摘要:某中橋結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況成功將原設(shè)計鉆孔灌注樁變更為采用高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC管樁)作為下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。文章結(jié)合該工程實例,對設(shè)計、施工、檢測方法進行了闡述,同時荷載試驗結(jié)果論證了預(yù)應(yīng)力管樁在濱海相深厚軟土地基中作為中小橋梁基礎(chǔ)的適用性及可靠性。
關(guān)鍵詞:橋梁基礎(chǔ);預(yù)應(yīng)力;混凝土管樁;橋梁設(shè)計;灌注樁基礎(chǔ) 文獻標(biāo)識碼:A
中圖分類號:U443 文章編號:1009-2374(2017)02-0090-03 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.043
1 橋梁概況
某中橋橋位區(qū)屬海積平原,地表水體以運鹽河、送水道為主,與海水貫通。橋位地基土多分布軟土層,不宜直接作為基礎(chǔ)持力層。橋梁設(shè)計方案中,上部結(jié)構(gòu)采用3×20m簡支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板,橋面連續(xù),下部結(jié)構(gòu)原設(shè)計采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),后調(diào)整設(shè)計采用三柱式墩+承臺連接高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ),PHCΦ800mmB型管樁基礎(chǔ),壁厚130mm;雙排樁臺,高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)(下文簡稱“管樁基礎(chǔ)”),橋梁全長66.12m。
2 管樁基礎(chǔ)設(shè)計闡述
普通管樁基礎(chǔ)在我國應(yīng)用始于1957年10月建成通車的萬里長江第一橋——武漢長江大橋,繼而在京廣鐵路鄭州黃河大橋、川黔鐵路重慶白沙沱大橋、京九鐵路南昌贛江橋及南京長江大橋等許多大橋中應(yīng)用。本次中橋采用高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ),作為軸壓構(gòu)件使用。出于安全考慮,設(shè)計計算時考慮了足夠的設(shè)計余量,經(jīng)計算橋墩處樁頂反力1834.9kN,按m法計算樁長48m時,樁基承載力富余11%;橋臺處樁頂反力1248kN,按m法計算樁長44m時,樁基承載力富余20%。
3 管樁基礎(chǔ)施工闡述
根據(jù)現(xiàn)場具體的土質(zhì)和土層情況、沉樁能量要求、周圍建筑物及環(huán)境狀況、打樁設(shè)備進出條件等,中橋管樁基礎(chǔ)選擇錘擊法施工。打樁機械選用三點支撐履帶自行式打樁機,打樁錘選用筒式柴油錘。在正式施工前打試樁,通過樁的試打確定施工工藝的合理性、壓樁設(shè)備的可用性以及驗證設(shè)計、地質(zhì)情況等。選取位置、地質(zhì)條件及其管樁規(guī)格、長度具有代表性的試打樁,試樁選取在工程地質(zhì)勘探孔附近,試打樁施打工藝與工程樁施工一致(圖3)。管樁的接長采用樁頂端板圓周坡口槽焊接連接法。管樁與承臺連接采用樁頂填芯混凝土中埋設(shè)連接鋼筋的方式。成樁質(zhì)量檢測包括樁身垂直度、截樁后樁頂標(biāo)高、樁頂平面位置、樁身完整性、單樁承載力等。成樁的單樁豎向承載力檢測,采用豎向靜載荷試驗法或采用高應(yīng)變動測法。采用豎向靜載荷試驗法來檢測成樁的豎向承載力時,靜載檢測樁數(shù)量不少于整個工程的工程樁總數(shù)量的1%,且不少于3根;用高應(yīng)變動測法檢測成樁的單樁豎向承載力時,與檢測樁身完整性同時進行。
4 成橋階段荷載試驗闡述
4.1 目的
本次荷載試驗的目的主要包括:驗證中橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計理論和設(shè)計方法,為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用于中小橋下部結(jié)構(gòu)的建設(shè)積累技術(shù)經(jīng)驗;檢驗中橋的設(shè)計和施工質(zhì)量,為評定工程質(zhì)量優(yōu)劣提供主要技術(shù)資料和判定依據(jù);檢驗中橋的受力性能和正常使用承載能力是否符合設(shè)計及規(guī)范要求。
4.2 測試內(nèi)容及截面布置
本次荷載試驗針對該中橋上、下部結(jié)構(gòu)同時進行,下文中僅對下部結(jié)構(gòu)靜力荷載試驗進行闡述。試驗前利用橋梁結(jié)構(gòu)分析專用程序Midas/Civil對該橋進行結(jié)構(gòu)計算分析,計算時按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用公路-I級荷載加載,按3車道布載,同時按照規(guī)范取橫向折減系數(shù),最終根據(jù)包絡(luò)圖確定各控制截面實際位置(圖4)。本橋下部結(jié)構(gòu)靜力荷載試驗測試內(nèi)容主要包括:左右幅1#、2#橋墩水平位移、豎向位移、立柱應(yīng)力。本次試驗在蓋梁底、立柱柱身位置分別布設(shè)百分表和應(yīng)變傳感器完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集工作(圖5)。
4.3 試驗荷載確定
為了保證荷載試驗的效果,按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)要求確定控制荷載,在選擇試驗荷載的大小和加載位置時采用靜載試驗效率進行控制。本次靜力荷載試驗采用重約35t的三軸載重汽車進行加載,加載車型如圖6所示。本橋橋墩荷載效率系數(shù)為0.92(設(shè)計荷載:1316kN,試驗荷載:1211kN)。試驗之前控制加載車加載噸位,對加載車輛進行過磅稱重,所采用的加載車實際重量分別為35.3噸、34.7噸、34.9噸、36.0噸。
4.4 加載形式與控制
試驗荷載加載有兩種形式:一是沿橋跨方向加載;二是垂直于橋跨方向加載。同時,為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形隨著荷載增加的變化關(guān)系,橋梁靜載試驗的各荷載工況按照要求分級加載完成,并在正式加載前進行橋梁預(yù)壓。試驗現(xiàn)場橋面對稱加載如圖7所示:
4.5 成果整理與分析
4.5.1 承載能力評定方法。按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011),經(jīng)過荷載試驗的橋梁,根據(jù)整理的試驗資料,分析結(jié)構(gòu)的工作狀況,進一步評定橋梁承載能力和橋梁概況。結(jié)構(gòu)性能評定根據(jù)如下:一是按施工圖進行計算得到的理論檢算值;二是按規(guī)范規(guī)定的撓度、強度和裂縫容許值。本次試驗結(jié)果結(jié)合結(jié)構(gòu)的具體情況,從校驗系數(shù)、實測值和理論值的關(guān)系曲線、相對殘余變位(應(yīng)變)、結(jié)構(gòu)剛度要求對結(jié)構(gòu)進行最終評定。
4.5.2 成果整理與分析。
第一,位移數(shù)據(jù)分析。位移數(shù)據(jù)以左幅橋1#墩為例,橋墩水平位移變化以大樁號方向為正,豎向位移變化向下為負。
第二,應(yīng)力數(shù)據(jù)分析。應(yīng)力數(shù)據(jù)以左幅橋1#墩為例,應(yīng)力以拉為正,以壓為負。
4.5.3 靜力荷載試驗結(jié)果。本橋在試驗荷載作用下,下部結(jié)構(gòu)剛度、強度均滿足設(shè)計要求,在水平方向未發(fā)現(xiàn)水平位移,各測試截面應(yīng)力變化趨勢處于線彈性狀態(tài);位移測試控制截面量測的相對殘余變形均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)第8.2.2條的要求,表明卸載之后結(jié)構(gòu)的變形能夠及時恢復(fù),結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。
5 結(jié)論
建成后的管樁基礎(chǔ),受力狀況與同類型的樁基礎(chǔ)的理論分析、設(shè)計方法和有關(guān)計算是一致的,基本組成部分也是相同的,其作為中小橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)能滿足公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范要求。管樁能否被順利下沉至預(yù)定位置和深度是建造管樁基礎(chǔ)的關(guān)鍵,隨著施工設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展,管樁下沉施工質(zhì)量也能滿足設(shè)計要求。目前的檢測手段、設(shè)備和技術(shù)也能很好地協(xié)助完成施工質(zhì)量控制工作,成橋階段荷載試驗驗證了中橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計理論和設(shè)計方法,為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)用于中小橋下部結(jié)構(gòu)的建設(shè)積累了技術(shù)經(jīng)驗。另外,在管樁下沉施工方法中,采用錘擊法能夠避免管樁處于振動沖擊狀態(tài)而導(dǎo)致樁身出現(xiàn)裂紋和破壞;高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁相比較于鉆孔灌注樁作為中小橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),施工質(zhì)量更容易得到保證;由于高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在錘擊法施工過程中結(jié)構(gòu)始終處于受壓應(yīng)力狀態(tài),安全可靠,耐久性更優(yōu)。
6 結(jié)語
高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC管樁)代替鉆孔灌注樁成功應(yīng)用于橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中,可以加快橋梁基礎(chǔ)施工進度、節(jié)約工程造價,也能避免發(fā)生鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題。在類似的建設(shè)工程中,在一定的地質(zhì)條件下,注意加強在設(shè)計、施工、檢測等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制,高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁代替鉆孔灌注樁作為中小橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是完全可行、可靠的,值得參考、借鑒和推廣應(yīng)用。
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作者簡介:徐善中(1981-),湖南新寧人,蘇交科集團股份有限公司/在役長大橋梁安全與健康國家重點實驗室工程師,研究方向:橋梁結(jié)構(gòu)工程檢測。
(責(zé)任編輯:小 燕)