小议某500kV变电站进站桥梁灌注桩竖向抗压承载力检测方法的选择

某500kV变电站进站路桥设计采用灌注桩, 设计桩径为φ1300mm, 桩身设计长度约28.0m, 施工总桩数8根。设计桩位平面图如图1。

桥台的桩基单桩竖向抗压承载力特征值为2100kN, 中间桥墩的基桩单桩竖向抗压承载力特征值为3200kN。该工程之前已经对K2中的K2-1#、K2-2#桩、K3中的K3-2#桩进行了钻孔抽芯检测, 其中K2-1#、K2-2#桩的桩身完整性类别为IV类, 桩身质量很差;K3-2#桩的桩身完整性类别为II类。设计要求对K2进行补桩处理, 并对其他桩进行单桩竖向抗压承载力检测。

1 工程地质

本工程位于一山边的小溪上, 跨度约60.0m, 小溪常年有水, 河床与河底高差约2.5m, 从上至下8.0m左右为卵石层, 再往下分别为砾质粘性土 (厚度约2.0m) 、全风化花岗岩 (厚度约3.0m) 、强风化花岗岩。

2 检测方法的选择分析

2.1 设计要求

现场需要做单桩竖向抗压承载力检测, 根据《建筑地基基础检测规范》DBJ25-60-2008.表1-2《基桩及基础锚杆检测方法及检测目的》可知判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求可采用高应变法或单桩竖向抗压静载试验两种方法, 根据现场的情况, 需对两种方法的选择做进一步的分析, 采用最优检测方法。

2.2 高应变法

2.2.1 高应变法的试验方法要点

用重锤冲击桩顶, 使桩—土产生足够的相对位移, 以充分激发桩周土阻力和桩端支承力, 通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号, 应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线, 从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

2.2.2 凯司法判定单桩承载力公式:

用高应变法判定单桩承载力可采用实测曲线拟合法和凯司法, 凯司法判定单桩承载力可按下列公式计算:

式中Rc为凯司法判定的单桩承载力 (kN) ;

Jc为凯司法阻尼系数;

t1为速度波第一峰对应的时刻 (ms) ;

F (t1) 为t1时刻的锤击力 (kN) ;

V (t1) 为t1时刻的质点运动速度 (m/s) ;

Z为桩身截面力学阻抗 (kN·s/m) ;

A这桩身截面积 (m2) ;

L为测点下桩长 (m) 。

注:公式 (3.2.2-1) 适用于t1+2L/c时刻桩侧和桩端阻力均已充分发挥的摩擦桩。对于土阻力滞后于t1+2L/c时刻明显发挥或先于t1+2L/c时刻发挥并造成桩中上部侧阻力卸荷这两种情况, 宜分别采用以下两种方法对Rc值进行增值修正; (1) 适当将t1延时, 断定Rc最大值; (2) 考虑卸载回弹部分土阻力对Rc值进行修正。

2.2.3 采用高应变法在本工程中存在的主要问题

(1) 本次所检测的桩型均为直径φ1300mm的大直径灌注桩, 根据规范《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008中。10.1.2条文:对于预估Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩不宜采用高应变法进行竖向抗压承载力检测。一方面Q-s曲线具有缓变型特征的大直径灌注桩端阻力发挥需要的位移很大, 另外, 在土阻力相同条件下, 桩身直径增加使桩身截面阻抗 (或桩的惯性) 与直径成平方的关系增加, 锤与桩的匹配能力下降。而高应变检测所用锤的重量有限, 很难在桩顶产生较长时间的作用荷载, 达不到使土体阻力充分发挥的所需位移量。

(2) 判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求是高应变法的主要功能, 但这里所说的承载力是桩身结构承载力满足设计要求的前提下, 得到桩周岩土对桩的抗力 (静阻力) 。要得到桩的极限承载力, 应使桩侧和桩端岩土阻力充分发挥, 否则不能得到承载力的极限值, 只能得到承载力的检测值, 但是在前面的桩身完整性检测中, 位于桥墩的K2两根桩均为IV类桩, 桩身质量很差, 处于另一边桥墩位置的K1的两根桩的质量及完整性仍不清楚, 需进一步检测论证。

2.3 竖向抗压静载试验

2.3.1 试验方法要点

(1) 安装加载装置:受现场条件限制反力装置压重平台反力装置, 先搭制压重平台, 搭制平台的基础应根据实际压重和基础土的承载能力, 综合考虑设计及几何尺寸。垫台顶面保持平整, 能够均匀地传递荷重, 搭制平台的工字梁的数量应根据实际荷重确定, 一般以单数为宜, 工字梁搭在垫台上的部分的长度, 应不小于垫台宽度的2/3。加载装置的安装严格按照主梁→副梁的顺序进行, 架设时候由检测项目负责人现场指挥, 架设完毕后经检查认可后进行下一工序。

安装载重物:加载量吨位较大, 选择用砼块作为堆载的配重物, 根据试验荷载的要求配置荷重物。载重物堆放时保持整齐、平衡、防止倾斜及滑落, 堆载一次性堆载到最大试验荷载的1.2倍以上。

(2) 荷载分级:总加载量 (取设计荷载的2倍) 分为10级。

(3) 加载方法:采用慢 (快) 速维持荷载法, 在每级加载后, 荷载维持相应时间并达到相对稳定标准, 即可加下一级荷载。

(4) 终止加载条件。

(1) 某级荷载作用下, 桩顶沉降大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。

(2) 某级荷载作用下, 桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍, 且经24小时尚未达到稳定标准。

(3) 达到设计要求的最大加载量。

(4) 当荷载-沉降曲线呈缓变型时, 可加载至桩顶总沉降量60mm～80mm, 在特殊情况下, 可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

(5) 卸载:按2倍分级加载值, 即跳级卸载, 观测桩顶的回弹量。

2.3.2 采用单桩竖向抗压静载试验的主要问题是场地的问题

(1) 现场必须要有足够大的场地安装加载装置, 面积为7m×长10m及9m×长10m。现场基本满足该条件, 仅需要开挖及平整即可。

(2) 搭制平台的基础的设计及几何尺寸。

(1) 当检测桥台的灌注桩时, 试验平台以上加载重量为:

4200kN×1.2=5040kN即取505吨 (我公司每块预制砼块尺寸为1×1×2m3, 约5吨。)

平台支墩初步设计如图2。

平台基础面积为:S=4m×2m×2=16m2

基础所受地基承载力为:505吨+5吨×8=545吨, 约5450kN。

根据现场地质条件, 桩周承载地基为卵石层, 查《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003表4.4.2-1, 取稍密卵石层承载力特征值的经验值fak=400kPa。

即平台基础可承受的地基承载力为:400 kPa×16m2=6400kN>5450kN

满足试验要求。

(2) 同理, 检测桥墩时平台基础设计如图3。

4 结语

两种方法都有各自的优缺点, 高应变法相对而言比较轻便, 试验过程时间比较短, 产生的费用相对较低, 单桩竖向静载试验结果较为直观准确, 但由于运输等产生的试验费用比高应变法要高得多, 对此两种方法的选择, 需从工程实际出发, 优先保障工程质量安全。建议在条件允许的情况下, 优先考虑单桩竖向抗压静载试验。

摘要：本文对大直径灌注桩的竖向抗压承载力检测方法选择中主要注意的事项进行分析。可借同行工程技术参考。

关键词：大直径灌注桩,竖向抗压承载力,高应变法,竖向抗压静载试验