山區連續剛構渡槽樁基的應用

□陳 軍 □劉愛環 □徐 江 □羅亞松

（貴州省水利水電勘測設計研究院）

山區連續剛構渡槽樁基的應用

□陳 軍 □劉愛環 □徐 江 □羅亞松

（貴州省水利水電勘測設計研究院）

針對山區渡槽容易受其自身結構以及水、風荷載的影響，文章以黔中水利樞紐一期工程為例，分析了徐家灣等4座連續剛構渡槽背景，淺析山區渡槽大直徑樁基設計、樁基施工、檢測方法和基樁質量檢驗的特點。結果表明，要想保證山區連續剛構渡槽樁基的應用效果，必須根據工程所處的地質情況明確科學合理的樁基設計內容。

連續剛構渡槽；樁基；結構設計；基樁；質量檢驗；自平衡法

1 概述

由于我國貴州省的地形地貌皆為山區，這就為黔中水利樞紐一期工程建設帶來一定難度。具體來說，工程建設的總干渠長約為63 km，其中渡槽共26座，總長約為13 km。這26座渡槽的主槽采用連續剛構渡槽的有4座，分別是：渠線上的徐家灣、草地坡、河溝頭以及焦家。且4座渡槽的最大墩高為92 m，最小墩高45 m；最大樁深48.50 m，最大樁徑2.20 m，最小樁徑2 m。

由于工程采用的連續剛構渡槽結構易受其自重、水荷載以及風荷載的影響，使整個結構傳遞到底部的荷載極大。建設人員可采用板式基礎來達到其結構的承載力要求，但這種建設形式需要花費較大的成本才能實現作用?；诖耍B續剛構渡槽工程可采用樁基作為結構的基礎，這是保證水利工程發揮出應有作用的關鍵，建設人員應將其重視起來。

2 樁基設計

2.1 地質情況

4座連續剛構渡槽樁基沿線地質條件較為復雜，從灰巖、白云巖、砂巖、泥質白云巖到煤層等均有出現，徐家灣與河溝頭渡槽基礎地質條件最有代表性，介紹如下：

2.1.1 徐家灣連續剛構渡槽主墩

GG1主墩基礎位置基巖基本裸露，局部覆蓋層厚最深達2 m左右。下伏基巖上部地層巖性為T1yn1-2中厚至厚層灰巖，下部為T1yn1-1中厚至厚層狀泥質條帶灰巖、含泥質灰巖夾泥灰巖。GG2主墩基礎位置基巖基本裸露，巖性為T1yn1-1中厚至厚層狀泥質條帶灰巖、含泥質灰巖夾泥灰巖。GG3主墩基礎位置覆蓋層厚2.50～4.20 m，下伏基巖為T1yn1-1中厚至厚層狀泥質條帶灰巖、含泥質灰巖夾泥灰巖。鉆孔未發現規模較大溶洞或溶隙，強風化帶厚2～5 m。

2.1.2 河溝頭連續剛構渡槽主墩

3個主墩基礎位置覆蓋層較厚，基巖為P2l泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、有機質泥質粉砂巖、砂巖、炭泥質灰巖、泥質灰巖及煤層等，整體為軟質巖。

2.2 結構設計

2.2.1 樁型選擇

根據地質資料及樁基初步計算荷載，明確各墩樁基按嵌巖樁設計，樁底置于弱風化基巖上。

2.2.2 樁的布置

連續剛構渡槽墩底除受到一個豎向荷載外，由于上部箱梁縱向的自身收縮及溫降收縮，會在墩底產生一個極大的縱向彎矩；同時，由于各墩均較高且上部箱梁自身高度也較大，使得整個結構會受到一個極大的橫向風荷載并由此對墩底產生一個極大的橫向彎矩。縱、橫向彎矩會使得其中一根角樁產生一個向下的豎向力，而其對角線處的另一根角樁則產生一個向上的豎向力。因此，群樁的具體布置應綜合考慮相關影響，需經反復比較計算后才能確定。

2.2.3 確定樁底高程

根據巖土參數及樁基荷載，反算樁長及樁底高程。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTGD63-2007）第5.3.4條規定，支承在基巖上或嵌入基巖內的鉆（挖）孔樁、沉樁的單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]可按下式計算：

上式表明：嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力主要取決于弱風化基巖的巖石飽和單軸抗壓強度、樁徑及嵌入弱風化基巖的深度，同樣還涉及清孔情況、巖石破碎程度等因素。

一般情況下，各主墩樁基宜采用等長布置，4座連續剛構渡槽總計11個主墩，其中9個采用等長布置；河溝頭連續剛構渡槽GG2、GG3主墩下巖面起伏較大，使得強風化下限起伏較大，因此，采用了不等長樁的布置方式；其中，GG2主墩樁長為39～48.50 m，GG3主墩樁長為22～28 m。

2.2.4 確定樁基終孔原則

在設計時，一定要明確樁基終孔原則，用于樁基施工時控制或調整終孔高程。結合4座渡槽的實際狀況，制定了樁基終孔原則：一是最小入巖深度、巖層及巖石飽和單軸抗壓強度必須滿足設計要求；二是應確保樁底以下10 m范圍內無軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞穴分布，以確保嵌巖樁的設計可靠性。

2.2.5 樁身配筋

4座連續剛構渡槽采用m法進行內力計算并開展配筋設計。

2.3 施工過程中的動態設計

2.3.1 徐家灣、焦家連續剛構渡槽GG2主墩灌漿設計

在對徐家灣連續剛構渡槽的主墩進行施工時，靠近水庫的3根樁基受巖溶通道的影響出現了樁底涌水問題，大幅度增加了開挖施工的難度。而焦家連續剛構渡槽的主墩樁基開挖施工，選擇在雨季進行，當開挖深度＜5 m時，樁基底部也涌出了大量的水。針對上述問題，建設人員應根據工程現場勘察的結果，采用臨時帷幕灌漿施工方法，對涌水問題進行處理。

2.3.2 焦家連續剛構渡槽GG2主墩樁基底部擴徑設計

焦家連續剛構渡槽GG2主墩樁基開挖至設計高程時，設計地勘人員驗孔發現其嵌入弱風化基巖深度有不足現象，不滿足設計的終孔原則，由于出水量較大，很難繼續向下開挖。為此，設計人員通過對現場施工進行充分調研計算分析后，提出將樁底直徑擴挖至3 m。

2.3.3 溶洞、溶腔的處理

采用C15混凝土回填小型溶洞、溶腔，當規模較大時，則采用C15埋石混凝土進行回填處理。

3 樁基施工

3.1 成孔

為保證連續剛構渡槽樁基開挖施工的安全穩定性，建設人員將各個承臺樁基均采用了間隔交錯的方式來進行開挖成孔作業。此過程，還要采取相應的護壁措施后，才能繼續進行開挖施工。在實際的開挖成孔施工過程中，施工技術人員首先要明確樁基成孔的尺寸、垂直度要求以及準確的平面位置等。其次，在對孔內基巖進行爆破作業時，要采用淺眼松動爆破法來進行爆破設計。最后，要控制好炸藥的使用量，并在炮眼附近通過加強支撐和護壁，來防止震塌孔壁現象的發生。

3.2 灌注混凝土

首先，為確保樁基混凝土澆筑質量，相關建設人員應重點注重混凝土結構的工作性能。這樣一來，施工人員就能根據結構作用需求來采取不同的施工作業方式。其次，對于水下灌注混凝土的施工過程，施工人員要控制好混凝土拌和物的和易性、流動性以及坍落度。同時，還要充分考慮氣溫、運距及施工時間給混凝土結構灌注帶來的影響。最后，施工人員還要結合各墩樁基的實際情況，來確定各部分混凝土結構的灌注方式。

4 基樁質量檢驗

4.1 樁身完整性檢驗

4.1.1 樁身完整性分類

通過充分調研公路、建筑行業樁身完整性檢驗的經驗后，按結構相似性原則，渡槽樁基樁身完整性分類按《公路工程基樁動測技術規程》（JTG/TF81-01－2004）的規定進行分類。

4.1.2 檢驗方法

目前，樁身完整性檢驗的方法主要有鉆芯法、低應變法、高應變法、聲波透射法等。該工程建設采用聲波透射法和鉆芯法來進行檢驗。其中聲波透射法的應用，要求技術人員要逐根對樁身的完整性進行檢驗。而鉆芯法，主要復檢第一檢驗方法中出現的Ⅲ類及Ⅳ類樁、施工質量有疑問的樁及設計方認為重要的樁基。值得注意的是，樁基混凝土灌注前應預埋聲測管，單根樁基預埋聲測鋼管4根，內徑51 mm，對稱布置于樁基內側。

4.1.3 檢驗結果

4座連續剛構渡槽工程建設所需的樁基數量約為130根。

4.2 基樁豎向抗壓承載力檢驗

基樁抗壓承載力檢驗的常規方法有錨樁橫梁反力法（錨樁法）、壓重平臺反力法（堆載法）、錨樁壓重聯合反力法、地錨反力法、巖錨反力法等。4座連續剛構渡槽單樁最大豎向設計力極大，采用常規的檢驗方法面臨現場實施的巨大困難，因此建議采用基樁自平衡法進行豎向抗壓承載力檢驗。

4.3 其他

樁身完整性檢驗和豎向承載力檢驗，僅僅是混凝土灌注樁質量檢驗標準中最為重要的2項主控指標，其檢驗合格并不意味著樁基的合格，尚應注意當樁基樁位、孔深、混凝土強度、垂直度、樁徑、沉渣厚度、混凝土坍落度、鋼筋骨架等指標的質量檢驗滿足要求后，方能認為樁基質量合格。

5 總結

文章以黔中水利樞紐一期工程總干渠為背景，介紹了草地坡、徐家灣、河溝頭、焦家4座連續剛構渡槽樁基的應用情況。事實證明，只要控制好樁基結構的成孔施工以及混凝土的灌注施工質量，就能在很大程度上保證連續剛構渡槽工程項目的作用質量。

[1]徐江，向國興，等.高墩大跨連續剛構渡槽技術在貴州峽谷山區的應用[J].人民珠江，2016（2）：8-15.

[2]劉效堯,徐岳，等.梁橋（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]向國興.高墩大跨連續剛構渡槽初步研究[D].武漢：武漢大學，2010.

[4]向國興，徐江.徐家灣高墩大跨連續剛構渡槽初步研究[J].中國農村水利水電，2011（7）：91-95.

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1673-8853（2016）11-0098-02

2016-07-15

（責任編輯：左英勇）

貴州省重大科技專項計劃項目（20126013-4）。

陳 軍(1977-)，男，高級工程師，主要從事水工結構設計及咨詢工作。