橋梁嵌巖樁樁底基巖巖性變軟時的終孔分析

周 鑫

橋梁嵌巖樁樁基的工程質(zhì)量取決于兩方面:1)嵌入基巖的深度與持力層的厚度;2)樁基本身的施工質(zhì)量。前者對于橋梁的整體穩(wěn)定性影響較大,當(dāng)設(shè)計與設(shè)計依據(jù)的地質(zhì)條件不符時,一般應(yīng)該根據(jù)終孔原則由監(jiān)理工程師、業(yè)主、設(shè)計單位及施工單位四方聯(lián)席會議現(xiàn)場確定。工程技術(shù)人員可以通過必要的計算做到心中有數(shù),較為靈活地處理比較棘手的終孔問題。

在橋梁嵌巖樁施工中,基樁嵌入基巖之巖性、基巖的風(fēng)化程度以及樁端嵌巖深度都應(yīng)該滿足設(shè)計要求,必要時可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、樁長、地質(zhì)情況等作相應(yīng)的調(diào)整。

黃延高速公路K226+860大橋為7×20 m部分預(yù)應(yīng)力空心板橋,樁徑1 m。人工挖孔樁施工中實際地質(zhì)情況與設(shè)計不相符,如2號墩及5號墩各樁分別經(jīng)3 m弱風(fēng)化細(xì)砂巖,以下再嵌入弱風(fēng)化泥巖2 m時,達到設(shè)計的樁尖標(biāo)高。不滿足樁基“嵌入弱風(fēng)化細(xì)砂巖不少于4 m”的設(shè)計要求。因此,應(yīng)針對實際的地質(zhì)情況,通過對比計算,確定出嵌入巖層的互層深度,并以此為依據(jù)進一步確定出基樁的終孔標(biāo)高(見圖1)。

1 數(shù)學(xué)模型

2 嵌巖深度的比較(用求商比較法)

1)確定計算參數(shù) Ra,c1,c2。

Ra:按工程地質(zhì)勘察報告取平均值:

a.弱風(fēng)化細(xì)砂巖:Ra1=9MPa=9000kPa;

b.弱風(fēng)化泥巖:Ra2=7.4MPa=7400kPa。

c1=0.4,c2=0.03。

當(dāng)嵌入弱風(fēng)化細(xì)砂巖時,取β=1.0,有:

嵌入弱風(fēng)化泥巖時,取 β=0.5,有:

2)求商比較。

式(4)÷ 式(3)得:h2′/h1′=1.559≈2。

即嵌入弱風(fēng)化泥巖的深度,應(yīng)是嵌入弱風(fēng)化細(xì)砂巖深度的2倍。

3)設(shè)計要求樁基嵌入弱風(fēng)化細(xì)砂巖不少于4 m,今嵌入3 m弱風(fēng)化細(xì)砂巖后,以下嵌入下層弱風(fēng)化泥巖的最小深度折算為:

(4-3)×2=2 m。

所以,嵌入3 m弱風(fēng)化細(xì)砂巖和2 m弱風(fēng)化泥巖,即嵌巖總厚度為3+2=5 m時,滿足嵌固深度的要求。

3 P值的比較

由于設(shè)計未給定[P]值,今采用取差比較法,即組合巖層的單樁軸向受壓承載力的和PT減去原設(shè)計巖層的單樁軸向受壓承載力PS的差大于零時,滿足設(shè)計要求。

設(shè)計樁徑為1 m,有:

3.1 對于弱風(fēng)化細(xì)砂巖

h=4 m(設(shè)計要求嵌入弱風(fēng)化細(xì)砂巖的深度),PS=(c1A+c2Uh)Ra1。

3.2 取差比較

引用嵌巖深度的比較結(jié)果,即在嵌入3 m弱風(fēng)化細(xì)砂巖及下層2 m弱風(fēng)化泥巖時,基樁受弱風(fēng)化細(xì)砂巖與弱風(fēng)化泥巖的兩個樁周摩阻力及弱風(fēng)化泥巖的一個樁底支承力共計三個力PT的作用(因而 A1=0),有:

求差值:PT-PS=(Ra2-Ra1)c1A+(h1Ra1+h2Ra2-hRa1)c2U。

將 h=4 m,h1=3 m,h2=2 m,A=π/4,U=π及 Ra1,Ra2的值代入上式,有:

即,PT-PS＞0,滿足單樁軸向承載力的設(shè)計要求。

4 結(jié)語

1)由以上對比計算可知,橋梁嵌巖樁基巖的巖性變軟時,按求商比較法計算出嵌入弱風(fēng)化泥巖的深度約是嵌入弱風(fēng)化細(xì)砂巖的2倍。即嵌入3 m弱風(fēng)化細(xì)砂巖及其下2 m弱風(fēng)化泥巖時,同時滿足該樁單樁軸向承載力與嵌固深度的設(shè)計要求,可以確認(rèn)終孔。2)值得注意的是,人工挖孔樁成孔后應(yīng)及時灌注水下混凝土,以免泥巖暴露在空氣中引起急劇風(fēng)化而強度降低,導(dǎo)致難以提供預(yù)期的樁底與樁周承載力。

綜上所述,橋梁施工的樁基終孔,可以結(jié)合不同的地質(zhì)情況,通過分析計算確定樁底基巖巖性變軟時的嵌巖深度,在滿足持力層厚度要求的前提下確定終孔標(biāo)高,以控制樁基的終孔質(zhì)量,進而為橋梁提供安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)。同時,合理地控制變更費用與施工進度。

[1] JTJ 024-85,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].