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      南寧樞紐第三系極軟巖摩擦樁地質(zhì)參數(shù)試驗研究

      2019-11-06 08:15:48周關(guān)學(xué)張廣澤付開隆
      四川建筑 2019年4期
      關(guān)鍵詞:第三系風(fēng)化層試樁

      周關(guān)學(xué),張廣澤,付開隆

      (中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司,四川成都 610031)

      自平衡試樁法是接近于豎向抗壓(拔)樁的實際工作條件的試驗方法。其主要原理為:將特制的荷載箱提前預(yù)埋在預(yù)估的樁身平衡點位置。將加載設(shè)備與鋼筋籠連接后安裝在樁身平衡點位置,并將高壓油管和位移絲一起引到地面。試驗時,從樁頂通過輸壓管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力,荷載箱向上頂上段樁身的同時,向下壓下段樁身(或樁底),使樁身上部和樁身下部摩阻力及端阻力互為反力。隨著荷載的增加,箱蓋與箱底被推開,從而調(diào)動樁周土的摩阻力與端阻力,直至破壞。將樁側(cè)土摩阻力與樁底土阻力迭加即可得到單樁抗壓承載力。試驗裝置見圖1。

      圖1 驗裝置示意

      從目前工程界大量的應(yīng)用情況來看,該方法具有較高的可靠性及應(yīng)用價值[2-8]。對于第三系軟弱地層,由于樁端阻力和側(cè)摩阻力較小,則需特別關(guān)注,該地層實測的數(shù)據(jù)較少,因此亟需對其開展相關(guān)的研究,積累這一關(guān)鍵數(shù)據(jù)資料[1]。本文依托柳南客專引入南寧樞紐工程項目,研究自平衡試樁法在南寧樞紐第三系極軟巖地層中的應(yīng)用技術(shù),檢測試驗樁基承載力是否滿足設(shè)計要求,研究第三系極軟巖地層摩擦樁的樁端阻值、側(cè)摩阻值等。

      1 工程概況

      柳南客專全長225.78 km,設(shè)計時速250 km,北起廣西壯族自治區(qū)工業(yè)重鎮(zhèn)柳州市,向南行經(jīng)來賓市,終到自治區(qū)首府南寧市。柳南客運專線的建成,將極大地提高湘桂鐵路客貨運輸能力和質(zhì)量,對進一步促進西部大開發(fā),縮小東西部區(qū)域經(jīng)濟差距,帶動沿線旅游事業(yè)發(fā)展,加快加強國防建設(shè)等具有十分重要的意義和作用。柳南客專引入南寧樞紐DK712+709~DK790+350段線路長度44.20 km,其中橋梁工程34座,總計長度17.2 km,該段為柳南客專與南廣鐵路四線并行工程。

      2 工程地質(zhì)特征

      南寧樞紐位于南寧向斜的斷陷盆地內(nèi),地形較平坦,上覆土層較薄,基巖為第三系極軟巖地層,為上第三系(N)和下第三系(E)的一套碎屑巖系地層,主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥頁巖夾煤層,泥巖、砂質(zhì)泥巖的蒙脫石含量高,中至強膨脹(巖)土,為半成巖地層,巖質(zhì)極軟弱,風(fēng)化層厚,力學(xué)指標(biāo)低,工程場地地基層力學(xué)指標(biāo)為:第三系全風(fēng)化層(W4)樁周極限摩阻力fi=50~55kPa,強風(fēng)化層(W3)樁周極限摩阻力fi=70~85 kPa,弱風(fēng)化層(W2)天然單軸極限抗壓強度Rb=4MPa。本樞紐橋梁樁基設(shè)計為摩擦樁基礎(chǔ),本次研究選擇5座橋中的18根摩擦樁作為現(xiàn)場試樁試驗,試樁地質(zhì)概況詳見表1。

      3 現(xiàn)場試驗研究

      該項目現(xiàn)場研究選用自平衡試樁法測定第三系極軟巖地層摩擦樁的樁端阻值、側(cè)摩阻值?,F(xiàn)場試驗研究如下。

      3.1 Q-S曲線圖

      通過提前預(yù)埋的位移桿,可以測得荷載箱加載的每一級荷載所對應(yīng)的上位移及下位移。得到向上、向下兩條荷載—位移曲線(Q-S曲線)。沙江大橋1號樁Q-S曲線見圖2。

      表1 試樁概況及地層巖性

      圖2 沙江大橋1號樁Q-S曲線

      3.2 等效Q-S曲線圖

      樁的承載力Q為總摩阻力Qs與總端阻力Qp之和,即Q=Qs+Qp

      經(jīng)計算,繪制沙江大橋1號樁等效Q-S曲線圖,等效Q-S曲線圖見圖3。

      圖3 沙江大橋1號樁等效Q-S曲線

      3.3 樁軸力計算

      樁身軸向力QZ值由公式求得:

      Qz=QsiEc·A/Es·As

      (1)

      式中:Qz為某級荷載作用下樁身某截面的軸向力(kN);Qsi為鋼筋應(yīng)力計在某級荷載作用下所受的壓力(kN);Ec為基樁樁身材料彈性模量(kN/m2);A為基樁截面面積(m2);Es為鋼筋的彈性模量(kN/m2);As為主筋截面積(m2)。

      從式(1)中可以看出,每級荷載作用下,截面樁身軸向力PZ與該截面鋼筋應(yīng)力計所受壓力Qsi存在正比關(guān)系。在建立試樁標(biāo)定截面處的QZ~Qsi相關(guān)方程后,各量測截面的樁身軸向力QZ值便可由相應(yīng)的相關(guān)方程求得。

      經(jīng)計算,沙江大橋1號樁第三系極軟巖地層強風(fēng)化層(W3)樁端承載力試驗推算值為793 kN,繪制沙江大橋1號樁樁身軸力圖,樁身軸力圖見圖4。

      圖4 沙江大橋1號樁樁身軸力

      3.4 樁側(cè)摩阻力計算

      各層樁側(cè)摩阻力qs可根據(jù)下式求得:

      式中:qs為樁側(cè)各土層的摩阻力(kN/m2);ΔQZ為樁身量測截面之間的軸向力QZ之差值(kN);ΔF為樁身量測截面之間樁段的側(cè)表面積(m2)。

      經(jīng)計算,沙江大橋1號樁第三系極軟巖地層全風(fēng)化層(W4)極限側(cè)摩阻力試驗值為74 kpa ;強風(fēng)化(W3) 極限側(cè)摩阻力試驗值為88 kpa,該地層殘積層粉質(zhì)黏土極限側(cè)摩阻力試驗值為47 kpa。繪制沙江大橋1號樁樁身側(cè)摩阻力圖,樁身側(cè)摩阻力圖見圖5。

      圖5 沙江大橋1號樁樁身側(cè)摩阻力

      4 試驗研究結(jié)果

      該項目現(xiàn)場選擇粟村大橋6根、沙江大橋3根、上坡大橋3根、壇造大橋3根、潭滿綠大橋3根等5座橋的18根摩擦樁進行了自平衡試樁試驗研究,測定第三系極軟巖地層摩擦樁的樁端阻值、側(cè)摩阻值,其各試驗樁側(cè)摩阻力及樁端阻值見匯總表2。

      5 結(jié)論

      通過柳南客專引入南寧樞紐橋梁摩擦樁基選用自平衡試樁法現(xiàn)場試驗研究,得到第三系極軟巖地層摩擦樁地質(zhì)參數(shù)結(jié)論:

      (1)第三系極軟巖地層全風(fēng)化層(W4)極限側(cè)摩阻力試驗值平均值為71 kpa ;強風(fēng)化(W3) 為89 kpa,弱風(fēng)化(W2) 為132 kpa,該地層殘積層粉質(zhì)黏土試驗值平均值為54 kpa。

      (2)第三系極軟巖地層強風(fēng)化層(W3)樁端承載力試驗推算值平均值為747 kN;弱風(fēng)化層(W2)樁端承載力試驗推算值平均值為1 438 kN。

      表2 實測樁側(cè)摩阻力及樁端承載力阻值匯總

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