橋梁樁基檢測設(shè)計(jì)

高 金

(上?？睖y設(shè)計(jì)研究院建筑市政分院，上海市200434)

0 引言

橋梁是交通線中的重要組成部分，基礎(chǔ)又是橋梁的主要承重部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的使用壽命和安全性。樁基作為基礎(chǔ)形式的一種，在橋梁基礎(chǔ)中應(yīng)用廣泛，由于樁基屬于隱蔽工程，地基土分布情況復(fù)雜，成樁過程中影響因素多，其成樁質(zhì)量檢查、樁基承載力評價(jià)就顯得尤為重要。樁基檢測既可為樁基提供工程設(shè)計(jì)參數(shù)、對設(shè)計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，又可對施工能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以及對新樁型、新工藝進(jìn)行評價(jià)，因此樁基檢測是確保樁基設(shè)計(jì)、施工安全可靠的主要手段。

關(guān)于橋梁樁基檢測的現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）、《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》（JTGTF81-01-2004），相關(guān)專業(yè)規(guī)范有《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）、《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》（JT/T 738），上海地區(qū)的《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010）、《鉆孔灌注樁施工規(guī)程》（DGTJ08-202-2007）、《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-218-2003）對樁基檢測也有相應(yīng)規(guī)定。

1 樁基施工與檢驗(yàn)

對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)或技術(shù)條件特別復(fù)雜的鉆孔灌注樁，宜在施工前進(jìn)行工藝試樁。鉆孔灌注樁終孔后，應(yīng)進(jìn)行成孔質(zhì)量檢驗(yàn)，包括樁孔的孔位、孔徑、孔形、孔深和傾斜度，清孔后，應(yīng)對孔底的沉淀厚度進(jìn)行檢驗(yàn)。鉆孔灌注樁尚需進(jìn)行樁身混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)，包括樁身混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)和樁身完整性檢驗(yàn)。樁身完整性檢測的數(shù)量和方法應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，宜選擇有代表性的樁采用無破損法進(jìn)行檢測，重要工程或重要部位的樁宜逐樁進(jìn)行檢測；設(shè)計(jì)有規(guī)定時(shí)或?qū)兜馁|(zhì)量有疑問時(shí)，應(yīng)采用鉆取芯樣法對樁進(jìn)行檢測。除此之外，當(dāng)設(shè)計(jì)或合同有要求時(shí)，鉆孔灌注樁應(yīng)進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)。

2 樁基檢測內(nèi)容及方法

樁基檢測內(nèi)容包括完整性檢測和承載力檢測兩個(gè)方面。完整性檢測是指樁身截面尺寸相對變化情況、樁身材料密實(shí)性和連續(xù)性等方面的檢測；承載力檢測包括單樁豎向抗壓、豎向抗拔和單樁水平承載力檢測。常規(guī)的樁基檢測方法分為直接法和半直接法。直接法包括單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)、單樁水平靜載荷試驗(yàn)和鉆探抽芯檢驗(yàn)方法；半直接法包括低應(yīng)變法、高應(yīng)變法和聲波透射法。其中，豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)根據(jù)加載方式還分為堆載法、錨樁法和自平衡法。

靜載試驗(yàn)是在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時(shí)間產(chǎn)生的沉降量、上拔位移或水平位移，以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力。鉆芯法是用鉆機(jī)鉆取芯樣以檢測樁長、樁身缺陷、樁底沉渣厚度，以及樁身混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性和連續(xù)性，判定樁端巖土性狀的方法。低應(yīng)變反射波法是在樁頂施加低能量沖擊荷載，實(shí)測加速度或速度響應(yīng)時(shí)程曲線，運(yùn)用一維線性波動(dòng)理論的時(shí)域和頻域分析，對被檢樁的完整性進(jìn)行評判的檢測方法。高應(yīng)變動(dòng)測法是在樁頂施加高能量沖擊荷載，實(shí)測力和速度信號，運(yùn)用波動(dòng)理論反演來推算被檢樁的完整性、軸向抗壓極限承載力、或選擇樁型和樁長、監(jiān)控樁錘工作效率和打入樁樁身承受的最大錘擊應(yīng)力。超聲波法是根據(jù)超聲透射或折射原理，在樁身混凝土內(nèi)發(fā)射并接收超聲波，通過實(shí)測超聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的歷時(shí)、波幅和頻率等參數(shù)的相對變化來判定樁身完整性的檢測方法。

樁基檢測方法應(yīng)根據(jù)各種方法的特點(diǎn)、工程的需要和適用范圍，綜合考慮地質(zhì)條件、施工質(zhì)量的可靠性等因素進(jìn)行合理選擇。低應(yīng)變反射法適用于混凝土灌注樁和預(yù)制樁等剛性材料樁的樁身完整性檢測；高應(yīng)變反射波法適用于檢測混凝土灌注樁、預(yù)制樁和鋼樁的單樁軸向抗壓承載力和樁身完整性，超長樁、大直徑擴(kuò)底樁、曲線具有緩變型特征的大直徑灌注樁和嵌巖樁不宜采用高應(yīng)變動(dòng)測法進(jìn)行單樁的軸向抗壓極限承載力檢測；超聲波法適用于直徑不小于800 mm的混凝土灌注樁的完整性檢測。

3 受檢樁的選擇和檢測數(shù)量

單樁承載力和樁身完整性驗(yàn)收柚樣檢測的受檢樁宜選擇施工質(zhì)量有疑問的樁、設(shè)計(jì)方認(rèn)為重要的樁、局部地質(zhì)條件出現(xiàn)異常的樁、施工工藝不同的樁、承載力驗(yàn)收檢測時(shí)適量選擇完整性檢測中規(guī)定的Ⅲ類樁，除上述規(guī)定外，同類型樁宜均勻隨機(jī)分布。

樁基檢測按時(shí)間可分為：為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的先期檢測，施工階段的施工檢測，施工完畢后的驗(yàn)收檢測，施工階段或使用階段的鑒定檢測。

對差異沉降有嚴(yán)格要求的工程，場地和地基條件復(fù)雜的工程及坡地、岸邊工程，樁基施工質(zhì)量可靠性低的工程，采用新樁型或新工藝的工程，場地周邊有城市生命線工程或優(yōu)秀歷史建筑等，或設(shè)計(jì)有要求時(shí)，施工前應(yīng)采用靜載試驗(yàn)確定單樁豎向抗壓承載力，施工后應(yīng)采用單樁豎向抗壓承載力靜載試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)收檢測。對于不符合上述條件的工程，宜采用單樁靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)收檢測，也可采用高應(yīng)變法進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力驗(yàn)收檢測。當(dāng)有類似工程的靜動(dòng)對比驗(yàn)證資料時(shí)，高應(yīng)變法也可作為單樁豎向抗壓承載力檢測的補(bǔ)充。

單樁豎向抗壓承載力靜載試驗(yàn)的檢測數(shù)量見表1所列。

JGJ 106-2014規(guī)定高應(yīng)變法作為單樁豎向抗壓承載力驗(yàn)收檢測的補(bǔ)充時(shí)，抽檢數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的5%，且不得少于5根。DGJ08-11-2010規(guī)定當(dāng)驗(yàn)收檢測試樁與為設(shè)計(jì)提供依據(jù)試樁的條件相同時(shí)，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試樁數(shù)量可計(jì)入驗(yàn)收檢測的試樁數(shù)量；當(dāng)采用靜載與高應(yīng)變法共同進(jìn)行驗(yàn)收檢測時(shí)，單樁靜載驗(yàn)收檢測試樁數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5%，且不應(yīng)少于3根，高應(yīng)變法抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的3%，且不應(yīng)少于5根。

表1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)的抽檢數(shù)量表

對于承受上拔力和水平力較大的樁基應(yīng)進(jìn)行單樁豎向抗拔和水平承載力檢測，檢測數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根，當(dāng)總樁數(shù)小于50根時(shí)，不應(yīng)少于2根。

鉆孔灌注樁施工后，宜先進(jìn)行工程樁的樁身完整性檢測，后進(jìn)行承載力檢測。為保證檢測結(jié)論的可靠性，可根據(jù)不同被檢對象和檢測要求，選用多種測試方法進(jìn)行綜合分析判斷?！豆饭こ袒鶚秳?dòng)測技術(shù)規(guī)程》（JTG T F81-01-2004）關(guān)于樁的檢測數(shù)量規(guī)定如下：（1）公路工程基樁應(yīng)進(jìn)行100%的完整性檢測，各種方法的選定應(yīng)具有代表性和滿足工程檢測的特定要求；（2）重要工程的鉆孔灌注樁應(yīng)埋設(shè)聲測管，檢測的樁數(shù)不應(yīng)少于50%；（3）高應(yīng)變動(dòng)測法的抽檢率可由工程設(shè)計(jì)或監(jiān)理單位酌情決定，但不宜少于相近條件下總樁數(shù)的5%且不少于5根。

4 靜載試驗(yàn)加載量

各規(guī)范關(guān)于靜載試驗(yàn)加載量的規(guī)定略有不同，《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）規(guī)定的靜載試驗(yàn)加載量見表2所列。

《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010）規(guī)定的靜載試驗(yàn)加載量見表3所列。

《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-218-2003）規(guī)定的靜載試驗(yàn)加載量見表4所列。

5 工程實(shí)例

某橋是一座位于上海市城市支路上跨越內(nèi)河航道的斜交梁橋，河道與道路設(shè)計(jì)線順交20°，跨徑布置為13 m+20 m+51 m+20 m=104 m，橫向布置為 0.3 m（欄桿）+4.5 m（人行道）+3.5 m（非機(jī)動(dòng)車道）+8 m（機(jī)動(dòng)車道）+3.5 m（非機(jī)動(dòng)車道）+4.5 m（人行道）+0.3 m（欄桿）=24.60 m。主跨51 m采用簡支鋼箱梁，其余各跨采用簡支預(yù)應(yīng)力空心板梁；主跨橋墩采用墻式墩接承臺樁基礎(chǔ)，引橋橋墩采用鋼筋混凝土蓋梁接樁基礎(chǔ)，橋臺采用重力式橋臺接承臺樁基礎(chǔ)；基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)計(jì)，主橋橋墩基礎(chǔ)為16根Ф1.0 m群樁基礎(chǔ)，引橋橋墩基礎(chǔ)為7根Ф1.0 m單排樁基礎(chǔ)，橋臺基礎(chǔ)為14根Ф0.8 m群樁基礎(chǔ)，選用⑦1-2層粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土為持力層。主墩樁基的單樁承載力設(shè)計(jì)值為3 300 kN，橋臺樁基的單樁承載力設(shè)計(jì)值為1 900 kN。

表2 JGJ 106-2014靜載試驗(yàn)加載量表

表3 DGJ08-11-2010靜載試驗(yàn)加載量表

表4 DGJ08-218-2003靜載試驗(yàn)加載量表

橋型總體布置見圖1所示。

按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）、《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》(JTG/T F81-01-2004)、《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）、《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010）、《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-218-2003），綜合制定該橋的樁基施工檢測要求如下：

（1）工程樁應(yīng)進(jìn)行單樁承載力和樁身完整性檢測。

（2）開始施工前，必須進(jìn)行試成孔試驗(yàn)，數(shù)量不得少于2個(gè)，以檢驗(yàn)施工工藝與地質(zhì)條件的匹配性。

（3）工程樁應(yīng)進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測，數(shù)量為總樁數(shù)的100%，內(nèi)容包括：孔壁形狀（孔徑）、孔深、垂直度、孔底沉渣。

（4）鉆孔灌注樁施工精度，單樁中心偏差不大于50 mm，群樁中心偏差不大于100 mm；孔徑不小于設(shè)計(jì)直徑；孔底沉渣厚度不大于100 mm。

（5）單樁承載力采用豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)與高應(yīng)變法共同進(jìn)行，靜載試驗(yàn)前先采用聲波透射法檢查樁身質(zhì)量,試驗(yàn)完成后,應(yīng)再次采用超聲波透射法進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測，測試樁身混凝土的完整性。主墩(P2)及橋臺（P0、P4）各取1根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，最大加載量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值的1.9倍；高應(yīng)變動(dòng)測法檢測數(shù)量不少于5根。

圖1 總體布置圖（單位：mm）

（6）樁身完整性檢測采用聲波透射法、高應(yīng)變動(dòng)測法和低應(yīng)變反射波法綜合分析判斷。全橋鉆孔灌注樁聲測管埋置比例為100%，聲波透射法檢測的樁數(shù)不少于50%，高應(yīng)變動(dòng)測法檢測數(shù)量不少于5根，除聲波透射法檢驗(yàn)和高應(yīng)變動(dòng)測法檢測以外的所有基樁均需采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測。

根據(jù)試樁的要求、位置選擇合適的靜載試驗(yàn)方法和設(shè)備，與傳統(tǒng)堆載法相比，用錨桿-反力梁組合裝置進(jìn)行樁基靜載試驗(yàn)，不但工藝簡單、施工方便，而且工期短、成本低，因此該橋單樁靜載荷試驗(yàn)采用錨樁法。采用工程樁作錨樁時(shí)，錨樁數(shù)量不應(yīng)少于4根，試樁中心與錨樁中心之間的中心距離應(yīng)不小于3D，且大于2.0m，D為試樁、錨樁的較大設(shè)計(jì)直徑。該橋墩臺樁基靜載試驗(yàn)采用與試樁相鄰的3根工程樁（M1～M3）和1根非工程樁（M4）作為錨樁。主墩和橋臺靜載試驗(yàn)的錨樁平面布置示意圖見圖2、圖3所示。

圖2 主墩錨樁平面布置示意圖（單位：mm）

圖3 橋臺錨樁平面布置示意圖（單位：mm）

為滿足設(shè)置量測儀表的需要，試樁頂部宜高出試坑底面，為使試驗(yàn)樁受力條件與設(shè)計(jì)條件相同，試坑底面宜與承臺底標(biāo)高一致。

試樁樁頭構(gòu)造和試樁與錨樁的樁身構(gòu)造強(qiáng)度應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。試樁樁頂必須保持平整，對于灌注樁，應(yīng)鑿除樁頂強(qiáng)度較低的混凝土，所有主筋均需接至樁頂保護(hù)層下，并在此范圍內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)箍筋及3～5層鋼筋網(wǎng)片，樁頂?shù)幕炷翉?qiáng)度不得低于樁身混凝土強(qiáng)度，且不低于C30，接樁處的樁身截面積應(yīng)與原樁身截面積相同，且中心軸線應(yīng)重合。

錨樁應(yīng)驗(yàn)算樁身裂縫和樁基抗拔承載力。靜載試驗(yàn)加載量：主墩樁基為3 300×1.9=6 300（kN），橋臺樁基為2 000×1.9=3 800（kN）。錨樁由4根樁承擔(dān)，應(yīng)使各樁受力均勻，計(jì)算考慮不均勻系數(shù)1.3，則錨樁上拔力為：主墩錨樁P=1.3×（6300/4）=2 048（kN）；橋臺錨樁 P=1.3×（3800/4）=1 235（kN）。主墩錨樁配置40根直徑25 mm的HRB335鋼筋，橋臺錨樁配置20根直徑25 mm的HRB335鋼筋，樁身混凝土裂縫寬度按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)第6.4.5條計(jì)算，橋墩樁基裂縫寬度0.18 mm，橋臺樁基裂縫寬度0.16 mm，裂縫寬度均小于0.2 mm；樁基抗拔承載力按照《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010）第7.2.9條計(jì)算，橋墩樁基抗拔承載力為2 568 kN，橋臺樁基抗拔承載力為1 468 kN，墩臺樁基承載力均大于錨樁上拔力。

在試樁過程中，應(yīng)保證錨樁與反力架的聯(lián)結(jié)可靠，靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，逐級等量加載，逐級等量卸載，終止加載條件按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）第4.3.7條、《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-218-2003）第4.3.5條及《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010）第16.3.9條執(zhí)行。

6 結(jié)語

在橋梁的建設(shè)過程中，樁基試驗(yàn)和檢測是保證樁基設(shè)計(jì)安全、施工可靠的重要手段。交通部關(guān)于公路橋梁樁基檢測的規(guī)范有《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》(JTG/T F81-01-2004)，但沒有關(guān)于橋梁靜載試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)范，在進(jìn)行樁基檢測設(shè)計(jì)時(shí)，可參考《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014），部分地區(qū)也有當(dāng)?shù)氐臉痘鶛z測規(guī)范規(guī)程，如上海地區(qū)的《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08-11-2010）和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》（DGJ08-218-2003）。各規(guī)范關(guān)于樁基檢測的適用方法、檢測數(shù)量、加載量等規(guī)定有所不同，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意結(jié)合工程實(shí)際加以確定。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的加載反力裝置可根據(jù)現(xiàn)場條件選擇錨樁橫梁反力裝置、壓重平臺反力裝置、錨樁壓重聯(lián)合反力裝置、地錨反力裝置和自平衡反力裝置，其中，錨樁橫梁反力裝置應(yīng)用較為廣泛。靜載試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對試樁樁頭構(gòu)造做特殊處理，并驗(yàn)算錨樁的裂縫寬度和抗拔承載力。