预应力管桩高应变检测承载力随休止期的变化

王 鹏，张 毅

(1.广东省高速公路有限公司,广东 广州 510623;2.广东全科工程检测有限公司,广东 广州 511400)

0 引言

我国高速公路路网建设日臻完善,但随着经济的高速发展,部分地区的车流量快速增长,高速公路交通压力越来越大,部分高速公路为了缓解“逢假必堵”的问题正在对高速公路进行改扩建。我国的高速公路改扩建主要以两侧加宽拼接、单侧加宽拼接及分离扩建等三种方式为主,在这些改扩建工程的建设过程中,采用了不少新技术和新工艺。

广东省某高速公路改扩建工程采用了桩梁一体智能造桥机“共工号”,实现了工厂化预制、精益化管理、模块化拼装、智能化架设的新型桥梁建造模式,进一步提高施工效率和架桥速度,简化施工步骤。由于新工艺对施工效率和架桥速度的显著提高,以往需要10d才能完成的单跨桥梁施工,现在4d即可完成。在施工效率提高的同时,检测难度也随之增大。因结合新工艺工期的需求,往往需要在打桩以后立即采用高应变法检测桩身的承载力,以便进入下一道施工工序,然而,桩基并未达到高应变法检测承载力规范规定的休止时间,因此,如何保证桩基后期承载力满足要求成了需解决的技术问题之一。

为了解决上述问题,通过采集大量高应变承载力检测数据,结合地质资料、贯入度等相关资料,分析不同休止时间的承载力变化曲线,总结其规律,最终推断出施工完成后即时及24h高应变法检测达到多大的承载力,后期满足休止时间后的承载力方可满足设计要求。本文仅针对该高速公路工程桩径1 000mm的预制管桩,由于每根桩的地质条件有所不同,设计对每根桩的桩长进行单独设计计算,并制定收锤标准。由于尚无成熟的经验可以借鉴,在实践过程中进行了多次总结与分析,经过4个阶段的工程实践,取得了相关成果。

1 阶段一:休止时间、桩侧摩阻力及端阻力、贯入度分析

由于该项目某特大桥采用桩梁一体化架桥机施工,为满足盖梁安装和架梁进度的需要,需在成桩后1d内进行高应变检测,通过1 d高应变检测结果推断管桩最终的承载力能否满足设计要求。要求检测单位需不断积累检测数据,总结管桩高应变 1d、7d和28d承载能力的关系曲线,为该特大桥管桩承载力检测提供数据支撑。

本阶段采用高应变法对22根PHC桩进行了沉桩后不同休止时间的承载力检测,分析休止时间、桩侧摩阻力及端阻力、贯入度等对承载力的影响,目的是通过大量的高应变承载力试验检测数据,分析PHC桩高应变法检测承载力随休止时间的变化规律。

1.1 根据各土层桩侧摩阻力及端阻力随休止时间变化进行分析

根据《公路工程基桩检测技术规程》(JTG/T 3512-2020),对沉桩进行承载力试验的休止时间不少于表1所示的时间。本文以最不利地质饱和黏性土的休止时间25d作为休止时间进行承载力变化分析。高应变标准的休止时间汇总见表1。

表1 高应变法休止时间汇总

本阶段结合每根桩的地质情况,将不同土层的承载力变化分别进行统计,对各种桩侧土的阻力及桩端土阻力的变化规律进行分析,得出各种土层随休止时间变化的修正系数。

相对于第1d,砂类土休止时间变化修正系数为1.14,黏质土休止时间变化修正系数为1.30～1.49,桩端土阻力休止时间变化修正系数为1.12。

桩侧阻力及桩端阻力乘以修正系数后可以分析出,第1d高应变法检测值大于4 500kN(设计极限承载力的68.1%),在满足规范规定的休止时间后,推断其承载力可满足设计要求。

1.2 高应变检测结果与最后三阵贯入度对比分析

通过对本项目105根桩进行的高应变法检测,并结合其最后三阵贯入度结果,对承载力是否满足设计要求进行对比分析,分析结果见表2。

表2 高应变检测结果与最后三阵贯入度对比分析结果

由表2可见,为保证承载力大概率满足设计要求,建议现场施工时最后三阵10击贯入度控制在80mm以内为宜。

1.3 本阶段总结及建议

(1)根据各土层桩侧阻力及桩端阻力乘以修正系数,建议PHC桩沉桩完成后第1d进行高应变法检测时,其单桩竖向抗压极限承载力不低于4 500kN。

(2)鉴于一体化架桥机循环施工作业周期短,要求检测单位完善“即时”高应变与“24 h”高应变及最终桩基承载力增长曲线的分析,提交相关成果后,由设计单位明确桩基施工初始承载力的最低值。

(3)根据检测单位的高应变检测承载力结果与贯入度关系分析,D1 000mm管桩施工时收锤标准最后三阵贯入度应控制在20～100mm范围内,以30～80mm为宜。贯入度超过80mm的管桩,应进行单桩承载力检测。

2 阶段二:即时和24h高应变检测承载力分析

本阶段共统计29根桩即时、24h的高应变检测承载力数据及部分桩25d的高应变检测承载力数据,目的是分析即时检测承载力达到多少时,24h后承载力能够达到阶段一的承载力4 500kN,达到以后按照饱和黏性土的休止时间承载力能否满足设计要求。

2.1 按即时和24h检测承载力统计

本阶段共统计29根桩即时、24h的高应变检测承载力数据,按照一定的承载力范围以及24h后是否达到4 500kN,对该阶段承载力数据统计分析结果见表3。

表3 即时和24h高应变检测承载力分析结果

由表3可知,当即时检测承载力达到3 500kN以上时、24h检测承载力达到4 500kN以上的概率为90%。

2.2 按25d承载力统计

本次25d承载力检测共完成9根, 25d承载力统计结果如图1所示。

图1 25d承载力统计结果

由图1可知,统计范围内9根桩,满足设计要求的4根桩的承载力均满足即时3 500kN、24h承载力4 500kN的统计规律。

2.3 本阶段总结及建议

(1)当即时检测承载力达到3 500kN以上时,24h检测承载力达到4 500kN以上的概率为90%。

(2)由于本次检测部分桩基即时及24h后满足阶段一及阶段二的承载力要求后,达到休止时间后承载力仍不满足设计要求,考虑到本项目存在引孔的施工工艺,会一定程度上影响桩土的休止时间,建议后续在不耽误工期的前提下合理安排对第25d承载力未满足设计要求的桩继续采集2倍休止时间(即50d)的承载力数据,进一步分析和总结规律。

3 阶段三:休止时间25d、50d承载力对比分析

由于本工程桩打桩前采用引孔工艺,桩基挤土效应势必受到影响,不利于桩身承载力随休止时间的提升。为了验证桩基达到规定的休止时间后承载力能否继续提升,本阶段对阶段二进行了休止时间25d承载力检测的部分桩基进行了2倍休止时间(即25d)的高应变承载力检测。

本阶段共采用3根桩进行25d、50d高应变检测承载力变化统计分析,分析结果见表4。

表4 25d和50d高应变检测承载力分析结果(单位:kN)

由表4统计分析可知,50d与25d的承载力增长率在6%～15%之间。桩基在施工完成达到规定的休止时间后,承载力仍能得到一定程度的提升。结合本阶段的统计分析,且考虑高应变法对承载力的检测存在一定的误差,可分析当即时检测承载力达到3 300kN以上、24h 单桩承载力达到4 300kN以上时,龄期50d(2倍休止时间)后承载力可满足设计要求。沉桩施工最后三阵贯入度有出现大于 70mm 的,应进行高应变检测,如单桩承载力不满足以上要求时,须继续接桩补打。

基于以上三个阶段的分析研讨,对部分满足承载力变化规律的桩基进行沉降检测,以进一步验证本项目高应变承载力的变化规律。

4 阶段四:根据基桩沉降数据进行分析

本阶段对检测高应变极限承载力的基桩进行沉降观测。结合预制拼装桥梁段布置沉降监测断面的监测数据,验证即时检测承载力达到3 500kN以上、24h检测承载力达到4 500kN以上时的桩基,待龄期达到50d(2倍休止时间)后承载力是否可满足设计要求。

本阶段共对5个断面进行沉降数据监测。每个监测断面等间距布设3个监测点,监测点间距8m,分别测量监测点第1d、第7d、第20d、第37d的高程值。对所有监测点的沉降数据进行比对分析。

以第1d测量数据为初始高程,各断面第7d沉降值为1～-4mm;第20d沉降值为1～-3mm,累计沉降0～-5mm;第37d沉降值为1～-2mm,累计沉降0～-4mm。通过沉降观测数据分析得出,各个监测断面基本保持稳定,基桩龄期在37d后沉降已满足稳定的标准要求,故基桩满足龄期50d(2倍休止时间)后,承载力可满足设计要求。

5 结论

基桩高应变动测曲线,可得到比静载试验更加丰富和详细的信息,特别是反映桩端阻力大小特征的桩端反射信息,对它加以充分分析,再结合地质资料、施工工艺、同工程动测曲线比对等情况,可较大地提高其动测承载力的成果。

综合四个阶段的数据结果可以得出,在相同地质情况下预制管桩即时检测高应变极限承载力达到3 500kN以上或24h内检测高应变极限承载力达到4 500kN以上,且施工最后三阵10击贯入度控制在80mm以内时,当预制管桩休止时间达到50d(2倍休止时间)后,承载力可满足设计要求。