摘要：錫澄高速公路江陰高架橋?yàn)槟壳拔沂≡诮ǖ淖铋L(zhǎng)的公路高架橋，通過(guò)兩組四板鉆孔灌注樁的靜載荷 試驗(yàn)，單樁極限承載力均較設(shè)計(jì)提高30％以上，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠參數(shù)，從而節(jié)約了相當(dāng)可觀的投資。

　　關(guān)鍵詞：高速公路 高架橋 鉆孔灌注樁 靜載試驗(yàn)

　　1　概述

　　1.1　江陰高架橋簡(jiǎn)介

　　錫澄高速公路江陰高架橋位于江陰市區(qū)東側(cè)，北接長(zhǎng)江大橋，向南跨越澄江路，濱江路、人民東路、澄張公路等4條主干線，全長(zhǎng)3982.23m，是我省目前最長(zhǎng)的公路高架橋，橋?qū)?×16.25m，雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h，設(shè)計(jì)荷載：汽-超20、掛-120，155跨，1860根鉆孔灌注樁（半幅橋單個(gè)橋墩承臺(tái)下6根鉆孔樁）。

　　1.2樁樁位、工程地質(zhì)情況

　　根據(jù)江陰高架橋橋位處工程地質(zhì)復(fù)雜多變的特點(diǎn)，選取141#墩、29#墩兩處作試樁。這兩處樁位的工程地質(zhì)士層包括了全線的他質(zhì)土層，有很好的代表性。

　　1.3　試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)及施工情況（見(jiàn)表1）

　　141#墩1號(hào)、2號(hào)試樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為40.8#；29#墩3號(hào)、4號(hào)試樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為36.1m，設(shè)計(jì)樁徑均為100cm，試樁砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25級(jí)，與工程樁設(shè)計(jì)相同。

　　單根試樁設(shè)計(jì)加載量為1200t，單根錨樁的設(shè)計(jì)抗拔力為1.25×2000KN，拉力全部由鋼筋承擔(dān)，砼不承受拉力，驗(yàn)算最大裂縫開(kāi)裂寬度不超過(guò)0.25mm.

試樁施工情況表

　　2　單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

　　2.1　試臉?lè)椒?/p>

　　試驗(yàn)采用“六錨一”錨樁反力梁法。

　　2.2　加、卸載等級(jí)、穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)及卸載條件

　　2.2.1　加載分級(jí)

　　根據(jù)試樁樁位工程地質(zhì)勘探資料，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)資料以及有關(guān)規(guī)范，分析估算承裁力后按9～11級(jí)加載。

　　2.2.2　測(cè)讀樁頂沉降量的間隔時(shí)間

　　每級(jí)加載后，隔5、10、15、15、15min測(cè)讀一次，累計(jì)1h后，每隔30min測(cè)讀一次。

　　2.2.3　沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

　　每級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量在每h內(nèi)小于0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，且每級(jí)荷載維持對(duì)間不少于2h，即視為穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。

　　2.2.4　終止加載條件

　　根據(jù)JGJ94-94規(guī)范之規(guī)定，只要滿(mǎn)足下述條件之一即可終止加載：

　�。�1）某級(jí)荷載的沉降增量大于前級(jí)等量荷載沉降增量的5倍；

　�。�2）某級(jí)荷載的沉降增量大于前級(jí)等復(fù)荷載沉降增量的2倍，且24h沉降仍不穩(wěn)定；

　�。�3）己達(dá)到錨樁的最大抗拔力。

　　2.2.5　卸載對(duì)測(cè)的規(guī)定

　　每級(jí)卸載值為加載值的2倍，卸載后隔15min讀一次，讀兩次后，隔0.5h再讀—次，即可卸下一級(jí)紙荷載，全部卸載后，隔3—4h再讀—次。

　　2.2.6　錨樁上拔量標(biāo)準(zhǔn)

　　試驗(yàn)的錨樁將作為工程樁使用，其樁—土體系的承載力特征等因素不得破壞，本次試驗(yàn)錨樁最大上撥量控制在5mm以?xún)?nèi)。

　　2.3　測(cè)試結(jié)果與分析

　　2.3.1　測(cè)試結(jié)果

　　根據(jù)試驗(yàn)所測(cè)荷載P與沉降值S及試驗(yàn)記錄的時(shí)間T和對(duì)應(yīng)的沉降位移S，用計(jì)算機(jī)繪制成P—S曲線，S—LG（P）（kN）曲線和S—LG（t）曲線。因4根試樁曲線均力陡降型，現(xiàn)摘錄4號(hào)試樁成果曲線。

　　2.3.2　成果分析

　�。�1）4號(hào)試樁極限承載力的確定：

　　最大加載值：13000k

　　樁頂最大豎向位移值：80.04mm

　　卸載后殘余沉降量：71.81mm，占總沉降量的89.7％。殘余沉降量較大，其樁—土體系已達(dá)破壞狀態(tài)，

　　卸載后樁頂回彈值：8.23mm，占總沉降量的10.3％。

　　觀測(cè)歷時(shí)：92.5h.

　　根據(jù)“94 -94”規(guī)程終止加載條件，第11級(jí)荷載12000kN，沉降增量ΔS11/ΔS10>2，且經(jīng)24h沉降仍不穩(wěn)定，根據(jù)終止加載條件之（2）條規(guī)定、應(yīng)該結(jié)束加載，但是加該級(jí)荷載對(duì)的總沉降量尚小，又加一級(jí)荷載以便進(jìn)一步觀察樁內(nèi)各截面的應(yīng)力和樁底反力變化情況。

　　①根據(jù)P—S曲線或S—lg（P）曲線顯著陡降來(lái)確定極限承載力

　　當(dāng)4號(hào)試樁在加載至11000kN后，P—S曲線上出現(xiàn)明顯下彎、及S—lg（P）曲線出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)、曲線陡降，確定極限承舉載力為11000kN.

　　②根據(jù)樁頂下沉隨時(shí)間發(fā)展的規(guī)律

　　當(dāng)4號(hào)試樁在加載至12000kN時(shí)，S—lg（t）曲線的尾部出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，存在下彎段特征，取該級(jí)荷載的前一級(jí)荷載11000kN為該樁的單樁極限承載力。

　�。�2）極限摩阻力、極限端承力的椎算

　　利用S—lg（P）圖，可以從極限承載力里將極限摩阻力和極限端承力分開(kāi)，具體作法是將以極限荷載為起點(diǎn)的直線段延長(zhǎng)與橫坐標(biāo)相交，其交點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)間的荷載值即為極限摩阻力、剩余部分為極限端承力。

　　用兒何方法得到推算方程：

　　fu=（Pu/Pmax）α×Pu

　　α=1/（Smax/Su-1）

　　式中：fu為樁的極限摩阻力；

　　Pu為樁的極限承載力；

　　Pmax為樁的破壞荷載；

　　Smax為樁的總沉降量；

　　Su為樁的極限承載力對(duì)應(yīng)的沉降量。

　　2.3.3　結(jié)論

　　根據(jù)兩組對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果繪制出的P—S、S—lg（P）以及S—lg（t）曲線，兩組試驗(yàn)樁的極限承載力取值建議如表2.

極限承載力推薦表表2

　　3　試樁應(yīng)力測(cè)試

　　3.1　試驗(yàn)?zāi)康?/p>

　　在試樁的加、卸載過(guò)程當(dāng)中，對(duì)樁身軸力進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)試，目的在于分析樁一土系統(tǒng)樁側(cè)阻力、樁尖瓜力的發(fā)揮請(qǐng)況及發(fā)展過(guò)程，同時(shí)利用樁頂位移觀測(cè)資料、試塊抗壓資料及應(yīng)力測(cè)試結(jié)果對(duì)試樁的各截面前位移發(fā)展進(jìn)行分析。

　　3.2　數(shù)據(jù)處理

　　3.2.1　基本原理

　　鋼筋計(jì)的直接測(cè)讀量為振弦的頻率值f，單位Hz，按下式即可轉(zhuǎn)換成鋼筋計(jì)的應(yīng)力σgi

　　σgi=（f-f1）＊A

　　式中：σgi——測(cè)讀的鋼筋應(yīng)力（MPa）

　　f—一測(cè)讀的鋼筋計(jì)頻率值（Hz）

　　f1——工作初頻，單位Hz；

　　A——為鋼筋計(jì)的率定參數(shù)。

　　事實(shí)上由于部分鋼筋計(jì)率走參數(shù)A，在不同的荷載等級(jí)下有少許偏差，可采用分段內(nèi)插的　方法求取σgi，以保證測(cè)試精度。

　　當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試出鋼筋計(jì)應(yīng)力σgi后，鋼筋的測(cè)試應(yīng)變εg可由下式計(jì)算：

　　式中鋼筋計(jì)的彈性模量為Eg=2.1×105MPa，

　　鋼筋砼的彈性模量Eght=Eh （Eg-Eh）＊μ

　　式中：Eh混凝土的抗壓彈性模量（MPa）；

　　Eght第i個(gè)截面鋼筋砼的抗壓模量（MPa）。

　　因此，樁柱體任一測(cè)試截面Ai的軸力計(jì)算可用下式，即

　　Ni=σghi*A4t

　　當(dāng)軸力已知時(shí)，可利用簡(jiǎn)單的靜力平衡原理推出側(cè)壁摩阻力的大小，

　　Ni 1-Ni-Fi=0

　　樁端反力計(jì)算可采用下式：

　　G=Ni-π＊R＊L0＊τi

　　式中G為樁端反力，在這里i=1表示Ni為樁柱體第一測(cè)試斷面處的軸力。

　　樁柱體各測(cè)試斷面的沉降位移按下式計(jì)算：

　　其中：n是試樁的測(cè)試斷面，在這里n=10；

　　Si為第i個(gè)測(cè)試斷面的沉降推算值（mm）；

　　St為樁頂沉降，由位移計(jì)測(cè)出（mm）。

　　3.2.2　數(shù)值處理

　　經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理后得到了試樁斷面軸力圖、摩阻力圖以及斷面沉降圖。

　　3.3　成累分析

　　（1）1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)及4號(hào)試樁側(cè)阻力及樁端土反力見(jiàn)表3.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　單位：KN 表3

　　從表中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，摩擦樁前樁端反力所占比例極小，遠(yuǎn)未達(dá)到依據(jù)《橋規(guī)》設(shè)計(jì)的樁尖承載力。

　�。�2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，樁側(cè)庫(kù)摩力大小與勘察報(bào)告提供的參數(shù)值及根據(jù)規(guī)范和土層分類(lèi)、物理性質(zhì)有出的測(cè)阻力不盡相同，主要表現(xiàn)力：

　�、贅吨�體上部（約15m以?xún)?nèi)），各土層的極限摩阻力試驗(yàn)測(cè)試值與地勘報(bào)告值及規(guī)范值基本吻合；

　　②樁柱體中下部，各上層的極限摩阻力試驗(yàn)測(cè)試值較地勘報(bào)告值及規(guī)范值偏大，約大15～20％；

　�、蹣吨�體底部，側(cè)阻力測(cè)試值與地勘報(bào)告值及規(guī)范值基本吻合；

　�、軅�(gè)別測(cè)區(qū)（分布在中下部），側(cè)阻力測(cè)試信明顯高于地勘報(bào)告值及規(guī)范值。

　�、菹峦�位置土層的側(cè)阻力發(fā)揮與樁頂沉降之間的關(guān)系是上部土層側(cè)限力發(fā)揮僅需較小的樁頂沉降，一般樁頂沉降在5～7mm時(shí)，側(cè)阻力已充分發(fā)揮；而中下部側(cè)阻力則隨樁頂沉降是不斷增加的趨勢(shì)；樁端的側(cè)阻力似乎在極限狀態(tài)下，仍未充分發(fā)揮。

　　（3）樁端反力的測(cè)試值明顯偏低，鉆孔灌注樁在使用階段工作狀態(tài)下樁頂沉降很小，一般在2～3mm左右，砼處于彈性壓縮階段，而端阻力的完全發(fā)揮需要重大柱頂沉降，一般結(jié)構(gòu)是不容許這樣大的沉降。在這里就端部反力不能發(fā)揮的原因作如下分析：

　�、俦敬卧囼�(yàn)的樁細(xì)長(zhǎng)比均較大、141#墩L/D=40.8，而29#墩L/D=36.1，這樣大的細(xì)長(zhǎng)比，對(duì)端阻力的發(fā)揮是有影響的。

　　②端部反力的發(fā)揮除了與該土層的性質(zhì)有關(guān)外，鉆孔后的沉淀層厚度（虛土厚度）對(duì)端反力的發(fā)揮也有較大的影響，本次試驗(yàn)的兩個(gè)樁位，樁尖持力層十的性質(zhì)是接近的，但141#墩的端反力明顯小于29#墩，而29#墩4號(hào)試樁施工采用了反循環(huán)鉆機(jī)，沉淀層厚度較菏，其端阻力在極限狀態(tài)對(duì)，比3號(hào)試樁大了一倍。由此可見(jiàn)，采用反循環(huán)施工工藝對(duì)控制沉淀層厚度，提高樁的端阻力是十分有利的。

　�。�4）從樁頂及各測(cè)試斷面沉降資料可明顯看出，樁柱體的彈性壓縮變形盤(pán)較小，各截面的沉降特征主要力樁——土體系間的相對(duì)滑動(dòng)。

　　4　幾點(diǎn)思考

　�。�1） 樁基礎(chǔ)作為承重結(jié)構(gòu)，在公路橋梁上應(yīng)用非常廣泛，其理論日趨成熟，但長(zhǎng)細(xì)比≥30的細(xì)長(zhǎng)樁，長(zhǎng)細(xì)比越大，其實(shí)際承載尤與理論承載力相差越大，因?yàn)殚L(zhǎng)細(xì)比的增加大大降低了樁身與樁尖承載力的分擔(dān)比，樁身上部土層發(fā)生相對(duì)滑移，而下部土層還未達(dá)到極限狀態(tài)，從而降低了樁的承載力，設(shè)計(jì)上又優(yōu)先選用長(zhǎng)細(xì)比盡量小的樁型；

　�。�2）土層深度的影響，在臨界深度范圍內(nèi)，粘性土埋深越深，在土層自重應(yīng)力作用下，其廁阻力應(yīng)該越大，即同種土層，在不同深度，應(yīng)該有不同的側(cè)摩阻力。