橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測

李自光

（三門峽市公路局，河南三門峽 472000）

橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測

李自光

（三門峽市公路局，河南三門峽 472000）

隨著我國路橋工程事業(yè)發(fā)展速度的不斷提升，橋梁施工是否有效在工程建設(shè)中的地位越來越重要，為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能現(xiàn)場監(jiān)測作為橋梁工程施工的主要組成部分，其監(jiān)測的準(zhǔn)確性將直接影響到工程的整體質(zhì)量。本文通過相應(yīng)的工程案例，主要對自平衡試樁法的原理、橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

橋梁工程 超長鉆孔灌注樁 承載性能 現(xiàn)場監(jiān)測 自平衡試樁法 原理 工程案例 應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，大直徑鉆孔灌注樁在公路橋梁基礎(chǔ)施工中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是超長鉆孔灌注樁。但樁基設(shè)計(jì)計(jì)算方式卻較為滯后，如一般選用《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024—85）。這種規(guī)范的計(jì)算方式并不符合體系變形，同時(shí)也沒有對樁—土體系的相互作用進(jìn)行充分考慮，為此，在超長鉆孔灌注樁計(jì)算中應(yīng)選用與之相適應(yīng)的方式進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。為將大直徑鉆孔灌注樁的承載力能力充分發(fā)揮出來，及起到工程成本降低的作用，必須深入研究鉆孔灌注樁承載性能，對不同區(qū)域地質(zhì)條件下超長施工技術(shù)與其承載性能進(jìn)行分析，這對研究鉆孔灌注樁施工具有重要意義。

1　自平衡試樁法的原理

堆載法與錨樁法是傳統(tǒng)樁基荷載試驗(yàn)的主要方式。這兩種方式都選用油壓千斤頂在樁頂施加荷載，而千斤頂?shù)姆戳Γ演d法利用反力架上的推重和其平衡，錨樁法則利用反力架向錨樁傳遞反力，并平衡于錨樁的抗拔力。但這兩種方式都存在諸多弊端，如堆載法必須對荷載來源、堆放及運(yùn)輸?shù)惹闆r進(jìn)行處理，錨樁法必須進(jìn)行多根錨樁與反力大梁的設(shè)置等。為對上述問題進(jìn)行有效處理，上個(gè)世紀(jì)八十年代，美國學(xué)者Osteiberg首次提出了自平衡測試法，并進(jìn)行了樁承載力自平衡試驗(yàn)方式的探究。

自平衡測樁法就是將荷載箱安裝在樁身平衡點(diǎn)位置，順著垂直方向加載，這樣就可以對荷載箱上、下部各自承載力進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測。荷載箱是自平衡測樁法的重要裝置，分別由活塞、頂蓋、底蓋與箱壁構(gòu)成了荷載箱。相比樁的外徑，頂、底蓋外徑應(yīng)小一點(diǎn)，并將位移棒設(shè)置在頂、低蓋上面。確保荷載箱和鋼筋籠焊接為一個(gè)整體后，應(yīng)向樁體內(nèi)放入，隨后應(yīng)進(jìn)行混凝土澆筑與振搗施工，以此成樁。

試驗(yàn)過程中，在地面上利用油泵進(jìn)行加壓作業(yè)，不斷增加壓力的同時(shí)，荷載箱將產(chǎn)生位移現(xiàn)象（同時(shí)向上、下方向），充分發(fā)揮樁側(cè)阻力與樁端阻力。如圖1所示。

通過壓力表測出荷載箱內(nèi)的壓力，通過位移傳感器測出荷載箱向上、下兩個(gè)方向的位移?；诖?，可通過讀數(shù)進(jìn)行相應(yīng)位移圖的描繪，并以此進(jìn)行樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮等數(shù)據(jù)的確定。

2　工程案例

某大橋全長4566米，橋梁下部因橋位處具有較差的地質(zhì)條件，往往選用摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用密實(shí)細(xì)砂與中砂作為樁基持力層，同時(shí)對沖刷液化深度進(jìn)行充分考慮，一般可達(dá)到20米。主橋174+ 352+174米一聯(lián)雙塔斜拉橋塔墩基礎(chǔ)進(jìn)行F2.0米鉆孔樁的布設(shè)，共44根，樁長為80到85米，2#過渡墩分別進(jìn)行4根F2.0米鉆孔樁的設(shè)置，樁長為70到80米之間，混凝土標(biāo)號則為30#混凝土。

表1　1號試樁、2號試樁最終極限承載力

3　橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測

作為隱蔽工程，深埋巖土內(nèi)的樁基具有較為復(fù)雜的承載性能，條件不同，樁側(cè)摩阻力與樁端阻力發(fā)揮也具有不同的規(guī)律，特別是超長樁，選用自平衡試驗(yàn)進(jìn)行橋梁施工全過程超長鉆孔灌注樁承載性能的現(xiàn)場監(jiān)測，如開始樁基自平衡試驗(yàn)后，荷載箱產(chǎn)生的荷載順著樁身軸向上、下進(jìn)行傳遞。當(dāng)基樁受荷后，樁身沒有出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，混凝土在各級荷載作用下出現(xiàn)的應(yīng)變量將與鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量具有一致性，利用對樁體內(nèi)預(yù)埋的鋼筋應(yīng)變計(jì)的測量，可以對各個(gè)鋼筋應(yīng)變計(jì)在各級荷載作用下出現(xiàn)的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行實(shí)測，從而得到樁截面的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。并得出樁身軸力、摩阻力隨荷載與深度變化而出現(xiàn)的傳遞規(guī)律，進(jìn)而對超長鉆孔灌注樁承載性能進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。

3.1自平衡試樁法軸力加載分布情況

自平衡法加載過程中，自荷載箱位置樁身軸力分布向上、下不斷減少，此過程并不同于樁頂加載過程中樁身軸力從上到下的減少。可通過采集的鋼筋計(jì)數(shù)據(jù)對各截面位置的軸力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。根據(jù)工程監(jiān)測要求，分別進(jìn)行1號試樁與2號試樁的標(biāo)注，并進(jìn)行不同鋼筋計(jì)的鋪設(shè)，一般將1號試樁進(jìn)行8層鋼筋計(jì)的設(shè)置，2號試樁進(jìn)行9層鋼筋計(jì)的設(shè)置。

3.2側(cè)摩阻力的分析

（1）樁側(cè)摩阻力將為超長鉆孔灌注樁提供大量的承載力，由此可見，在計(jì)算單樁極限承載力時(shí)，要求實(shí)測各土層極限側(cè)摩阻力。通過自平衡試樁法可以測出，上端樁摩阻力方向?yàn)橄?，不同于一般摩阻力方向。傳統(tǒng)加載過程中，側(cè)阻力將壓密土層，當(dāng)選用自平衡試樁法進(jìn)行加載時(shí)，上段樁側(cè)阻力將使土層減壓松散，因此，這種試驗(yàn)方式相比一般摩阻力要小一點(diǎn)。通過相關(guān)試驗(yàn)測試得出，1號試樁的實(shí)測摩阻力與勘察報(bào)告中的極限值要小一點(diǎn)，但差距較小。隨著土層深度的不斷加大，其偏差也會(huì)越來越大。2號試樁實(shí)測摩阻力與勘測報(bào)告中的極限值相比要大一點(diǎn)，但極為相近。一般將其中下部土層偏差在1/10的范圍內(nèi)進(jìn)行有效控制，但土層不斷加深時(shí)，則其偏差不會(huì)發(fā)生改變。由此得出，勘察報(bào)告中的提供者基本符合側(cè)摩阻力的實(shí)測值。

（2）分層土側(cè)摩阻力的分析。隨著荷載的不斷增加，側(cè)摩阻力得到了充分發(fā)揮，由此可見，每一級荷載都具有一定的測阻值。在兩根試樁樁身內(nèi)，應(yīng)將鋼筋計(jì)預(yù)先埋設(shè)在相對應(yīng)的土層分界面位置，在處理過采集的鋼筋計(jì)數(shù)據(jù)后，就可以得到樁身各斷面的軸力，并進(jìn)行各土層側(cè)摩阻力的準(zhǔn)確計(jì)算。

（3）側(cè)摩阻力與樁土相對位移的關(guān)系。樁頂位置的位移情況及荷載箱位置的位移情況可通過位移傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確測量，各級荷載下的樁身應(yīng)變可通過埋設(shè)在試樁樁身的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測量，從而測量出各截面點(diǎn)的軸力。并得出各土層側(cè)摩阻力和樁土相對位移的關(guān)系。因樁身中部可以埋設(shè)荷載箱，因此2根試樁的樁側(cè)摩阻力—位移曲線必須分別進(jìn)行上下兩段的測量。

3.3樁端阻力分析

因1號試樁加載過程中樁端將產(chǎn)生較小的位移，其破壞曲線與緩變型相似，在增加樁端位移的過程中，其極限荷載也呈現(xiàn)出不斷加大的發(fā)展趨向。但2號試樁因加載量較大，其樁端位移較大，樁端荷載—位移曲線則為陡變型。

3.4試樁承載力等效轉(zhuǎn)換結(jié)果

在樁承載力自平衡試驗(yàn)中，在對荷載箱荷載、垂直方向向上、下變位量與樁在不同深度的應(yīng)變進(jìn)行測定的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)樁的應(yīng)變與斷面剛度，通過一定公式，進(jìn)行軸向力分布的計(jì)算。并得出深度不同的樁側(cè)摩阻力，通過荷載傳遞方式，進(jìn)行樁側(cè)摩阻力、變位量、荷載箱荷載等各個(gè)關(guān)系的確定，并進(jìn)行承載力等效轉(zhuǎn)換結(jié)果的確定。在兩根試樁中，1號試樁因加載較小，具有較小的樁頂位移情況，2號試樁因具有較大的加載，具有較大的樁頂位移情況，由此得出其最終極限承載力如下表1所示。

4　結(jié)語

綜上所述，隨著交通運(yùn)輸量的不斷提升及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的不斷加大，因建設(shè)時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平及建設(shè)思想等因素的影響，我國部分已建橋梁工程已經(jīng)無法滿足社會(huì)發(fā)展的需求，并出現(xiàn)了超荷載與路面損壞等現(xiàn)象。從國民經(jīng)濟(jì)長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看，在橋梁工程建設(shè)中應(yīng)重視樁基施工，通過對超長鉆孔灌注樁承載性能的監(jiān)測，不僅可以降低施工成本，更能縮短工期，為此，施工單位必須充分了解各項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行科學(xué)有效施工，才能實(shí)現(xiàn)橋梁工程施工的預(yù)期目標(biāo)。

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李自光（1976-），男，河南三門峽人，本科，研究方向：公路工程技術(shù)。