蘇丹西納大橋基樁靜載自平衡試驗(yàn)研究
2017-09-18
1 工程概況
西納大橋位于蘇丹共和國喀土穆南部約300公里處的青尼羅河上，橋位處青尼羅河河面寬度約280m，東岸為一片芒果林，西岸為河灘，距離市區(qū)較遠(yuǎn)，上游約3.9km處有西納大壩，大壩建于1925年。西納大橋?yàn)?7m+2×98m+57m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁－連續(xù)剛構(gòu)組合梁橋。為提高基樁承載力采用樁底注漿技術(shù)[1]，橋型布置如圖1所示。
為了解樁底注漿對單樁承載力的實(shí)際效果[2]，保證構(gòu)的安全性，在橋墩和橋臺下各選取1根工程樁進(jìn)行承載力試驗(yàn)，相關(guān)參數(shù)見表1。
2 樁承載力試驗(yàn)
2.1 機(jī)理介紹 試驗(yàn)主要裝置是一種特別設(shè)計(jì)的荷載箱。將荷載箱和鋼筋籠焊接為一體，然后放入樁體，下一步澆注混凝土成樁。
試驗(yàn)時，通過油泵加壓，伴隨壓力增大，荷載箱會向上、向下發(fā)生位移，促使樁側(cè)阻力及樁端阻力的發(fā)揮。荷載箱中的壓力通過壓力表測出，荷載箱的向上、向下位移通過位移傳感器顯示。因此，可根據(jù)讀數(shù)畫出相應(yīng)的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”，根據(jù)向上、向下Q-S曲線判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形[3]。
2.2 儀器設(shè)備 ①試樁采用環(huán)形荷載箱。加載值的率定曲線經(jīng)計(jì)量部門確定，荷載箱的埋設(shè)位置由現(xiàn)場地質(zhì)情況定出。②高壓油泵。③電子位移傳感器。目的在于測量樁身荷載箱處的向上位移，向下位移和樁頂向上位移。④電腦及數(shù)據(jù)自動采集儀一套。
2.3 試樁施工要求 ①成孔的樁底沉渣厚度、孔徑、鉆孔垂直度需滿足規(guī)范要求。②在地面上綁扎、焊接鋼筋籠。③荷載箱應(yīng)垂直放在平地上，保證荷載箱水平度小于5%。④試樁混凝土標(biāo)高與工程樁相同，導(dǎo)管到達(dá)樁端然后澆注混凝土，澆混凝土至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高；荷載箱下部混凝土的坍落度應(yīng)不小于20cm。⑤荷載箱埋完后，保護(hù)油管和聲測管封頭。⑥澆注混凝土?xí)r，應(yīng)事先準(zhǔn)備一些混凝土試塊。⑦測試期間應(yīng)保證持續(xù)供電，試樁周圍10m內(nèi)避免大振動。⑧布置平衡梁。⑨試樁時將外部因素的影響減到最低。
2.4 試驗(yàn)流程 加載通過慢速維持荷載法進(jìn)行，流程按中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法》（JT/T 738-2009）進(jìn)行[4]，即：
①成樁至試驗(yàn)間隙時間：在樁身壓漿后不少于15d。②荷載分級：每一級加載等于估計(jì)加載大小的1/15，第一級采用兩倍荷載，卸載分5級完成。如表2所示。③位移觀測：每級加載完成后，在第1個小時內(nèi)分別在5、15、30、45、60min分別進(jìn)行讀數(shù)，其后，每隔30min讀數(shù)一次。把電子位移傳感器與電腦連接，直接由電腦控制讀數(shù)，在電腦屏幕上可以畫出Q-S、S-lgt、S-lgQ曲線。④穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在每一級荷載作用下，樁的位移在1小時內(nèi)不大于0.1mm，還需連續(xù)出現(xiàn)兩次。⑤終止加載條件：當(dāng)荷載—位移（Q—s）曲線和位移—時間（s—lgt）曲線上出現(xiàn)能判斷極限承載力的突然下降段；在某一級荷載作用下，樁的位移為其前一級荷載作用下位移量的5倍；某級荷載作用下，樁的位移量的大于前一級荷載作用下位移量的2倍，且經(jīng)24小時沒有達(dá)到相對穩(wěn)定；加載到估計(jì)承載力可以結(jié)束。⑥卸載：卸載要求分級進(jìn)行，共分5級卸載。每級荷載卸載后，需要觀察樁頂?shù)幕貜椓?，觀測辦法參考沉降要求。待回彈量穩(wěn)定后，繼而卸下一級荷載。⑦單樁豎向抗壓極限承載力判斷準(zhǔn)則：根據(jù)測量得到的荷載箱上、下位移計(jì)算承載力公式[5]：Qu=■+Qu下
此方法適用于單樁承載力的計(jì)算，但相應(yīng)的樁頂位移不宜采用此公式。
3 數(shù)據(jù)的整理分析
以試樁2為例，整理分析試驗(yàn)結(jié)果。如表3所示。
承載力試驗(yàn)結(jié)果向傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的樁頂荷載—位移曲線轉(zhuǎn)換方法是：根據(jù)向上、向下位移同步的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擬合，也就是說通過位移進(jìn)行荷載疊加[6]。根據(jù)兩種試驗(yàn)方法的受力計(jì)算分析，可以得出如下公式：Q=Q-+KQ+，S=S-+K?駐S
根據(jù)承載力試驗(yàn)的Q-s曲線的特點(diǎn)：每加載一級荷載，上、下段基樁的位移量不同，但與傳統(tǒng)靜載是相對應(yīng)的，根據(jù)向上、向下位移相等的準(zhǔn)則，把相應(yīng)結(jié)果疊加計(jì)算。根據(jù)S及計(jì)算的阻力Q得到傳統(tǒng)靜載基樁的一系列數(shù)據(jù)（Si，Qi），i=1，2，…n，繼而可以畫出等效的樁頂荷載—位移曲線[7]。
4 結(jié)語
自平衡法的關(guān)鍵是荷載箱的埋設(shè)位置即“自平衡點(diǎn)”的選取，上、下兩部分樁身阻力能否同時達(dá)到極限值，直接影響到試樁極限承載力的確定。
采用自平衡試樁法對蘇丹西納大橋進(jìn)行樁基靜載試驗(yàn)，由于該法省時省力、安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好，故取得了很好的效果，相信在以后的橋梁基樁試驗(yàn)中會得到廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]馮啟文,王業(yè)義,曹向東等.蘇通大橋大直徑深水超長樁基礎(chǔ)樁底注漿的關(guān)鍵技術(shù)[J].公路,2008(4):103-105.
[2]王勤友.樁底注漿技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用研究[J].北方交通,2006(4):59-60.
[3]徐國翔,王婷婷.自平衡靜載試驗(yàn)法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].浙江建筑,2010(3):19-20.
[4]基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法(JT/T 738-2009)(中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)) [S].2009.
[5]朱瑤宏,程曄,龔維明.杭州跨海大橋樁基承載力的自平衡試驗(yàn)[J].公路交通科技,2004(1):59-61.
[6]朱洪凱,馮泮.樁基承載力自平衡試驗(yàn)法在濟(jì)寧運(yùn)河橋中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪,2010(2):38-40.
[7]樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程(DB32/T291-99)(江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn))[S].1999.
