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        基樁自平衡法在杭州灣新區(qū)樁基檢測中的應(yīng)用研究

        2023-11-21 10:22:32田寶升尹婕龍巨將
        運輸經(jīng)理世界 2023年22期
        關(guān)鍵詞:基樁試樁單樁

        田寶升、尹婕、龍巨將

        (1.華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司,江蘇 南京 210014;2.南京東大自平衡樁基檢測有限公司,江蘇 南京 211164)

        0 引言

        近年來,樁基礎(chǔ)已廣泛應(yīng)用于城市快速路橋梁、公路橋梁等工程項目中,正確評價單樁的承載能力,選擇合理的設(shè)計參數(shù)至關(guān)重要。設(shè)計者一般采取《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(JTG 3363—2019)中所推薦的設(shè)計參數(shù)進行公路橋梁的樁基設(shè)計,然而規(guī)范中的推薦參數(shù)對于地區(qū)性問題往往取值偏于保守,使得樁基安全系數(shù)過大,從而造成橋梁樁基工程經(jīng)濟上的浪費[1]。文章結(jié)合杭州灣地區(qū)特有的地質(zhì)條件,通過自平衡法承載力測試,確定單樁豎向極限承載力,在樁身內(nèi)部埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計,測試在各級荷載作用下單樁的樁身軸力、樁側(cè)摩阻力、樁端阻力分布,從而為設(shè)計提供在該地區(qū)條件下更為合理的設(shè)計參數(shù)。

        1 工程概況

        杭州灣新區(qū)興慈大道快速路南起沈海高速新浦互通,北至濱海二路北側(cè),擬建工程長度約4.2km,主線道路等級為城市快速路,輔道道路等級為城市主干路。高架橋梁跨度30~60m,樁基單樁樁頂豎向作用力約為3500~5200kN。擬建場地范圍內(nèi)深部含有工程性質(zhì)較差的軟弱土層,其埋深較深,如④1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(層頂埋深17.3~36m),導(dǎo)致擬建場地穩(wěn)定性較差的主要因素之一。淤泥質(zhì)土層的存在,使得在樁基上部大量堆載的作用下,容易產(chǎn)生沉降變形,從而對樁基礎(chǔ)的承載力造成不利影響。

        基于擬建工程場地的特點及地質(zhì)條件,采用基樁自平衡法進行試樁承載力檢測,該方法較傳統(tǒng)的堆載法更具優(yōu)勢。選取擬建工程場地內(nèi)2 根樁長70m、樁徑1m 的試驗樁進行自平衡法承載力測試,均采用單荷載箱方案。受檢樁的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

        表1 受檢樁相關(guān)參數(shù)

        2 現(xiàn)場檢測

        2.1 自平衡法檢測原理

        將一種特制的荷載箱預(yù)先放置在樁身指定位置,下籠時將荷載箱的高壓油管和位移桿引到地面(平臺)。由高壓油泵在地面(平臺)向荷載箱充油加載,荷載箱將力傳遞到樁身,其上段樁的樁側(cè)極限摩阻力、自重與下段樁的極限樁側(cè)摩阻力、極限樁端阻力相平衡來維持加載,根據(jù)向上、向下的Q-s 曲線判斷樁的承載力。圖1 為基樁自平衡法靜載試驗示意圖。

        圖1 基樁自平衡法靜載試驗示意圖

        2.2 樁身內(nèi)力測試原理

        基樁自平衡試驗開始后,荷載箱處產(chǎn)生的荷載沿著樁身向上、向下傳遞,各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋的應(yīng)變量。采用智能弦式鋼筋應(yīng)力計進行樁身應(yīng)變測量,進而計算出樁身各截面的應(yīng)力,由此便可獲得每級荷載作用下樁身軸力、樁側(cè)摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。在樁身巖土層分界面處對稱布置2 個鋼筋應(yīng)力計,且每個鋼筋應(yīng)力計采用焊接的方式與鋼筋籠的主筋連接,如圖2所示。

        圖2 鋼筋應(yīng)力計安裝示意圖

        3 測試結(jié)果分析

        3.1 單樁極限承載能力

        根據(jù)《基樁靜載試驗 自平衡法》(JT/T 738—2009)附錄B 中的等效轉(zhuǎn)換方法,將自平衡法靜載試驗測得的荷載箱處向上、向下兩條Q-s 曲線等效轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的傳統(tǒng)靜載試驗的一條P-s 曲線[2]。由圖3、圖4 可知,試樁SZ1#和試樁SZ2#的樁頂?shù)刃мD(zhuǎn)換曲線為陡降型Q-s 曲線。試樁SZ1#的樁頂?shù)刃Ш奢d為13706kN,對應(yīng)的樁頂?shù)刃灰茷?5.96mm;試樁SZ2#的樁頂?shù)刃Ш奢d為13755kN,對應(yīng)的樁頂?shù)刃灰茷?5.94mm。

        圖3 試樁SZ1#的樁頂?shù)刃мD(zhuǎn)換曲線

        在傳統(tǒng)的靜載荷試驗中,對于陡降型的Q-s 曲線,取明顯陡降的起始點對應(yīng)的荷載值作為試樁的豎向抗壓極限承載力。等效轉(zhuǎn)換曲線與傳統(tǒng)靜載試驗曲線高度吻合,等效轉(zhuǎn)換結(jié)果也與按照《基樁靜載試驗 自平衡法》(JT/T 738—2009)計算得到的單樁極限承載力相一致,這也說明自平衡法在樁基檢測中有較高的可靠性。

        3.2 樁身軸力

        試樁SZ1、試樁SZ2 的樁身軸力分布曲線如圖5、圖6 所示,兩根試樁的樁身軸力隨深度變化的趨勢一致。

        圖5 SZ1#樁身軸力分布圖

        圖6 SZ2#樁身軸力分布圖

        在各級荷載作用下,試樁樁頂軸力始終為0,荷載箱將試樁分成上段樁和下段樁兩部分。上段樁樁側(cè)土層負摩阻力承擔一部分荷載的同時,還需克服樁身自重作用,樁身軸力隨土層深度的增加而增大,在荷載箱處樁身軸力達到最大值;而下段樁的樁身軸力隨深度的增大而減小,這與采用傳統(tǒng)的堆載法獲得的樁身軸力曲線的變化規(guī)律相同。

        3.3 樁側(cè)摩阻力

        試樁SZ1#、試樁SZ2#的樁側(cè)土層摩阻力隨樁土相對位移變化的關(guān)系曲線表明,樁側(cè)土層摩阻力的發(fā)揮與樁土相對位移密切相關(guān)[3]。在各級荷載作用下,隨著樁土相對位移的增大,各土層的樁側(cè)摩阻力呈現(xiàn)出非線性的增長趨勢,加載至最后一級時,試樁SZ1#、試樁SZ2#下段樁的樁側(cè)土層摩阻力均達到極限值,如圖7、圖8 所示。

        圖7 SZ1#樁側(cè)摩阻力- 位移曲線

        圖8 SZ2#樁側(cè)摩阻力-位移曲線

        根據(jù)試樁要求,為了獲得試樁的單樁豎向抗壓極限承載力,需要對2 根試驗樁做到極限破壞,荷載箱的最大加載值按照1.5 倍極限承載力進行加載。表2和表3 分別列出了試樁SZ1#和試樁SZ2#的樁側(cè)土層摩阻力實測值,上段樁對應(yīng)側(cè)阻已扣除樁身自重并轉(zhuǎn)換為正摩阻力。

        表2 SZ1#樁側(cè)土層摩阻力表

        表3 SZ2#樁側(cè)土層摩阻力表

        由表2、表3 可知,SZ1#和SZ2#樁側(cè)各土層的摩阻力實測值均大于地勘建議值。從總體上來看,樁側(cè)摩阻力實測值是地勘建議值的1.05~1.5 倍。

        3.4 樁端阻力

        各級荷載作用下的樁端阻力-樁端位移的關(guān)系曲線如圖9、圖10 所示,當加載至最后一級2×6900kN時,曲線出現(xiàn)陡變,說明樁端阻力已充分發(fā)揮。由表4可知,實測的樁端承載力特征值是地勘建議值的1.8倍左右。

        圖9 SZ1#樁端阻力-樁端位移曲線

        圖10 SZ2#樁端阻力-樁端位移曲線

        表4 SZ1#、SZ2#樁端土層承載力特征值qr

        3.5 試樁承載力分析

        根據(jù)上述樁側(cè)土層摩阻力和樁端土層承載力的測試結(jié)果,可獲得兩根試樁的承載力組成(見表5)。從樁側(cè)極限摩阻力和樁端極限承載力的占比來看,兩根試樁均呈現(xiàn)出端承摩擦型樁的承載性狀,即試樁依靠樁側(cè)土層摩阻力和樁端阻力共同承受上部荷載,其中樁側(cè)摩阻力起主要支承作用[4-5]。具體表現(xiàn)為試樁SZ1#的樁側(cè)極限摩阻力占總承載力的91.84%;試樁SZ2#的樁側(cè)極限摩阻力占總承載力的92.63%。

        表5 試樁承載力組成表

        4 結(jié)語

        基于寧波杭州灣地區(qū)特有的地質(zhì)特點,采用自平衡法進行試樁承載力測試,測試結(jié)果表明自平衡法在穩(wěn)定性較差、抗震不利地段具有較好的適用性,值得推廣應(yīng)用。通過自平衡法承載力測試,確定了單樁豎向極限承載力,試樁表現(xiàn)出端承摩擦型樁的承載性狀;在樁身內(nèi)部埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計,獲得了各級荷載作用下的樁身軸力、樁側(cè)摩阻力及樁端阻力分布。試樁檢測結(jié)果能夠為設(shè)計人員提供在該地區(qū)條件下更為相對合理的樁基設(shè)計參數(shù),為后續(xù)進一步優(yōu)化樁基設(shè)計、合理節(jié)約建設(shè)成本提供技術(shù)支撐。

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