津?yàn)I輕軌橋梁基樁設(shè)計(jì)試樁試驗(yàn)

　　摘　要:津?yàn)I輕軌一期工程橋梁基礎(chǔ)一般采用直徑0. 8 m 的鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)35～45 m , 全線基樁約1. 5 萬(wàn)根。在橋梁設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確地選取各項(xiàng)地基參數(shù),對(duì)確保設(shè)計(jì)質(zhì)量和降低工程投資具有重要意義。介紹試樁的設(shè)計(jì),試樁的原理、方法及試驗(yàn)成果,該成果為津?yàn)I輕軌橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞:輕軌橋梁; 基樁; 設(shè)計(jì)試樁; 試驗(yàn)
　　 1 　概述
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程一期工程
2 　工程地質(zhì)及設(shè)計(jì)概況
(1) 橋梁基礎(chǔ)一般采用直徑0. 8 m 的鉆孔灌注樁,部分大跨 度和特殊工點(diǎn)橋采用了直徑1. 0 m 和1. 5 m 的鉆孔灌注樁。全線基樁根數(shù)約1. 5 萬(wàn)根,樁長(zhǎng)一般在35～45 m 。津?yàn)I輕軌高架橋梁上采用無(wú)碴軌道和超長(zhǎng)無(wú)縫線路,且橋梁結(jié)構(gòu)大部分采用3 跨一聯(lián)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu),因此對(duì)橋梁的工后沉降要求非常嚴(yán)格,橋梁設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)不均勻沉降按5～10 mm 控制,工后總沉降量按20 mm 控制。該項(xiàng)目地質(zhì)勘察依據(jù)《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》( GB50307 1999) ,而設(shè)計(jì)則主要依據(jù)相關(guān)的鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范,地質(zhì)勘察所提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與鐵路橋規(guī)的匹配性需加以驗(yàn)證。另外,由于該項(xiàng)目工程規(guī)模巨大,在設(shè)計(jì)中采取各項(xiàng)合理的地基系數(shù)進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì),以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全和控制工程投資是必要的。因此,為驗(yàn)證樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選取樁周土極限摩阻力值及樁底支承力折減系數(shù)值的準(zhǔn)確性和科學(xué)性,進(jìn)行大規(guī)模設(shè)計(jì)前的設(shè)計(jì)試樁具有非常重要的意義。
根據(jù)沿線總體地質(zhì)情況,共選取了3 處有代表性的工點(diǎn)進(jìn)行了3 組設(shè)計(jì)試樁,每個(gè)試樁工點(diǎn)為1 組,每組試樁共計(jì)3 根,試樁位置距輕軌線位旁約5 m 。試樁及錨樁的施工由濱海快速交通發(fā)展有限公司委托天津地質(zhì)新技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中心完成,靜力及動(dòng)力檢測(cè)委托中國(guó)石油天然氣總公司工程技術(shù)研究院完成。下面結(jié)合CK21 + 320 工點(diǎn)的設(shè)計(jì)試樁對(duì)樁基設(shè)計(jì)及試樁的原理、方法及試驗(yàn)成果進(jìn)行分析介紹。

　　(2) 試樁設(shè)計(jì)
該工點(diǎn)處橋梁孔跨為3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,樁基采用8 根<80 cm 的群樁,初步估算樁長(zhǎng)為36 m。考慮承臺(tái)厚度為2 m , 從地面向下算起取值為38 m 。為了施工方便, 利于試驗(yàn)和檢測(cè), 樁頭露出地面0. 3 m , 共計(jì)樁長(zhǎng)38. 3 m 。該樁單樁允許承載力〔P〕的確定采用鐵路橋規(guī)公式〔P〕= (UΣfili) / 2 + m0 A〔σ〕式中,樁周土極限摩阻力fi 的取值根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中土性的描述和土工實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提供的土體物理、力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行選取:對(duì)于粘性土主要根據(jù)其液性指數(shù)在規(guī)范規(guī)定值的范圍內(nèi)內(nèi)插確定;而砂類土則根據(jù)其密實(shí)度等性質(zhì)在規(guī)范規(guī)定值的范圍內(nèi)取中值,各土層fi 取值詳見(jiàn)表1 。對(duì)于公式中樁底支承力折減系數(shù)m0 ,根據(jù)土體性質(zhì)在規(guī)范規(guī)定值范圍內(nèi)取中下限值。
按上述公式計(jì)算得到單樁允許承載力〔P〕= 2 068. 95 kPa , 樁極限承載力為容許承載力的2 倍,為4 137. 9 kPa 。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用錨樁法, 每組試樁為3 根, 每根試樁需4 根錨樁。為減少錨樁數(shù)量,降低投資, 試樁及錨樁呈梅花形布置,其平面布置如圖1 所示。

圖1 　試樁平面布置(單位:cm)

　　 圖1 中S1 ～ S3 為3 根試樁,M1 ～ M8 為8 根錨樁。S1 ～ S3 試樁的配筋及對(duì)混凝土要求與工程樁相同,主筋采用14 根<16 mm 、長(zhǎng)24. 8 m 的Ⅱ 級(jí)鋼筋,混凝土采用C20 ;M1 ～ M8 錨樁的樁長(zhǎng)采用38 m ,樁內(nèi)設(shè)置通長(zhǎng)縱向主筋,采用14 根<25 mm 的Ⅱ 級(jí)鋼筋,并延伸至樁頭以上1. 2 m 長(zhǎng),以便與反力梁進(jìn)行連接。
3 　基樁檢測(cè)
3. 1 　基樁動(dòng)力檢測(cè)
試驗(yàn)樁與錨樁施工完成后,為驗(yàn)證試驗(yàn)樁樁身的完整性,并為將工程樁動(dòng)測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比作準(zhǔn)備,在試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)之前進(jìn)行了低應(yīng)變動(dòng)測(cè)檢驗(yàn)。低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)方法采用反射波法,檢測(cè)儀器采用美國(guó)PDI 公司生產(chǎn)的PIT V 型樁基檢測(cè)系統(tǒng)(該系統(tǒng)由主機(jī)、加速度傳感器和力棒組成),依據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》(J GJ/ T93 95) 執(zhí)行。采用該方法可檢測(cè)樁身混凝土的完整性, 推定缺陷類型及其在樁身中的位置,也可對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行核對(duì),對(duì)樁身混凝土的強(qiáng)度等級(jí)作出估計(jì)。本次試驗(yàn)對(duì)3 根試驗(yàn)樁逐一進(jìn)行了動(dòng)測(cè),實(shí)測(cè)信號(hào)表明3 根試驗(yàn)樁樁身完整,有較明顯樁底反射,無(wú)其他不良反射信號(hào)。經(jīng)評(píng)定,3 根樁均為Ⅰ 類樁。
3. 2 　基樁靜力檢測(cè)
靜載試驗(yàn)采用錨樁法,采用接近于豎向抗壓樁的實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法確定單樁豎向抗壓極限承載力。本次試樁為破壞性試樁,設(shè)計(jì)單樁極限承載力為4 137. 9 kN 。
(1) 試驗(yàn)加載裝置
本次試驗(yàn)加載裝置采用錨樁橫梁反力裝置,錨樁、反力梁裝置能提供的反力不小于6 000 kN , 每根試樁配置錨樁4 根,試驗(yàn)時(shí)在每根錨樁樁頂設(shè)置百分表以對(duì)錨樁的上拔量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)加載是通過(guò)油壓千斤頂頂反力梁實(shí)現(xiàn)的,荷載通過(guò)放置于千斤頂上的應(yīng)變式測(cè)力傳感器直接測(cè)定。錨樁反力法靜載試驗(yàn)裝置如 圖2 所示。

圖2 　試驗(yàn)加載裝置　

　 (2) 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)方法采用慢速維持荷載法。由于輕軌工程樁基和以往的鐵路橋梁、市政、公路橋梁、工業(yè)與民用建筑均不完全相同,因此,本次試驗(yàn)的加載分級(jí)、沉降觀測(cè)、終止加載條件、卸載及卸載沉降觀測(cè),綜合了《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(J TJ 94 94) 和《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203 2002) 所規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)。
(3) 資料整理及結(jié)果
根據(jù)試樁的原始試驗(yàn)記錄, 編錄靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表,繪制QS 、S lg Q 、S lg t 曲線,并分別依據(jù)以上2 個(gè)規(guī)范確定單樁豎向抗壓極限承載力。檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 　試樁檢測(cè)結(jié)果

　　注: Qu 為單樁極限承載力; Quk 為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(J TJ94 94) ; Pu 為單樁極限荷載值; Puk 為單樁極限承載平均值《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203 2002) 。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)每組錨樁的上拔量進(jìn)行了監(jiān)測(cè),當(dāng)加載到最大一級(jí)荷載時(shí),最大錨樁上拔量為3. 17 mm , 均小于規(guī)定最大上拔量6 mm 。
(4) 試驗(yàn)結(jié)論
①3 根試樁均加載到4 500 kN 時(shí)達(dá)到終止加載條件而停止加載。
② 依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(J TJ 94 94) 中對(duì)單樁豎向極限承載力的判斷方法,3 根試樁發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)均為4 200 kN , 綜合判定該試驗(yàn)樁的單樁極限承載力為4 200 kN 。
③ 依據(jù)《鐵路橋涵施工規(guī)范》( TB10203 2002) 要求,單樁豎向抗壓極限荷載為終止加載時(shí)最大一級(jí)荷載的小一級(jí)荷載(后期每級(jí)加載為300 kN) ,判定單樁極限承載力為4 200 kN 。
④ 經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比,采用2 種規(guī)范所要求的試驗(yàn)方法沒(méi)有明顯的區(qū)別,試驗(yàn)結(jié)論基本一致。
⑤ 依據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002.5 99),鐵路橋梁工程基樁安全系數(shù)為2 ,因此,試驗(yàn)樁單樁容許承載力為〔P〕=2 100 kN 。
4 　結(jié)語(yǔ)
設(shè)計(jì)試樁試驗(yàn)結(jié)果表明,基樁單樁容許承載力的設(shè)計(jì)值2 068. 95 kN 和試驗(yàn)值2 100 kN 是基本一致的, 可以推定基樁設(shè)計(jì)與實(shí)際是比較吻合的。該試驗(yàn)亦證明,地質(zhì)勘察所依據(jù)《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》( ( GB50307 1999) 提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)所采用的鐵路橋規(guī)是基本匹配的; 基樁設(shè)計(jì)中所需各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的取值及取值方法是科學(xué)可靠的。該試驗(yàn)結(jié)論為全線大面積展開(kāi)的橋梁樁基設(shè)計(jì)提供了經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的保證。

原作者：于泳湖