双荷载箱的自平衡法在戛洒江特大桥桩基优化中的应用

世界桥梁㊀２０１９年第４７卷第１期(总第１９７期)

双荷载箱的自平衡法在戛洒江特大桥桩基优化中的应用

杨兴华,何㊀宇,杨劲屾,杨荣双

(云南建设基础设施投资股份有限公司,云南昆明６５０５０１

)摘㊀要:戛洒江特大桥３号~６号主墩共采用１１８根ϕ２．２m 的钻孔灌注桩,设计桩长８５~１００m ,为深厚超长桩基,按摩擦桩设计.桩基持力层为中风化岩层,持力层以上也有中风化岩层,力学性能较好,考虑按嵌岩桩进行桩长优化.在４号主墩基础附近施工１根桩长７５m 的试桩,采用双荷载箱的自平衡法进行深厚嵌岩超长桩承载特性研究.试验结果表明,优化桩长后的基桩承载力能够满足设计荷载要求.基于试验结果及地勘参数对桩基承载力进行复核,在满足抗震和承载力要求的前提下,

对３号~６号主墩原设计桩长进行优化,优化后的桩长缩短了１０~２２m ,降低了施工成本,缩短了工期,社会经济效益显著.关键词:桩基础;嵌岩桩;试桩;双荷载箱;自平衡法;桩间侧阻力;桩长优化中图分类号:U ４４３．１５;T U ４７３．１６

文献标志码:A

文章编号:１６７１－７７６７(２０１９)０１－００７６－０５

收稿日期:２０１８－０８－２３

作者简介:杨兴华(１９６９－),男,高级工程师,１９９５年毕业于南京建筑工程学院岩土工程专业,工学学士(E Ｇm a i l :１６５０２２７５５０＠q q

．c o m ).１㊀工程概况

戛洒江特大桥为连续刚构箱梁桥,跨戛洒江,为整幅式桥梁.桥总长９７４m ,跨径布置为(２ˑ４０＋

７７＋１７０＋２００＋１７０＋７７＋５ˑ４０)m ,桥面至江面高度为２０５m ,大桥立面布置如图１所示.最大墩高１７２．６５m ,桥墩采用空心薄壁墩,基础采用桩基础.３号~６号主墩基础共采用１１８根ϕ２．２m 的钻孔灌注桩,按摩擦桩设计.桩基设计长度达到了８５~１００m ,为深厚超长桩基,在同等规模的T 形刚构桥[１]中属于罕见桩长,施工难度较大.

大桥墩位处地质勘察资料显示,桩基持力层为中风化岩层,持力层以上也有中风化岩层,力学性能较好.因此考虑可采用嵌岩桩进行桩基承载力计算复核和桩长优化,并结合试桩进行深厚嵌岩超长桩承载特性研究,以验证优化后的桩基承载力是否能满足设计桩顶荷载要求㊁检验既定施工工艺的效果和质量,在确保大桥基础工程安全的前提下,进行设

计优化[２

],降低施工难度,节约工期和造价.

２㊀试桩设计

原桩基按摩擦桩进行设计,根据地勘资料估算的桩基承载力相关要求,拟通过试桩的原位测试,获得直接的力学参数,验证设计采用地勘参数的合理性,以检验缩短桩长后的桩基承载力是否满足设计要求.地勘资料显示,持力层为中风化砂岩,承载力较高,单轴饱和抗压强度可达９M P a ,根据规范可以按嵌岩桩进行单桩承载力计算.经过对地勘资料认真分析,将原设计桩长缩短后进行试桩.根据现场施工组织安排,选择在４号主墩基础附近施工１根优化桩长的试桩(Z ４S Z )进行深厚嵌岩超长桩承载特性研究.试桩桩径为２．２m ,试桩桩长设计长度为７５m ,桩顶标高为５１４．１３５m .实际施工长度为

图１㊀戛洒江特大桥立面布置

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双荷载箱的自平衡法在戛洒江特大桥桩基优化中的应用㊀㊀杨兴华,何㊀宇,杨劲屾,杨荣双

７１．１３５m.试桩混凝土强度等级为C３０.成桩工艺㊁措施等与正式工程桩施工相同.为了获得分层岩土体与桩间侧阻力的大小,在试桩的不同岩土层分界面处对应的钢筋笼主筋上对称布置测试元件,测试元件采用基康B G KＧ４９１１H P型钢筋计.

根据地勘资料数据,估算调整缩短桩长后的基桩的极限承载力约１１６０００k N,承载力较高,传统方法无法满足试验加载条件.通过对地质资料的分析和桩基承载力的计算,选择采用依靠桩基自身反力㊁分段试验㊁分段激发桩基承载力的双荷载箱自平衡试桩法[３]进行承载力试验.每个荷载箱的加载能力均按１００MN设计,在考虑试验目的和桩周岩土层的力学性质以及考虑施工因素的基础上,计算确定双层荷载箱的埋设位置.Z４S Z桩身测试元件及荷载箱埋设标高如表１所示.

表１㊀Z４S Z桩身测试元件及荷载箱埋设标高

部位标高/m部位标高/m

断面１５００．９７上荷载箱４５８．９７

断面２４９６．０７断面６４５５．５７

断面３４８５．４７下荷载箱４４７．４７

断面４４７３．９７断面７４４２．４７

断面５４６６．３０断面８４３９．１３５

３㊀双荷载箱的自平衡法

３．１㊀试验原理

自平衡试桩法是利

用试桩自身反力平衡的原则,在桩端附近或桩身某截面处预先埋设荷载箱,沿垂直方向同时加载,可确定基桩的极限承载力㊁桩侧㊁桩端阻力分担情况等.而双荷载箱技术能克服单荷载箱测试中因平衡点失衡而导致所测承载力偏低的问题,依据试桩设计㊁试验目的和桩周各岩土层的性质,合理㊁灵活地组合试验加载顺序,以分步激发各桩段的承载力,最终达到预定的试验目的,同时解决传统方法难以实现的问题.双荷载箱的自平衡法试验示意如图２所示.

双荷载箱将桩身分为３个桩段,依次加载来激发桩身分段的承载力.对于该桥试桩,拟定的双层荷载箱的加载顺序为:首先对下荷载箱进行加荷,以期激发下荷载箱以下桩段的侧阻力及桩端反力;然后将下荷载箱油路封闭,对上荷载箱进行施压,以获得上荷载箱以上桩段的极限侧阻力;在上荷载箱加载测试后,上荷载箱保持打开状态,对下荷载箱进行第２次加载试验,以激发中间桩段的承载力.试验后采用合理的分析方法能得到试验桩整桩的承载力

图２㊀双荷载箱的自平衡法试验示意

和相关参数.

３．２㊀双荷载箱分析方法

自平衡试桩法承载力计算[４]主要有规范公式法和等效转换方法.

３．２．１㊀规范公式法

对于双荷载箱试验的单桩竖向抗压极限承载力,按下列公式计算:

Q u＝Q u u－W

γ１＋Q u m＋Q u d

式中,Q u为单桩竖向承载力极限值(k N);Q u u为上段桩的极限加载值(k N);Q u m为中段桩的极限加载值(k N);Q u d为下段桩的极限加载值(k N);W为荷载箱上段桩的自重与附加重量之和(k N),附加重量应包括设计桩顶以上超灌高度的重量㊁空桩段泥浆或回填砂㊁土自重,地下水位以下应取浮重度计算;γ１为受检桩的抗压摩阻力转换系数,宜根据实际情况通过相近条件的比对试验和地区经验确定,当无可靠比对试验资料和地区经验时,可取０．８~１．０,长桩及粘性土取大值,短桩或砂土取小值.３．２．２㊀等效转换方法

(１)将荷载箱以上部分分割成n个单元,任意单元i的桩轴向力Q(i)和变位量s(i)可表示为: Q(i)＝Q d＋１/２ðn m＝i q s m[U(m)＋U(m＋１)] h m

s(i＋１)＝s d＋

ðn m＝i Q(m)＋Q(m＋１)

A p(m) E p(m)＋A p(m＋１) E p(m＋１) h(m)式中,q s m为m点(i~n之间的点)的桩侧摩阻力(假定向上为正)(k P a);U m为m点处桩周长(m);A p(m)为m点处桩截面面积(m２);E p(m)为m点处桩弹性模量(k P a),宜采用标定断面法确定;h(m)为分割单

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