南水北調中線洺河渡槽試驗樁設計與靜載試驗

楊鎮生

河北省南水北調工程建設管理局，石家莊 050035

根據南水北調中線洺河渡槽工程的初步勘探和先導孔資料，2～5號槽墩樁下伏基巖具有巖相變化較大和巖體破碎的特點，且風化程度差異較大，強風化底界高程和風化層厚度變化也非常明顯。再有，初期工程樁單樁豎向抗壓靜載試驗（本文以下簡稱靜載試驗）檢測結果中，2號和3號槽墩樁存在極限承載力不能達到設計要求的22000kN和總沉降量過大且不穩定現象，為了保證洺河渡槽工程安全和輸水安全，在2號和3號槽墩之間布設了3根試驗樁，本文僅就試驗樁設計、試驗過程及成果進行重點介紹。

1 工程概況

洺河渡槽是南水北調中線一期工程總干渠的一座大型河渠交叉建筑物，設計流量230m³/s，加大流量250m³/s。洺河渡槽總長829m，槽身段長640m，共16跨，單跨長40.0m。上部結構為三槽一聯帶拉桿預應力鋼筋混凝土矩形槽結構。共布置17個槽墩，墩身為實體重力墩，由墩帽、墩身和承臺組成。承臺下設兩排灌注樁，樁徑 1.7m（邊墩樁徑1.5m），樁長13.5～61.5m，根據基巖承載力變化，樁尖深入弱風化巖層深3.5～7.0m。15號、16號槽墩采用擴大基礎，基礎底面坐落于弱風化基巖中，基礎長29.5m，寬9.0m，厚2.5m。

洺河渡槽南部1～5號槽墩下伏基巖以二疊系砂巖為主，部分為泥巖，砂巖、泥巖交錯沉積，巖相變化較大。受次級構造和地層條件的影響，部分巖體破碎，強風化底界高程自6.35～51.10m，風化程度差異較大，每個槽墩下伏基巖風化程度的差異也非常明顯。6 號槽墩地質條件屬南部與北部過渡段，下伏基巖以二疊系（P2s）砂巖為主，砂巖、泥巖交錯沉積，巖相變化較大，部分巖體比較破碎，風化程度差異較大。北部7～16號槽墩下伏基巖以二疊系泥巖為主，局部砂巖，弱風化巖芯多呈柱狀，較完整堅硬，節理不發育。17號槽墩基巖面起伏及風化程度差異大，風化層界面相差較大。

2 試驗目的

本次試驗樁目的包括兩個層次方面內容，一是測算樁基各土層的極限側摩阻力及端承力，復核及確定基樁設計參數；二是測算樁底壓漿后樁側分層摩阻力及樁端阻力，計算樁底壓漿后側摩阻力和端承力的增強效果。

3 試驗方法

靜載試驗采用慢速維持荷載法，反力方式采用壓重平臺反力裝置（堆載）。試驗分兩個階段，第一階段，預先在樁底沉入30cm厚的褥墊層，然后澆筑成樁，達到齡期后進行第一次加載，加載至樁底發生滑移破壞或最大試驗荷載22000kN，通過埋設在樁身的鋼筋計測定樁基各土層的極限側摩阻力；第二階段，通過樁身預埋的注漿管，將樁底褥墊層沖洗干凈，然后進行高壓樁底注漿，待漿體達到設計強度進行第二次加載，加載至破壞或最大試驗荷載22000kN，通過觀測儀器測定樁基各土層側摩阻力及樁端阻力，驗證壓漿效果。

4 試驗樁設計與成樁

4.1 試驗樁布置

試驗樁布置位置考慮兩個方面內容，一是2～5號槽墩下伏基巖存在巖相變化較大、巖體破碎和風化程度差異大的地質特點；二是通過7根工程樁靜載試驗的檢測結果不難發現，2號和3號槽墩部分樁基的承載力或沉降不能滿足設計要求，因此在2號槽墩和3號槽墩之間布置3根試驗樁（編號為S1、S2、S3），沿垂直渡槽軸線方向布置，樁間距10m。

4.2 試驗樁結構設計

試樁設計直徑1.5m，樁長32m，樁底高程32.5m，樁底預埋30cm厚的膨潤土墊層。混凝土強度等級C25，樁身主筋采用12φ25，樁身分別埋設3根DN25注漿管和DN50聲波觀測管，為了壓漿清空排渣和返漿需要，在試樁中間鉆孔110mm（根據壓漿施工實際需要補充增設的）。

4.3 觀測儀器布設

鋼筋計型號JMZX-416A，鋼筋計埋設于地層分層處（較厚單一巖性地層增設鋼筋計斷面），每斷面沿120°布置3個鋼筋計，分別焊接于鋼筋籠3根主筋上。土壓力盒型號JMZX-5010AM，為埋設樁底土壓力盒，樁孔加深30cm（膨潤土墊層厚度），將焊接鋼筋計的3根主筋延長25cm左右，3個土壓力盒呈品字形固定在延長主筋底端（距孔底5cm左右）。S1試樁共布設10個鋼筋計斷面，S2和S3試樁布設9個鋼筋計斷面，每根試樁底部布設3個土壓力計。

4.4 試驗樁成樁

洺河渡槽灌注樁成孔采用CZ-9型沖擊鉆，使用管型空芯沖擊鉆頭，孔底1.5m范圍內改用十字型實芯沖擊鉆頭，膨潤土造漿護壁，二次清孔采用氣舉反循環工藝。

鉆孔成孔質量標準：孔中心位置允許偏差小于50mm，孔徑不小于設計樁徑，傾斜度不小于0.5%，沉渣厚度摩擦樁不大于150mm（端承樁不大于50mm）。清孔結束標準：泥漿密度小于1.1g/cm³，含沙量小于2%，用手觸無粗粒感覺。

試樁混凝土強度等級C25，拌和物坍落度控制在18～22cm，采用2臺混凝土罐車直接灌注。在澆筑14d經超聲波檢測，S1、S2試樁為I類樁，S3試樁為II類樁（存在樁身擴徑輕微缺陷）。

4.5 樁底壓漿

試驗樁壓漿在完成第一階段靜載試驗后進行，壓漿管利用預埋的3根DN25無縫鋼管，壓漿泵型號BW160/10，最大壓漿壓力10MPa，流量44～160L/min。

樁底壓漿分3次進行，且依次按總壓漿量的40%、40%和20%循環壓入，兩個壓漿管同時壓漿，依次循環至壓漿結束，水泥漿水灰比0.7；終灌條件采取壓漿量與壓力雙控，以壓漿量控制為主，壓力控制為輔，當壓漿量達到設計壓漿量或壓漿壓力達到控制壓力，并持荷5min注入率小于1L/min，可停止壓漿；壓漿量每根樁控制在4.5m³（P.O42.5R水泥）；樁底最大壓漿壓力5.0MPa，持續壓漿壓力采用2～3MPa控制。

5 試驗過程

第一階段：S1試樁靜載試驗分級荷載2200kN，逐級等量加載，首級荷載2200kN，試驗最大加載15400kN，總沉降量44.93mm，終止試驗；S2試樁靜載試驗分級荷載2200kN，逐級等量加載，首級荷載4400kN，施加第三級荷載8800kN時，沉降不能維持穩定，維持穩定荷載7800kN，終止加載；S3試樁靜載分級荷載1100kN，逐級等量加載，首級荷載1100kN，試驗加載至18700kN，因油泵故障終止試驗。

第二階段：S1和S2試樁分級荷載2200kN，逐級等量加載，第一級荷載2200kN，試驗最大加載22000kN，由于試樁S3壓漿前承載力接近設計要求，故未進行樁底壓漿。

6 數據分析結果

經過對鋼筋計、土壓力盒原始數據的統計整理、分析和計算，得出各樁、各階段分層樁基側摩阻力成果，成果見表1～表3。

7 結論

通過3根試驗樁的靜載試驗數據分析，一是原狀巖土樁基極限側摩阻力小于經驗數值，建議值為：卵石層47kPa，砂/泥巖層32kPa；二是樁底壓漿后效果明顯，各巖土層樁基側摩阻力均有增加，且呈現樁身下部巖層（泥/砂互層）較上部卵石層側摩阻力增加更為明顯。壓漿后樁基側摩阻力建議值：卵石層87kPa，砂/泥巖層88kPa。根據試驗測定成果，首先對原設計樁基進行了復核驗算，并增加了樁底壓漿后處理措施，保證了樁基承載力滿足設計提出的要求。

參考文獻

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