位移 10.87 mm作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)使用性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樁基入土深度 ≤ 9 m 的 M 0～M 30排架樁基進(jìn)行使用性評(píng)估，物流廊道（馬料湖段）M 0～M 30 排架樁基使用性驗(yàn)算結(jié)果均為r≥ 1.0；樁基入土深度 ＞9 m 的 M 31～M 97 排架屬于彈性長樁，排架的計(jì)算最大水平位移為 23.27 mm，滿足使用性要求。綜合評(píng)定長九（神山）灰?guī)r礦物流廊道馬料湖段跨越工程樁基結(jié)構(gòu)使用性等級(jí)為 A 級(jí)。

5 結(jié) 語

（1）長九（神山）灰?guī)r礦物流廊道（馬料湖段）排架樁基承載能力特征值均大于樁基最大樁力，滿足規(guī)范及使用要求。

（2）根據(jù)計(jì)算分析，當(dāng)樁基入土深度 ＞ 9 m（＞ 4T，T為樁的相對(duì)剛度系數(shù)）時(shí)，為彈性長樁，排架最大水平位移為 23.27 mm，排架為彈性排架，可以滿足使用要求；樁基入土深度 ≤ 9 m 的排架水平位移最大值為 10.41 mm，處于彈性變位階段，排架結(jié)構(gòu)滿足使用要求。

（3）經(jīng)綜合判定，長九（神山）灰?guī)r礦物流廊道馬料湖段跨越工程樁基結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)為 A 級(jí)，使用性等級(jí)為 A 級(jí)。