馬劍飛

（秦皇島市地方道路管理處，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

某擬建的互通主線橋位于沿江高速公路，屬濱海泥灘區(qū)，全長(zhǎng)2 853m?；A(chǔ)擬采用沖孔灌注樁。因泥灘區(qū)表層土質(zhì)非常軟弱，故先填筑施工平臺(tái)，以便于樁基的順利施工。其中44 號(hào)墩及45 號(hào)墩處的施工平臺(tái)已完成填筑。為研究橋梁基礎(chǔ)施工過程中，鋼護(hù)筒、樁身及樁周土體的應(yīng)力及變形是否會(huì)發(fā)生變化，選擇該互通主線橋44-7#、45-7#兩根樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試樁的有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 測(cè)試樁尺寸 單位：m

2 地質(zhì)概況

擬建橋址現(xiàn)主要為灘涂改建的魚塘，水深小于2.6m。橋址地形較平坦且開闊，沿線土質(zhì)松軟，無(wú)明顯起伏，附近無(wú)斷裂構(gòu)造，亦未發(fā)現(xiàn)崩岸、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。下伏基巖主要是混合巖化變質(zhì)巖和混合花崗巖，無(wú)巖溶等工程地質(zhì)問題。起控制作用的是普遍分布的軟土以及此類土在地震力作用下的砂土液化、軟土震陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象。地質(zhì)構(gòu)造上，晚古生代凹陷被中、新生代構(gòu)造疊加、改造，對(duì)地層的破壞明顯，造成巖體完整性、風(fēng)化程度及強(qiáng)度的不均勻性，對(duì)施工具有較大影響。

3 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)試目的和內(nèi)容

本次測(cè)試的目的為研究打設(shè)鋼護(hù)筒、成孔及成樁階段四根測(cè)試樁在軟弱淤泥及施工擾動(dòng)的作用下，鋼護(hù)筒、樁身及樁周土體的受力及變形情況。

測(cè)試內(nèi)容包括埋設(shè)變形測(cè)試元件（測(cè)斜管）測(cè)試樁身和樁周土體的水平變形情況及埋設(shè)應(yīng)力測(cè)試元件（鋼筋計(jì)、鋼板計(jì)）測(cè)試樁身、鋼護(hù)筒的受力狀態(tài)。

3.2 測(cè)試原件布置方案

44-7#、45-7#測(cè)試樁樁身內(nèi)各埋設(shè)2 根測(cè)斜管，且互成90°，與鋼筋籠綁扎在一起沉入樁體，測(cè)斜管長(zhǎng)度均為25m（至樁頂25m）。44-7#、45-7#測(cè)試樁的樁周土內(nèi)在距鋼護(hù)筒1m 處每隔90°均勻埋設(shè)1 根測(cè)斜管，測(cè)斜管實(shí)際長(zhǎng)度根據(jù)各處入巖深度確定，其中9 號(hào)測(cè)斜管為37.5m（至施工平臺(tái)頂37.5m，下同），11號(hào)、16號(hào)測(cè)斜管為40m，其余測(cè)斜管為38m。

3.3 測(cè)試頻率

測(cè)試周期應(yīng)按照施工進(jìn)度的需要確定，可逐日或隔數(shù)日觀測(cè)一次，直至施工結(jié)束。本工程樁基測(cè)試的日程安排為：剛開始1～2d觀測(cè)一次，兩周后3天觀測(cè)一次，一個(gè)月后1 周觀測(cè)一次，三個(gè)月后7～15d 觀測(cè)一次，半年后每個(gè)月觀測(cè)一次。當(dāng)施工工況發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高觀測(cè)頻度，最高可達(dá)1d 觀測(cè)3～4 次。計(jì)劃觀測(cè)周期為1年。

4 測(cè)試分析

4.1 樁身及樁周土的水平位移測(cè)試

4.1.1 44-7#樁水平位移測(cè)試結(jié)果

44-7#樁的測(cè)斜均在同一階段內(nèi)進(jìn)行，即成樁后至承臺(tái)施工前。

由于44-7#樁測(cè)斜期間，該樁未受任何施工擾動(dòng)，僅受到樁周土因固結(jié)、塑性屈服及流變等原因引起的側(cè)向擠壓，樁身及樁周土的水平位移均較小，樁身內(nèi)6 號(hào)管道最大水平位移為15mm；樁周土內(nèi)12 號(hào)管道最大水平位移為22mm。各測(cè)試日的側(cè)移曲線沿深度變化規(guī)律一致，并隨時(shí)間逐漸趨于穩(wěn)定，表明44-7#樁在軟土側(cè)向擠壓作用下的樁身及樁周土變位較小。

4.1.2 45-7#樁水平位移測(cè)試結(jié)果

45-7#樁的測(cè)斜分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段為成樁后至承臺(tái)施工前，第二階段為承臺(tái)及橋墩澆筑后。其中，2 號(hào)、13 號(hào)—16 號(hào)管道的測(cè)斜只在第一階段進(jìn)行，3號(hào)管道在兩個(gè)階段均進(jìn)行測(cè)斜。

第一階段的測(cè)試工況與44-7#樁類似，樁未受任何施工擾動(dòng)，僅受到樁周土的側(cè)向擠壓，由圖可知，樁身及樁周土的水平位移均較小，樁身內(nèi)2 號(hào)管道最大水平位移為18mm；樁周土內(nèi)管道最大水平位移為26mm。各測(cè)試日的側(cè)移曲線沿深度變化規(guī)律一致，并隨時(shí)間逐漸趨于穩(wěn)定。

由圖可知，樁身內(nèi)3號(hào)管道的側(cè)移曲線明顯存在兩種不同的分布規(guī)律，這兩種分布規(guī)律分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)階段。為更加直觀地了解承臺(tái)及橋墩的澆筑對(duì)測(cè)試樁水平位移的影響，將3 號(hào)管道兩個(gè)階段的水平位移分別取平均值進(jìn)行對(duì)比可知，承臺(tái)、橋墩的施工會(huì)導(dǎo)致樁基產(chǎn)生附加側(cè)移，且附加側(cè)移沿深度方向變化并不一致，由于附加側(cè)移曲線的擬合曲線，其形態(tài)近似一豎直線，因此經(jīng)承臺(tái)、橋墩施工后，3 號(hào)測(cè)斜管的中心并未發(fā)生明顯變位，但直線形態(tài)發(fā)生一定程度的改變，主要是承臺(tái)、橋墩的自重荷載所致。

4.2 樁身應(yīng)力結(jié)果

4.2.1 44-7#樁應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

44-7#樁的應(yīng)力測(cè)試分三個(gè)階段進(jìn)行：第一階段為成樁后至承臺(tái)施工前，共測(cè)試29次；第二階段為承臺(tái)澆筑后至橋墩施工前，共測(cè)試7 次；第三階段為橋墩澆筑后，僅測(cè)試1 次。第二階段及第三階段的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)許多鋼筋計(jì)出現(xiàn)損壞，這主要是由于在施工過程中施工人員對(duì)鋼筋計(jì)的測(cè)頭保護(hù)不到位，且測(cè)試期間屢受臺(tái)風(fēng)和暴雨的侵襲所致。44-7#樁各階段的鋼筋計(jì)部分實(shí)測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 第1層（a）與第2層（b）鋼筋計(jì)應(yīng)力變化曲線

44-7#樁從成樁2d 后即開始第一階段的測(cè)試，此時(shí)樁身混凝土尚未終凝，混凝土凝結(jié)過程中的水化反應(yīng)會(huì)大量放熱，導(dǎo)致樁身主筋的應(yīng)力出現(xiàn)一定程度的變化，且以漸進(jìn)性受拉為主，未出現(xiàn)突然性的變化。隨著時(shí)間的推移，混凝土逐漸完成凝結(jié)，應(yīng)力變化曲線較前期明顯放緩，應(yīng)力狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。

第二與第三階段的測(cè)試結(jié)果表明，鋼筋計(jì)應(yīng)力曲線均出現(xiàn)一定程度的回落，這是由于樁身上部承臺(tái)、橋墩的澆筑及施工荷載的作用所致，此時(shí)相對(duì)前一階段而言樁身受壓，且應(yīng)力變化約為2～4MPa。在該樁測(cè)試期間，鄰近樁44-3#樁、44-8#樁均有過沖孔灌注等施工，但該樁的應(yīng)力曲線并未發(fā)生明顯變化，這一狀況表明：鄰近樁施工不會(huì)對(duì)測(cè)試樁的應(yīng)力狀態(tài)造成明顯影響。值得注意的是，第三階段1、2層部分鋼筋計(jì)應(yīng)力曲線出現(xiàn)抬升，這可能是由于施工荷載相對(duì)樁身截而偏心而產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力所致。

4.2.2 45-7#樁應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

45-7#樁的應(yīng)力測(cè)試分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段為成樁后至承臺(tái)施工前，共測(cè)試27次；第二階段為承臺(tái)及橋墩澆筑后，僅測(cè)試1 次。45-7#樁各階段的鋼筋計(jì)部分實(shí)測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2 第7層（a）與第8層（b）鋼筋計(jì)應(yīng)力變化曲線

與44-7#樁的測(cè)試日程相似，45-7#樁也從成樁2天后開始測(cè)試。第一階段測(cè)試中，混凝土凝結(jié)過程中的水化反應(yīng)大量放熱，導(dǎo)致樁身主筋漸進(jìn)性受拉；隨著混凝土凝結(jié)的逐漸完成，應(yīng)力變化曲線較前期明顯放緩，應(yīng)力狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。

第二階段測(cè)試中，由于樁身上部承臺(tái)、橋墩的澆筑及施工荷載的作用，鋼筋計(jì)應(yīng)力曲線出現(xiàn)一定程度的回落，回落幅度與45-7#樁相近。

值得注意的是，第7、8層各測(cè)點(diǎn)的鋼筋計(jì)均在時(shí)間相近的期間出現(xiàn)拉應(yīng)力突然增大的現(xiàn)象，但彎矩分布規(guī)律卻幾乎不變，由于該期間并未有明顯的施工擾動(dòng)，這可能是由于鋼筋計(jì)測(cè)頭因保護(hù)不到位而出現(xiàn)一定程度的損壞所致。

4.3 鋼護(hù)筒應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

44-6#樁的鋼護(hù)筒外側(cè)布設(shè)鋼板計(jì)，其應(yīng)力測(cè)試分四個(gè)階段進(jìn)行：第一階段為鋼護(hù)筒打設(shè)完成后至樁基沖孔前，共測(cè)試32次；第二階段為樁基沖孔灌注期間，共測(cè)試4次；第三階段為成樁后至承臺(tái)施工前，共測(cè)試13次；第四階段為承臺(tái)、橋墩澆筑后，測(cè)試1次。

44-6#樁從鋼護(hù)筒打設(shè)完成后的第2 天即開始第一階段的測(cè)試，在軟土側(cè)推力及各種施工擾動(dòng)如鄰近樁的沖孔灌注等作用下，鋼板計(jì)應(yīng)力變化較緩和。

第二階段及第三階段測(cè)試的前期，鋼板計(jì)應(yīng)力曲線劇烈波動(dòng)，沖孔灌注時(shí)拉應(yīng)力急劇增大，結(jié)束后已出現(xiàn)明顯回落，這一情況表明：44-6#樁的沖孔灌注對(duì)鋼護(hù)筒造成較大的影響，在沖孔的動(dòng)應(yīng)力作用下鋼護(hù)筒應(yīng)力變化顯著，拉應(yīng)力在短期內(nèi)急劇增大后又明顯同落，一些鋼板計(jì)甚至因超量程而出現(xiàn)損壞。第四階段的測(cè)試數(shù)據(jù)較少，承臺(tái)及橋墩的澆筑使鋼護(hù)筒偏心受荷，應(yīng)力曲線出現(xiàn)幅度較小的波動(dòng)。

由于鋼板計(jì)焊接在鋼護(hù)筒外側(cè)，雖有槽鋼加以保護(hù)，但在打設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)仍出現(xiàn)一定數(shù)量的損壞，正常工作的鋼板計(jì)在分層斷面上離散性較大，無(wú)法做出相應(yīng)的彎矩圖，故對(duì)此不再加以分析。

5 橋梁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量的影響因素分析

通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）在鋼護(hù)筒打設(shè)完成至沖孔灌注這一階段，樁周土側(cè)移十分微小；鋼護(hù)筒應(yīng)力變化緩慢且穩(wěn)定。

（2）在樁基施工階段，由于沖孔的應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，樁周土產(chǎn)生附加側(cè)移，且側(cè)移方向?yàn)檫h(yuǎn)離樁身方向，附加側(cè)移沿深度方向變化并不一致，在距施工平臺(tái)頂面1～2m 處，樁周土所受擾動(dòng)最大；沖孔灌注也會(huì)對(duì)鋼護(hù)筒造成較大的影響，在沖孔的動(dòng)應(yīng)力作用下鋼護(hù)筒應(yīng)力變化顯著，拉應(yīng)力在短期內(nèi)急劇增大后又明顯回落，一些鋼板計(jì)甚至因超量程而出現(xiàn)損壞。

（3）在成樁后至承臺(tái)施工前這一階段，測(cè)試樁僅受到樁周土因固結(jié)、塑性屈服及流變等原因引起的側(cè)向擠壓，樁身及樁周土出現(xiàn)一定程度的側(cè)移，并隨時(shí)間逐漸趨于穩(wěn)定；成樁初始，樁身主筋因混凝土凝結(jié)過程中水化反應(yīng)的大量放熱以漸進(jìn)性受拉為主，未出現(xiàn)突然性變化，隨著時(shí)間的推移，混凝土逐漸完成凝結(jié)，應(yīng)力變化曲線較前期明顯放緩，應(yīng)力狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。

（4）承臺(tái)、橋墩的澆筑會(huì)導(dǎo)致樁基承受偏心荷載，樁身應(yīng)力出現(xiàn)2～4MPa 的波動(dòng)，樁周土產(chǎn)生附加側(cè)移但側(cè)移變化程度較樁基施工要小。

（5）影響橋梁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量的因素主要有：地基土的固結(jié)與定向流動(dòng)、鄰近樁基的施工擾動(dòng)、沖孔動(dòng)應(yīng)力的擴(kuò)散效應(yīng)等。其中地基土的固結(jié)與定向流動(dòng)所產(chǎn)生的軟土側(cè)推力是樁基受彎的主要因素，且受彎程度與地層狀況有關(guān)，本次測(cè)試的最大樁身彎矩為1 239kN·m，表明軟土側(cè)推力作用導(dǎo)致的附加彎矩相當(dāng)可觀，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。

6 結(jié)語(yǔ)

軟弱淤泥條件下施工的樁基，往往因樁周土的固結(jié)、塑性變形、流變等原因而在樁側(cè)承受附加壓力。本文結(jié)合某互通主線橋44 號(hào)墩及45 號(hào)墩處四根樁的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，對(duì)施工過程中樁基、樁周土及鋼護(hù)筒的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行研究，為相似淤泥條件下的橋梁基礎(chǔ)施工項(xiàng)目提供參考。