津濱輕軌橋梁基樁設計試樁試驗
摘 要:津濱輕軌一期工程橋梁基礎一般采用直徑0. 8 m 的鉆孔灌注樁,樁長35～45 m , 全線基樁約1. 5 萬根。在橋梁設計中準確地選取各項地基參數,對確保設計質量和降低工程投資具有重要意義。介紹試樁的設計,試樁的原理、方法及試驗成果,該成果為津濱輕軌橋梁樁基礎設計提供了科學依據。關鍵詞:輕軌橋梁; 基樁; 設計試樁; 試驗1 概述
天津市區至濱海新區快速軌道交通工程一期工程
2 工程地質及設計概況
(1) 橋梁基礎一般采用直徑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。全線基樁根數約1. 5 萬根,樁長一般在35～45 m 。津濱輕軌高架橋梁上采用無碴軌道和超長無縫線路,且橋梁結構大部分采用3 跨一聯的連續梁結構,因此對橋梁的工后沉降要求非常嚴格,橋梁設計中基礎不均勻沉降按5～10 mm 控制,工后總沉降量按20 mm 控制。該項目地質勘察依據《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》( GB50307 1999) ,而設計則主要依據相關的鐵路橋涵設計規范,地質勘察所提供的基礎數據與鐵路橋規的匹配性需加以驗證。另外,由于該項目工程規模巨大,在設計中采取各項合理的地基系數進行樁基礎設計,以確保橋梁結構安全和控制工程投資是必要的。因此,為驗證樁基礎設計選取樁周土極限摩阻力值及樁底支承力折減系數值的準確性和科學性,進行大規模設計前的設計試樁具有非常重要的意義。
根據沿線總體地質情況,共選取了3 處有代表性的工點進行了3 組設計試樁,每個試樁工點為1 組,每組試樁共計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展有限公司委托天津地質新技術開發應用中心完成,靜力及動力檢測委托中國石油天然氣總公司工程技術研究院完成。下面結合CK21 + 320 工點的設計試樁對樁基設計及試樁的原理、方法及試驗成果進行分析介紹。
該工點處橋梁孔跨為3 25 m 預應力混凝土連續梁,樁基采用8 根<80 cm 的群樁,初步估算樁長為36 m?？紤]承臺厚度為2 m , 從地面向下算起取值為38 m 。為了施工方便, 利于試驗和檢測, 樁頭露出地面0. 3 m , 共計樁長38. 3 m 。該樁單樁允許承載力〔P〕的確定采用鐵路橋規公式〔P〕= (UΣfili) / 2 + m0 A〔σ〕式中,樁周土極限摩阻力fi 的取值根據地質報告中土性的描述和土工實驗報告中提供的土體物理、力學指標進行選取:對于粘性土主要根據其液性指數在規范規定值的范圍內內插確定;而砂類土則根據其密實度等性質在規范規定值的范圍內取中值,各土層fi 取值詳見表1 。對于公式中樁底支承力折減系數m0 ,根據土體性質在規范規定值范圍內取中下限值。
按上述公式計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 。本次試驗設計采用錨樁法, 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 試樁的配筋及對混凝土要求與工程樁相同,主筋采用14 根<16 mm 、長24. 8 m 的Ⅱ 級鋼筋,混凝土采用C20 ;M1 ～ M8 錨樁的樁長采用38 m ,樁內設置通長縱向主筋,采用14 根<25 mm 的Ⅱ 級鋼筋,并延伸至樁頭以上1. 2 m 長,以便與反力梁進行連接。3 基樁檢測
3. 1 基樁動力檢測
試驗樁與錨樁施工完成后,為驗證試驗樁樁身的完整性,并為將工程樁動測信號進行對比作準備,在試驗樁靜載試驗之前進行了低應變動測檢驗。低應變動力檢測方法采用反射波法,檢測儀器采用美國PDI 公司生產的PIT V 型樁基檢測系統(該系統由主機、加速度傳感器和力棒組成),依據中華人民共和國行業標準《基樁低應變動力檢測規程》(J GJ/ T93 95) 執行。采用該方法可檢測樁身混凝土的完整性, 推定缺陷類型及其在樁身中的位置,也可對樁長進行核對,對樁身混凝土的強度等級作出估計。本次試驗對3 根試驗樁逐一進行了動測,實測信號表明3 根試驗樁樁身完整,有較明顯樁底反射,無其他不良反射信號。經評定,3 根樁均為Ⅰ 類樁。
3. 2 基樁靜力檢測
靜載試驗采用錨樁法,采用接近于豎向抗壓樁的實際工作條件的試驗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,設計單樁極限承載力為4 137. 9 kN 。
(1) 試驗加載裝置
本次試驗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,試驗時在每根錨樁樁頂設置百分表以對錨樁的上拔量進行監測。試驗加載是通過油壓千斤頂頂反力梁實現的,荷載通過放置于千斤頂上的應變式測力傳感器直接測定。錨樁反力法靜載試驗裝置如 圖2 所示。
圖2 試驗加載裝置
(2) 試驗方法試驗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、工業與民用建筑均不完全相同,因此,本次試驗的加載分級、沉降觀測、終止加載條件、卸載及卸載沉降觀測,綜合了《建筑樁基技術規范》(J TJ 94 94) 和《鐵路橋涵施工規范》(TB10203 2002) 所規定內容進行試驗。
(3) 資料整理及結果
根據試樁的原始試驗記錄, 編錄靜載試驗結果匯總表,繪制QS 、S lg Q 、S lg t 曲線,并分別依據以上2 個規范確定單樁豎向抗壓極限承載力。檢測結果如表2 所示。
表2 試樁檢測結果
(4) 試驗結論
①3 根試樁均加載到4 500 kN 時達到終止加載條件而停止加載。
② 依據《建筑樁基技術規范》(J TJ 94 94) 中對單樁豎向極限承載力的判斷方法,3 根試樁發生明顯陡降的起始點均為4 200 kN , 綜合判定該試驗樁的單樁極限承載力為4 200 kN 。
③ 依據《鐵路橋涵施工規范》( TB10203 2002) 要求,單樁豎向抗壓極限荷載為終止加載時最大一級荷載的小一級荷載(后期每級加載為300 kN) ,判定單樁極限承載力為4 200 kN 。
④ 經試驗對比,采用2 種規范所要求的試驗方法沒有明顯的區別,試驗結論基本一致。
⑤ 依據《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》(TB10002.5 99),鐵路橋梁工程基樁安全系數為2 ,因此,試驗樁單樁容許承載力為〔P〕=2 100 kN 。
4 結語
設計試樁試驗結果表明,基樁單樁容許承載力的設計值2 068. 95 kN 和試驗值2 100 kN 是基本一致的, 可以推定基樁設計與實際是比較吻合的。該試驗亦證明,地質勘察所依據《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》( ( GB50307 1999) 提供的基礎數據與設計所采用的鐵路橋規是基本匹配的; 基樁設計中所需各項設計參數的取值及取值方法是科學可靠的。該試驗結論為全線大面積展開的橋梁樁基設計提供了經濟、安全、可靠的保證。
原作者：于泳湖
