焦呈棟

【摘 要】文章通過對鄭濟鐵路黃河大橋試樁的檢測，為設計方提供相應的各類土層的側摩阻及樁端阻力，驗證設計是否合理、經(jīng)濟、安全。同時也對施工工藝進行驗證，確保后續(xù)的施工質量。

【關鍵詞】自平衡測試技術；橋梁；靜載試驗；樁基完整性

【中圖分類號】TU753.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）09-0105-06

1 工程概況

新建鄭州至濟南鐵路連接山東、河南兩省省會，線路呈西南走向。鄭州至濮陽段東起濮陽市濮陽東站，途經(jīng)濮陽市、安陽市，省直管縣滑縣，鶴壁市，新鄉(xiāng)市、鄭州市，終至既有鄭州東站。線路正線全長197.279 km，橋梁7座178.342 km，橋梁比重90.4%。新建、改（擴）建車站7個，其中鄭州東站、新鄉(xiāng)東站為既有車站改（擴）建，濮陽東、內黃、滑縣?？h、衛(wèi)輝南、平原新區(qū)為新建車站；同時新建楊莊、馬渡和馬村共3個線路所，改建鄭徐客專鴻寶線路所。

鄭州黃河特大橋試樁檢測依據(jù)的是中鐵工程設計咨詢集團有限公司編制的《新建鐵路鄭州至濟南鐵路鄭州至濮陽段施工圖（ZPZQ-8標）鄭州黃河特大橋試樁技術要求》（2017年9月）（以下簡稱《試樁技術要求》）和有關規(guī)范標準進行編制的。

鄭州黃河特大橋試樁位置、里程：鄭州黃河特大橋611～612號墩間（DK399+076.500～DK399+109.250）靠近611號墩BK-HHQ611鉆孔位置。設計數(shù)量為3根，鋼筋混凝土灌注樁，泥漿護壁反循環(huán)施工，其樁長70.0 m，樁徑為1.25 m，樁身砼強度為C35。

2 地質概況

鄭州黃河特大橋試樁場地工程地質情況詳見場地鉆孔柱狀圖（如圖1所示），場地地層極限摩阻力見表1。

表1中的極限摩阻力值參考《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》（TB 10002.5—2005），根據(jù)經(jīng)驗選取，非實驗所得，僅供參考。

3 相關檢測儀器設備的埋設

3.1 自平衡荷載箱埋設位置計算

基樁自平衡法靜載試驗是近來廣泛應用在大噸位高速鐵路、快速鐵路及國內著名的長江大橋、跨海大橋及超高層建筑的樁基靜載荷試驗檢測中，它是通過計算基樁上段樁身自重及極限樁側摩阻力之和與下段樁極限側摩阻力及極限樁端阻力之和基本相等的位置處預埋荷載箱。試驗加載的主要裝置是一種經(jīng)特別設計可用于加載的荷載箱。它主要由液壓缸、連接環(huán)板、位移管（桿）和附件等部分組成。荷載箱外徑略小于樁的外徑，將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆搗混凝土成樁。試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發(fā)生變位，促使樁側阻力及樁端阻力的發(fā)揮（如圖2所示）。即在樁身平衡點位置安設荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下部各自承載力。再通過將自平衡靜載試驗的荷載箱向上、向下的荷載—位移曲線等效轉換為相應傳統(tǒng)靜載試驗的荷載—位移曲線的方法。

鄭州黃河特大橋試樁相關參數(shù)計算主要依據(jù)《建筑基樁自平衡靜載試驗技術規(guī)程》（JGJ/T 403—2017）及工程地勘報告、《試樁技術要求》等文件。經(jīng)計算來確定樁身的平等點位置即埋設自平衡荷載箱的位置（見表2）。

3.2 鋼筋計、土壓力計的埋設

本次試驗采用鋼筋計測定樁體的應力分布，采用土壓力計測試樁端端阻力，在整個試樁試驗過程中對樁身進行應力測試。本次試樁試驗鋼筋計埋設根據(jù)地層分布情況及地層厚度綜合考慮，從荷載箱兩端1 m處開始上下布置在地層分界處，土層厚度大于10 m的等厚加布一層，每層測試面等分布置鋼筋計3個，鋼筋計、土壓力計布置如圖3所示。

3.3 聲波透射法聲測管的埋設

（1）管材要求及駁接方式預埋管用內徑5 cm的普通自來水管或黑鐵管。用自來水管的螺口駁接方式，但駁接時不用麻絲、油漆，直接擰接即可。管內不能有泥沙或其他異物存在。上、下管口要封口，上管口要高出灌注砼面30 cm以上，檢測前將檢測管引至井口位置（地面），以便檢測時安裝探頭電纜滑輪。

（2）固定方式。預埋管可直接用鐵絲捆扎在鋼筋籠豎筋上，各預埋管要大致相互平行，并大致垂直于樁底。如果鋼筋籠不到底，則底部應用鐵絲捆扎短鋼筋作相對固定，為了安全，盡可能不要在樁底內焊接。對于鋼筋籠到底并且是用吊機吊入樁孔的，可在地面先把預埋管安裝在鋼筋籠上。此時如果采用點焊駁接固定預埋管，請注意不能焊穿或局部漏焊管材?？諛恫糠謾z測管采用10號低碳鋼絲（直徑3.251 mm）繞緊后再用錨釘固定于井壁，每根檢測管單獨固定。各檢測管由多節(jié)銜接加長，每節(jié)檢測管附壁固定不少于一處。布于大樁徑樁中心軸線位置的檢測管以“十”字形繞緊鐵絲并固定于井壁。

（3）管根數(shù)及分布要求。當樁直徑0.8m4 檢測結果分析

4.1 自平衡載荷試驗

3根試驗樁的下段樁、上段樁荷載、沉降量匯總報分析如下。

（1）S1#樁下段樁（樁端）：加載至15 000 kN，在該級荷載作用下，樁頂總沉降量為25.73 mm≤60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為0.74 mm，回彈率為3.68%。根據(jù)極限承載力判定標準，下段樁（樁端）的豎向抗壓極限承載力測定值Qu下達到15 000 kN。

S1#樁上段樁：加載至15 000 kN，在該級荷載作用下，樁頂總上拔量為20.10 mm≤40 mm，上拔量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為0.96 mm，回彈率為3.73%。根據(jù)極限承載力判定標準，上段樁的抗拔極限承載力測定值Qu上達到15 000 kN。

S1#樁：荷載箱上段樁自重W≈1 295 kN、λ=0.75，根據(jù)公式計算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S1#單樁豎向抗壓極限承載力測定值達到33 273 kN>30 000 kN；滿足單樁承載力特征值15 000 kN設計要求。

（2）S2#樁下段樁（樁端）：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總沉降量為16.01 mm≤60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為4.15 mm，回彈率為25.92%。根據(jù)極限承載力判定標準，下段樁（樁端）的豎向抗壓極限承載力測定值Qu下達到16 500 kN。

S2#樁上段樁：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總上拔量為15.92 mm≤40 mm，上拔量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為4.45 mm，回彈率為27.95%。根據(jù)極限承載力判定標準，上段樁的抗拔極限承載力測定值Qu上達到16 500 kN。

S2#樁：荷載箱上段樁自重W≈1 295 kN、λ=0.75，根據(jù)公式計算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S2#單樁豎向抗壓極限承載力測定值達到36773kN>30 000 kN；滿足單樁承載力特征值15 000 kN設計要求。

（3）S3#樁下段樁（樁端）：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總沉降量為24.21 mm≤60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為0.75 m，回彈率為3.10%。根據(jù)極限承載力判定標準，下段樁（樁端）的豎向抗壓極限承載力測定值Qu下達到16 500 kN。

S3#樁上段樁：加載至16 500 kN，在該級荷載作用下，樁頂總上拔量為9.06 mm≤40 mm，上拔量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，s-Lgt曲線平穩(wěn)，s-LgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，卸載時回彈量為1.96 mm，回彈率為21.63%。根據(jù)極限承載力判定標準，上段樁的抗拔極限承載力測定值Qu上達到16 500 kN。

S3#樁：荷載箱上段樁自重W≈1 310 kN、λ=0.8，根據(jù)公式計算Qu=（Quu-W）/γ+Qud，S3#單樁豎向抗壓極限承載力測定值達到35 487 kN>30 000 kN；滿足單樁承載力特征值15 000 kN設計要求。

4.2 樁身內力測試

本次試驗3根試樁均埋設有鋼筋應力計，具體安裝位置見鋼筋應力計布置示意圖，對在豎向荷載作用下的樁身應力分布進行了測試。根據(jù)樁身軸力測試結果，經(jīng)計算得到3根試樁在各自的最終荷載作用下的樁周土抗壓側阻力及樁端阻力（見表3）。

4.3 樁身完整性檢測

本次試驗3根試樁均埋設聲測管，通過對其聲波透射法檢測，在載荷箱上、下段樁樁身均完整（在基樁上、下段分別判定）?；鶚稒z測匯總表見表4。

5 結論

（1）根據(jù)基樁自平衡靜載試驗成果曲線，綜合分析后得出場地試樁的單樁豎向抗壓承載力特征值（見表5）。

結合受檢樁的試驗情況及Q-s、s-LgQ、s-Lgt曲線特征，根據(jù)規(guī)范判定各受檢樁單樁豎向抗壓承載力特征值均達到30 000 kN，滿足設計要求。

（2）鄭州黃特大橋試樁場地樁身范圍內各土層在最終荷載作用下其樁側摩阻力標準值及樁端端阻力標準值見表3。

（3）雖然檢測結果比較理想，但鐵路施工建設一般建設是幾公里至上千公里，地質環(huán)境變化極大，故在設計時要充分考慮成樁工藝、地質條件、地層參數(shù)、樁土效應等對基樁承載力的影響，以確保工程安全。

6 結語

當前，高速鐵路建設向大跨距、高索塔等方向發(fā)展，各種大直徑、大噸位基樁應用越來越普遍，確定樁基基礎承載力最可靠的方法是傳統(tǒng)靜載試驗。傳統(tǒng)靜載試驗測試基樁承載力，成果直觀、準確可靠，是其他檢測方法的比較依據(jù)。然而高速鐵路建設總是要穿過高山，跨過大河，造成了橋梁基樁的施工場地狹窄，基坑較深及超大噸位樁等情況下，傳統(tǒng)的靜載試驗受到場地和加載能力等因素的約束而無法進行，以致許多大噸和特殊場地的樁基基礎承載力得不到可靠的數(shù)據(jù)。

基樁自平衡靜載試驗與傳統(tǒng)靜載試驗相比具有很多的優(yōu)勢，可以歸納為以下幾點。

（1）裝置較簡單，不占用場地，不需運入數(shù)百噸或數(shù)千噸物料，不需構筑笨重的反力架，試樁準備工作省時省力。

（2）該法利用樁的側阻與端阻互為反力，因而可測得側阻力與端阻力和各自的荷載～位移曲線。

（3）試驗費用省。盡管荷載箱為一次性投入器件，但與傳統(tǒng)方法相比，可節(jié)省總費用的30%～60%，具體比例視樁與地質條件而定，噸位越大越明顯。

（4）試驗后試樁仍可作為工程樁使用，可利用預埋管對荷載箱進行壓力灌漿。

（5）在下列情況下該法更顯示其優(yōu)勢，例如：水上試樁、坡場試樁、基坑底試樁、狹窄場地試樁、斜樁、嵌巖樁、抗拔樁等，這些都是傳統(tǒng)試樁法難以做到的。

參 考 文 獻

[1]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.新建鐵路鄭州至濟南鐵路鄭州至濮陽段施工圖（ZPZQ-8標）鄭州黃河特大橋試樁技術要求[Z].2017.

[2]JGJ/T 403—2017，建筑基樁自平衡靜載試驗技術規(guī)程[S].

[3]DB36/T574—2010，樁身自反力荷載箱[S].

[4]JJG（贛）02—2008，測樁荷載箱[S].

[5]TB 10218—2008鐵路工程基樁檢測技術規(guī)程[S].

[責任編輯：陳澤琦]