鹿城区绕城高速至卧旗山段海塘工程基桩监测分析及成果应用

　

(1.浙江水专工程建设监理有限公司，浙江 杭州　310051；2.温州市鹿城区水利建设投资有限责任公司，浙江 温州　325000)

1　工程概况及基桩监测简介

1.1　工程概况

温州市鹿城区瓯江绕城高速至卧旗山段海塘工程位于温州市瓯江西岸，北起鹿城区绕城高速，南至卧旗山，全长5.95km，新建堤塘防潮标准为百年一遇，为Ⅱ等堤防工程，工程总投资18.84亿元，其中工程部分13.10亿元，建设工期48个月，系浙江省首批十个重点工程PPP项目之一，列入国家发改委PPP项目库内。堤塘主要采要两种断面结构型式：一为岸边式结构，挡墙基础为φ800钻孔灌注桩；二为框架式结构，外侧承台段为φ800PHC管桩基础，构架段为600mm×600mm预制方桩基础，内侧L形墙段为φ800钻孔灌注桩基础。该工程共分四个标段，其中Ⅱ标段位于屿头山与岩门山之间，本文以Ⅱ标段为例，进行研究分析。

表1　工程地质概况

注地质情况参照《温州市鹿城区瓯江绕城高速至卧旗山段海塘工程地质勘察报告》(温州市水利电力勘测设计院)中ZK32孔。

1.2　基桩监测简介

为了解决项目建议书阶段地勘过于粗放问题，减少工程实施阶段合同纠纷，业主通过公开招标委托专业勘测单位，于2016年5月24日起对鹿城区瓯江绕城高速至卧旗山段海塘工程的1根φ800PHC管桩和2根600mm×600mm预制方桩进行轴向静载荷试验，其中2根预制方桩同时进行桩身内力测试，试验目的：一是确定单桩轴向极限承载力；二是由于工程桩尖进入砂卵石持力层，沉桩以贯入度控制为主，高程作为校核，通过试桩确定合理贯入度；三是确定各土层极限摩擦力及端阻力。

设计单位根据勘测结果重新进行工程安全复核计算调整，按流程报批后交付给施工企业，作为作业和工程结算的依据。

2　检测基桩的布置

3根试桩沉桩均以贯入度控制为主，高程作为校核，初步要求桩端进入卵石层2倍桩径，设计入土桩底标高为-38.00m，设计入土桩长32.50m，根据试验平台搭设初步方案，结合工程地质和水文情况，确定此次试桩长度为43.00m。具体工程及受检桩概况见表2。

表2　工程及受检桩概况

3　监测方法

3.1　高应变打桩监测方法及成果分析

3.1.1监测方法

使用两个应力传感器和两个加速度传感器安装在顶附近或钢铸替打上，随连续锤击沉桩过程，记录每锤作用下检测截面处的力F(t)和速度v(t)的变化，然后利用一系列波动理论计算方法，从中获取重要信息和分析结果。

概括起来可得到三个方面的结果：一是基桩的可打性分析，及通过桩身锤击应力监测和锤击能量监测，评判打桩机能否适应场地工程地质条件，有效地将桩打入设计深度；二是桩身结构完整性；三是基桩初打极限承载力。

根据该工程实际情况和设计要求，对试打桩停锤前最后3阵进行了桩身完整性和初打垂直极限承载力监测。

3.1.2检测成果

高应变打桩监测成果见表3。

表3　高应变打桩监测成果

3.2　贯入度监测方法及成果分析

3.2.1监测方法

将带有刻度的标尺贴牢桩身，利用水准仪在打桩影响范围外进行观测，记录每阵锤击的桩身沉降，本次监测为最后3阵。

3.2.2监测成果

贯入度监测成果见表4。

表4　贯入度监测成果

3.3　轴向静载试验方法及成果分析

3.3.1试验方法

反力装置采用锚桩横梁反力装置。由2只5000kN油压千斤顶进行加荷，并保证千斤顶的合力中心通过试桩中心，4只行程为50mm位移传感器安装在桩头上，观测其沉降情况；荷载读数通过压力传感器进行，整个测试系统采用RS-JYB基桩静载荷全自动测试分析系统，千斤顶和整个测试系统均按规定进行计量标定和校验，以确保压力和沉降观测读数的精确度。

3.3.2压力与沉降观测

采用慢速维持荷载法，每级加载为预计最大试验荷载的1/10，每级卸载量为2倍每级加载量。此次试验预估最大荷载为7500kN,每级加载量为750kN，每级卸载量为1500kN，每级荷载维持的时间应按表5的规定确定。

表5　各级加载时间

慢速维持荷载法试验测读时间点为0min、5min、10min、15min和30min，以后每间隔30min测读1次，直至达到每级荷载维持时间的标准，桩顶在某级荷载作用下，1h内对应的沉降小于0.1mm时可定为该级沉降达到稳定。

3.3.3终止加载条件

当出现下列条件之一时，可终止加载：ⓐ当Q-S曲线出现可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm，对于慢速维持荷载法，桩顶总沉降量达到40mm以前有一级稳定荷载；ⓑ采用慢速维持荷载法试验时，在某级荷载作用下，24h未达到稳定；ⓒQ-S曲线没有明显陡降段，桩顶总沉降量达60～80mm或达到设计要求的最大允许沉降量；ⓓ验证性试验已达到设计要求的最大加载量。

3.3.4桩的轴向极限承载力确定原则

桩的轴向极限承载力应按下列规定确定:

a.当Q-S曲线上有可判定极限承载力的陡降段时，可取明显陡降段起始点相对应的荷载为极限承载力。陡降段的起始点可采用下列方法之一确定：

f(L)=L-0.040

式中L——桩长,m。

b.当Q/Qmax-S/d曲线有明显陡降段，即曲线斜率开始演变为大于0.3(对于一般挤土桩)或大于0.2(对于大直径开口管桩等低挤土桩)时，对应的荷载为极限承载力。其中Qmax为试验所加的最大荷载，S为沉降，d为桩径。

c.在S-lgt曲线中取曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显向下曲折的前一级荷载可作为极限承载力。

d.桩终止条件符合采用慢速维持荷载法试验时，在某级荷载作用下，24h未达到稳定这一情况，但Q-S曲线上没有可判定极限承载力的陡降段时，可取该不稳定荷载的前一级为极限承载力。

e.Q-S曲线没有明显陡降时，可在Q-S曲线上取桩顶总沉降量S达到40mm相对应的荷载作为极限承载力近似值。对于钢管桩或桩长超过50m的预应力混凝土大直径管桩，所取用的桩顶总沉降量应适当加大，加大值可取桩身弹性压缩量值。

f.极限承载力宜取初压值。

3.3.5检测成果

a. S1号桩。在0～3750kN各级试验加载时,各级沉降基本均匀,Q-S曲线无明显的陡降点，S-lgt曲线尾支无明显的向下曲折出现；但加载至4500kN时，沉降速度急剧增大，Q-S曲线明显陡降，在前一级相同荷载增量的条件下，此级沉降达到34.12mm，为前一级的7.70倍(超过5倍)，且累计沉降量为53.11mm，超过40mm，根据规定，该桩可取3750kN作为单桩轴向抗压极限承载力。

b. S2号桩。在0～5250kN各级试验加载时,各级沉降基本均匀,Q-S曲线无明显的陡降点，S-lgt曲线尾支无明显的向下曲折出现；但加载至6000kN时，沉降速度急剧增大，Q-S曲线明显陡降，在前一级相同荷载增量的条件下，本级沉降达到24.27mm，为前一级的5.20倍(超过5倍)，且累计沉降量为50.65mm，超过40mm，根据规定，该桩可取5250kN作为单桩轴向抗压极限承载力。

c. S3号桩。在0～3750kN各级试验加载时,Q-S曲线无明显的陡降点，S-lgt曲线尾支无明显的向下曲折出现；但加载至4500kN时，沉降速度急剧增大，Q-S曲线明显陡降，在前一级相同荷载增量的条件下，此级沉降达到56.49mm，为前一级的6倍(超过5倍)，且累计沉降量为79.58mm，超过40mm，根据规定，该桩可取3750kN作为单桩轴向抗压极限承载力。

3.4　桩身内力检测试验方法及成果分析

3.4.1试验方法

基桩内力测试适用于桩身断面尺寸基本恒定或已知的桩，该工程试桩为600mm×600mm截面恒定的预制方桩，根据该工程的实际情况，此次内力测试传感器采用振弦式钢筋应力计，使用前对钢筋计逐个标定，得出压力(拉力)与频率之间的关系。根据地质勘察报告，在桩身对应各个典型地层交界面安装传感器，每个断面对称安装4只传感器(见下图)，每只传感器直接绑焊于主筋上，静载试验时，每级加载稳定后，利用与之配套的振弦式测读仪进行读数，通过计算得出钢筋压力。

钢筋应力计安装示意图

3.4.2数据处理

a.数据处理时，应删除异常测点数据，求出同一断面有效测点的应变平均值，并应按下式计算该断面处的桩身轴力：

(1)

(2)

(3)

b.每级试验荷载下，应将桩身不同断面处的轴力值制成表格。桩侧土的分层侧阻力和桩端阻力应分别按下列公式计算：

(4)

(5)

3.4.3检测成果

此次2根试桩桩身内力测试成果见表6。

表6　桩身内力测试成果

4　研究成果及分析

4.1　贯入度监测

通过贯入度监测，在桩顶标高低于设计标高3.20～3.60m情况下，3根试桩的最后3阵贯入度仍较大，最后一阵的平均贯入度分别为11mm、8mm、10mm，同时，高应变行波曲线表现为桩底速度曲线上升、力曲线下降的特征，表明桩底未进入持力层。高应变打桩监测成果显示桩身完整性类别为Ⅰ类。

4.2　单桩轴向静载试验结果

S1号、S2号及S3号试桩的单桩轴向抗压极限承载力分别为3750kN、5250kN和3750kN，未达到设计要求的最大加载值。

4.3　桩身内力测试结果

S1号和S3号桩在单桩轴向极限荷载作用下，极限摩阻力分别为2999kN和2988kN，极限端阻力分别为751kN和762kN。

通过对基桩监测数值的成果分析，及时找出了工程隐患，对温州市鹿城区瓯江绕城高速至卧旗山段海塘工程Ⅱ标段部分PHC管桩、600mm×600mm预制方桩及灌注桩桩长进行了调整，确保了工程质量，避免了质量事故。

5　结　语

业主在听取检测成果分析报告的基础上，本着“客观公平公正”和“求同存异”原则，经过合同双方友好协商，客观公正地调解了双方争议，按合同约定的程序办理了变更手续，签订了补充协议，为后期工程结算提供了依据。

温州市鹿城区瓯江绕城高速至卧旗山段海塘工程Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ标段等在吸取Ⅱ标段经验的基础上，优化了设计方案，进一步明确了合同双方的权利义务关系，避免了类似事件发生。

[1]景翠玲.对桩基检测方法及桩基质量检测数量在规范中的规定探讨[J].中国新技术新产品，2009(14).

[2]杨华,徐振华. 几种桩身完整性检测方法的对比分析[J]. 广州土木与建筑,2010(10).