摘 要:津滨轻轨一期工程桥梁基础一般采用直径0. 8 m 的钻孔灌注桩,桩长35～45 m , 全线基桩约1. 5 万根。在桥梁设计中准确地选取各项地基参数,对确保设计质量和降低工程投资具有重要意义。介绍试桩的设计,试桩的原理、方法及试验成果,该成果为津滨轻轨桥梁桩基础设计提供了科学依据。关键词:轻轨桥梁; 基桩; 设计试桩; 试验 1 概述
天津市区至滨海新区快速轨道交通工程一期工程
2 工程地质及设计概况
(1) 桥梁基础一般采用直径0. 8 m 的钻孔灌注桩,部分大跨 度和特殊工点桥采用了直径1. 0 m 和1. 5 m 的钻孔灌注桩。全线基桩根数约1. 5 万根,桩长一般在35～45 m 。津滨轻轨高架桥梁上采用无碴轨道和超长无缝线路,且桥梁结构大部分采用3 跨一联的连续梁结构,因此对桥梁的工后沉降要求非常严格,桥梁设计中基础不均匀沉降按5～10 mm 控制,工后总沉降量按20 mm 控制。该项目地质勘察依据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》( GB50307 1999) ,而设计则主要依据相关的铁路桥涵设计规范,地质勘察所提供的基础数据与铁路桥规的匹配性需加以验证。另外,由于该项目工程规模巨大,在设计中采取各项合理的地基系数进行桩基础设计,以确保桥梁结构安全和控制工程投资是必要的。因此,为验证桩基础设计选取桩周土极限摩阻力值及桩底支承力折减系数值的准确性和科学性,进行大规模设计前的设计试桩具有非常重要的意义。
根据沿线总体地质情况,共选取了3 处有代表性的工点进行了3 组设计试桩,每个试桩工点为1 组,每组试桩共计3 根,试桩位置距轻轨线位旁约5 m 。试桩及锚桩的施工由滨海快速交通发展有限公司委托天津地质新技术开发应用中心完成,静力及动力检测委托中国石油天然气总公司工程技术研究院完成。下面结合CK21 + 320 工点的设计试桩对桩基设计及试桩的原理、方法及试验成果进行分析介绍。 (2) 试桩设计
该工点处桥梁孔跨为3 25 m 预应力混凝土连续梁,桩基采用8 根<80 cm 的群桩,初步估算桩长为36 m。考虑承台厚度为2 m , 从地面向下算起取值为38 m 。为了施工方便, 利于试验和检测, 桩头露出地面0. 3 m , 共计桩长38. 3 m 。该桩单桩允许承载力〔P〕的确定采用铁路桥规公式〔P〕= (UΣfili) / 2 + m0 A〔σ〕式中,桩周土极限摩阻力fi 的取值根据地质报告中土性的描述和土工实验报告中提供的土体物理、力学指标进行选取:对于粘性土主要根据其液性指数在规范规定值的范围内内插确定;而砂类土则根据其密实度等性质在规范规定值的范围内取中值,各土层fi 取值详见表1 。对于公式中桩底支承力折减系数m0 ,根据土体性质在规范规定值范围内取中下限值。
按上述公式计算得到单桩允许承载力〔P〕= 2 068. 95 kPa , 桩极限承载力为容许承载力的2 倍,为4 137. 9 kPa 。本次试验设计采用锚桩法, 每组试桩为3 根, 每根试桩需4 根锚桩。为减少锚桩数量,降低投资, 试桩及锚桩呈梅花形布置,其平面布置如图1 所示。图1 试桩平面布置(单位:cm) 图1 中S1 ～ S3 为3 根试桩,M1 ～ M8 为8 根锚桩。S1 ～ S3 试桩的配筋及对混凝土要求与工程桩相同,主筋采用14 根<16 mm 、长24. 8 m 的Ⅱ 级钢筋,混凝土采用C20 ;M1 ～ M8 锚桩的桩长采用38 m ,桩内设置通长纵向主筋,采用14 根<25 mm 的Ⅱ 级钢筋,并延伸至桩头以上1. 2 m 长,以便与反力梁进行连接。
3 基桩检测
3. 1 基桩动力检测
试验桩与锚桩施工完成后,为验证试验桩桩身的完整性,并为将工程桩动测信号进行对比作准备,在试验桩静载试验之前进行了低应变动测检验。低应变动力检测方法采用反射波法,检测仪器采用美国PDI 公司生产的PIT V 型桩基检测系统(该系统由主机、加速度传感器和力棒组成),依据中华人民共和国行业标准《基桩低应变动力检测规程》(J GJ/ T93 95) 执行。采用该方法可检测桩身混凝土的完整性, 推定缺陷类型及其在桩身中的位置,也可对桩长进行核对,对桩身混凝土的强度等级作出估计。本次试验对3 根试验桩逐一进行了动测,实测信号表明3 根试验桩桩身完整,有较明显桩底反射,无其他不良反射信号。经评定,3 根桩均为Ⅰ 类桩。
3. 2 基桩静力检测
静载试验采用锚桩法,采用接近于竖向抗压桩的实际工作图的试验方法确定单桩竖向抗压极限承载力。本次试桩为破坏性试桩,设计单桩极限承载力为4 137. 9 kN 。
(1) 试验加载装置
本次试验加载装置采用锚桩横梁反力装置,锚桩、反力梁装置能提供的反力不小于6 000 kN , 每根试桩配置锚桩4 根,试验时在每根锚桩桩顶设置百分表以对锚桩的上拔量进行监测。试验加载是通过油压千斤顶顶反力梁实现的,荷载通过放置于千斤顶上的应变式测力传感器直接测定。锚桩反力法静载试验装置如 图2 所示。图2 试验加载装置 (2) 试验方法
试验方法采用慢速维持荷载法。由于轻轨工程桩基和以往的铁路桥梁、市政、公路桥梁、工业与民用建筑均不完全相同,因此,本次试验的加载分级、沉降观测、终止加载条件、卸载及卸载沉降观测,综合了《建筑桩基技术规范》(J TJ 94 94) 和《铁路桥涵施工规范》(TB10203 2002) 所规定内容进行试验。
(3) 资料整理及结果
根据试桩的原始试验记录, 编录静载试验结果汇总表,绘制QS 、S lg Q 、S lg t 曲线,并分别依据以上2 个规范确定单桩竖向抗压极限承载力。检测结果如表2 所示。表2 试桩检测结果 注: Qu 为单桩极限承载力; Quk 为单桩极限承载力标准值《建筑桩基技术规范》(J TJ94 94) ; Pu 为单桩极限荷载值; Puk 为单桩极限承载平均值《铁路桥涵施工规范》(TB10203 2002) 。试验过程中对每组锚桩的上拔量进行了监测,当加载到最大一级荷载时,最大锚桩上拔量为3. 17 mm , 均小于规定最大上拔量6 mm 。
(4) 试验结论
①3 根试桩均加载到4 500 kN 时达到终止加载条件而停止加载。
② 依据《建筑桩基技术规范》(J TJ 94 94) 中对单桩竖向极限承载力的判断方法,3 根试桩发生明显陡降的起始点均为4 200 kN , 综合判定该试验桩的单桩极限承载力为4 200 kN 。
③ 依据《铁路桥涵施工规范》( TB10203 2002) 要求,单桩竖向抗压极限荷载为终止加载时最大一级荷载的小一级荷载(后期每级加载为300 kN) ,判定单桩极限承载力为4 200 kN 。
④ 经试验对比,采用2 种规范所要求的试验方法没有明显的区别,试验结论基本一致。
⑤ 依据《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5 99),铁路桥梁工程基桩安全系数为2 ,因此,试验桩单桩容许承载力为〔P〕=2 100 kN 。
4 结语
设计试桩试验结果表明,基桩单桩容许承载力的设计值2 068. 95 kN 和试验值2 100 kN 是基本一致的, 可以推定基桩设计与实际是比较吻合的。该试验亦证明,地质勘察所依据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》( ( GB50307 1999) 提供的基础数据与设计所采用的铁路桥规是基本匹配的; 基桩设计中所需各项设计参数的取值及取值方法是科学可靠的。该试验结论为全线大面积展开的桥梁桩基设计提供了经济、安全、可靠的保证。