□文 /魏宗玉

海相淤泥灘地現(xiàn)澆橋梁臨時(shí)鋼管樁基礎(chǔ)沉降的分析研究

□文 /魏宗玉

以天津?yàn)I海地區(qū)集疏港二、三線(xiàn)橋梁工程為載體，針對(duì)海擋以外漲潮區(qū)的地質(zhì)情況在采用鋼管樁臨時(shí)樁基做為現(xiàn)澆橋梁支撐體系時(shí)，其沉降量不易控制的特點(diǎn)，對(duì)其承載力設(shè)計(jì)值、理論沉降量進(jìn)行了較為詳盡的計(jì)算并對(duì)其實(shí)際承載力、實(shí)際沉降量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)實(shí)量，得到相關(guān)曲線(xiàn)。

海相淤泥；灘地；鋼管樁；臨時(shí)基礎(chǔ)；承載力沉降曲線(xiàn)

天津集疏港二、三線(xiàn)橋梁工程位于濱海新區(qū)，其中三線(xiàn)橋梁工程大部分位于現(xiàn)狀海擋以外的淤泥灘涂中，給施工增加了難度。對(duì)于受海水漲退潮影響的橋位，若采用一般情況下的地基換填處理后再進(jìn)行支架施工，為滿(mǎn)足地基承載力要求，換填深度將非常大，需要大量回填料且換填距離較長(zhǎng)，對(duì)施工來(lái)講既不方便也不經(jīng)濟(jì)。因此可考慮采用臨時(shí)樁搭設(shè)平臺(tái)，在平臺(tái)上再搭設(shè)支架。將施工期間，上部所有載荷通過(guò)鋼管樁基礎(chǔ)傳入深層土體中，解決軟弱地質(zhì)條件下現(xiàn)澆梁支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難題。

1 工程概況

在集疏港二、三工程中，采用鋼管樁作為現(xiàn)澆梁平臺(tái)進(jìn)行施工的是J線(xiàn)的J0～J4，該聯(lián)箱梁為匝道橋，橋面寬度為10m，箱梁高度為1.8m，為單箱兩室結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 J線(xiàn)箱梁橫斷面

箱梁下部的支撐系統(tǒng)依次為箱梁載荷→竹膠板→10cm×10cm小方木→10cm×15cm大方木→碗扣支架→18cm×18cm面梁方木→上層I360b工字鋼梁→下層I560b工字鋼→鋼管樁→地基。

在施工時(shí)，采取2步澆筑，第1次澆筑至腹板腋角部位；在混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后，再澆筑第2步混凝土。因此可以對(duì)應(yīng)將混凝土的澆筑過(guò)程分為2個(gè)工況，見(jiàn)圖2和圖3。由于該匝道的縱坡＞4%，若省略中間的碗扣支架，標(biāo)高調(diào)整起來(lái)難度很大，因此，下部支撐系統(tǒng)不宜直接通至箱梁底，應(yīng)在下部面梁支撐系統(tǒng)上方依然設(shè)置碗扣支架，在支架上再搭設(shè)箱梁的支撐系統(tǒng)。

圖2 第1工況下現(xiàn)澆箱梁支撐系統(tǒng)斷面

圖3 第2工況下現(xiàn)澆箱梁支撐系統(tǒng)斷面

縱橋向每跨布置3排鋼管樁，以J3～J4跨為例進(jìn)行計(jì)算，跨度為30m，總立面見(jiàn)圖4。

圖4 現(xiàn)澆箱梁支撐系統(tǒng)斷面

2 地質(zhì)情況

采用鋼管樁施工的部位為匝道J0～J4，該位置位于海擋以外的灘涂中，土質(zhì)情況比較差。土質(zhì)特點(diǎn)為壓縮模量大、承載力低、濕陷性比較大。

本跨箱梁下部原狀淤泥層的標(biāo)高在3.5m左右，新近沉積層在海擋兩側(cè)缺失，為流塑狀態(tài)的軟土，呈現(xiàn)灰色，土質(zhì)為第Ⅰ海相層，層厚度約為12m。

各土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 原狀土層參數(shù)

3 各種工況下鋼管樁承載力理論計(jì)算值及沉降量計(jì)算值

對(duì)于海相淤泥灘地臨時(shí)鋼管樁的研究以集疏港二、三線(xiàn)橋梁工程的J線(xiàn)匝道橋的J0～J4跨作為研究分析對(duì)象。在計(jì)算臨時(shí)樁基的承載力過(guò)程中，按照力的傳遞途徑一步步將箱梁載荷傳遞到臨時(shí)樁基，采用此種方法的載荷傳遞路徑為箱梁橫載、活載→竹膠板底?！?0cm×10cm順橋向小方木→10cm×15cm橫橋向大方木→碗扣支架立桿→18cm×18cm平臺(tái)方木→I360b順橋向工字鋼→I560b橫橋向雙拼工字鋼→臨時(shí)鋼管樁。

由圖5可以看出，端部?jī)蓚?cè)鋼管樁分別位于承臺(tái)附近，受到承臺(tái)影響，其受力不具備代表性，而次中部位置的灌注樁位于支架60cm與90cm交接位置，受力情況更加復(fù)雜，因此考慮到相對(duì)準(zhǔn)確，本次研究以各跨的中間樁基作為研究對(duì)象。

圖5 所計(jì)算的鋼管樁位置

通過(guò)載荷層層傳遞進(jìn)行計(jì)算，得出兩種工況下中間排臨時(shí)鋼管樁的承載力計(jì)算值。在計(jì)算沉降量時(shí)，采用已算得的承載力設(shè)計(jì)值，參考JGJ94—2008《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 2種工況下工字鋼設(shè)計(jì)承載力理論計(jì)算值、沉降值匯總

4 各工況下鋼管樁承載力及沉降量實(shí)測(cè)值

在實(shí)際施工過(guò)程中，在2個(gè)工況下，對(duì)所研究的鋼管樁進(jìn)行了承載力及沉降量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

4.1 樁身內(nèi)力檢測(cè)

在不同性質(zhì)土層的界面處布置傳感器，傳感器選用應(yīng)變式傳感器，在同一個(gè)斷面布置2～4個(gè)傳感器，將應(yīng)變式傳感器直接固定在測(cè)量位置并對(duì)實(shí)測(cè)應(yīng)變值應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)電阻修正，得到鋼管樁各工況實(shí)測(cè)承載力值，見(jiàn)表3。

表3 各工況下的承載力實(shí)測(cè)值統(tǒng)計(jì) kN

4.2 沉降觀(guān)測(cè)

在測(cè)試樁附近合適位置布置基準(zhǔn)樁，基準(zhǔn)樁與測(cè)試樁之間的中心距離＞4倍樁徑（試樁和基準(zhǔn)樁的大者）且＞2.0m。采用工字鋼做基準(zhǔn)梁，高跨比≮1/40。沉降測(cè)定平面在樁頂200mm以下，不宜小于0.5倍樁徑，測(cè)定應(yīng)牢固地固定于樁身。直徑＞500mm的樁，應(yīng)在其兩個(gè)方向?qū)ΨQ(chēng)安置4個(gè)百分表，直徑＜0.5mm的樁可對(duì)稱(chēng)安置2個(gè)百分表。測(cè)出各工況下鋼管樁的沉降量值見(jiàn)表4。

表4 各工況下鋼管樁沉降量實(shí)測(cè)值 mm

對(duì)于鋼管樁的分析研究分為2部分：第1部分根據(jù)施工圖紙、技術(shù)規(guī)范以及施工工藝按照支撐系統(tǒng)的搭設(shè)方式，放棄了以往采用受荷面積對(duì)主要受力構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算的方式，采用以載荷傳遞途徑逐步計(jì)算的方式進(jìn)行分析，計(jì)算出所研究位置處鋼管工藝樁的承載力設(shè)計(jì)值及沉降量并根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告結(jié)合實(shí)際勘測(cè)結(jié)果制定出工藝樁的長(zhǎng)度；第2部分是按照理論計(jì)算的2個(gè)工況，對(duì)實(shí)際工程中的工藝樁進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，得出各工況下各工藝樁的實(shí)際受力及實(shí)際沉降量，見(jiàn)圖 6-圖 9。

圖6 左側(cè)鋼管樁承載力理論設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值

圖7 右側(cè)鋼管樁承載力理論設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值

圖8 左側(cè)鋼管樁沉降量理論設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值

圖9 右側(cè)鋼管樁沉降量理論設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值

5 結(jié)論

1）天津?yàn)I海地區(qū)海相淤泥地質(zhì)情況下的現(xiàn)澆箱梁施工在采用鋼管工藝樁工藝時(shí)，鋼管工藝樁的承載力計(jì)算值、沉降量計(jì)算值都要小于其施工期間的實(shí)測(cè)值。通過(guò)左右2根樁基的承載力設(shè)計(jì)值可以看出，在工況1下，理論值與實(shí)測(cè)值相差很小，實(shí)測(cè)值為理論計(jì)算值的96.6%，因此建議，在計(jì)算鋼管臨時(shí)樁基的承載力時(shí)，可將上部載荷按照支撐方式一步步向下進(jìn)行傳遞，傳遞過(guò)程中按照最不利受力進(jìn)行控制，這樣可最大限度的保證臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全，同時(shí)采用此種計(jì)算方法可使計(jì)算值與實(shí)際受力情況最為貼切。

2）工況2理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值出入較大，左側(cè)鋼管工藝樁實(shí)測(cè)值是理論計(jì)算值的87.5%，二者相差93.6 kN；右側(cè)鋼管工藝樁的實(shí)測(cè)值是理論值的91.6%，二者相差59.7kN。工況1下，載荷雖然通過(guò)上面幾層支撐體系的傳遞，但是力的傳遞途徑還是比較明確的，而工況2是在第1步混凝土澆筑完畢并強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行，因此第1步混凝土對(duì)二期載荷有了一定的支撐作用，降低了下部支撐體系的負(fù)擔(dān)，因此，實(shí)測(cè)值要小于理論計(jì)算值。建議對(duì)于混凝土工藝樁承載力設(shè)計(jì)值，工況2下可按計(jì)算值的95%取值，同時(shí)所打設(shè)工藝樁的抗力應(yīng)按照規(guī)范要求取2倍的安全系數(shù)，這樣既保證了施工安全，又能適當(dāng)?shù)慕档团R時(shí)樁的入土深度，降低施工成本。

3）在工況1下，左側(cè)樁的實(shí)測(cè)沉降值比理論沉降值小0.33mm，右側(cè)樁的實(shí)測(cè)沉降值比理論沉降值小0.73mm；工況2下，左側(cè)樁的實(shí)測(cè)沉降值比理論沉降值小1.7mm，右側(cè)樁的實(shí)測(cè)沉降值比理論沉降值小1.56 mm。造成這一現(xiàn)象主要有2方面的原因。

（1）由各工況下樁頂?shù)挠?jì)算附加力值與實(shí)測(cè)值的近似程度決定的。在工況1下，作用于樁頂?shù)母郊恿τ?jì)算值與實(shí)測(cè)值相差不大，而工況2下作用于樁頂?shù)睦碚撚?jì)算值與實(shí)測(cè)值相差較大，因此在這兩個(gè)力的作用下產(chǎn)生的沉降量，工況2實(shí)測(cè)值與理論值的差距要大于工況1實(shí)測(cè)值與理論值。

（2）在計(jì)算樁基的沉降時(shí)，為保證施工安全，選擇了樁底以下30m范圍的壓縮土層，土層厚度較深，因此所計(jì)算的沉降量較大。

綜上所述，通過(guò)對(duì)沉降量的分析，建議在進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁的設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮沉降對(duì)支撐體系的影響。在進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，工況1可根據(jù)計(jì)算得到的樁頂附加載荷進(jìn)行計(jì)算；工況2下應(yīng)對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行折減，取0.9倍樁頂附加力來(lái)計(jì)算沉降量。

TU470+.3

C

1008-3197（2014）02-44-03

10.3969/j.issn.1008-3197.2014.02.018

□項(xiàng)目來(lái)源：天津市科學(xué)技術(shù)成果（津20130578）

2014-02-25

魏宗玉/男，1969年出生，高級(jí)工程師，天津第三市政公路工程有限公司，從事施工管理工作。