云南紅河特大橋淺埋重力式錨錠基礎現場試驗研究

徐茂，姜開渝

(1.蘇交科集團股份有限公司，南京 210017；2.重慶三峽學院土木工程學院，重慶 404020）

1 引言

淺埋重力式錨碇基礎相比于深埋重力式基礎可顯著減少基坑支護工程量、工期和造價，已逐漸成為特大型懸索橋梁的基礎方案[1]。巖土組合淺埋地基[2]剛度分布不均，錨碇基礎在自重和主纜拉力作用下易出現過大的不均勻沉降和水平變位，因此，淺埋式錨碇基礎+剛性樁復合地基作為一種新型的地基組合設計方案逐漸受到重視并應用于工程，但其在上部組合荷載作用下的承載特性和變位機理研究鮮有報道，其中，地基參數的合理取值更是錨碇基礎變位分析的關鍵[3-4]。

本文以云南紅河特大橋淺埋重力式錨錠基礎為背景，通過載荷試驗、直剪試驗、單樁載荷試驗研究中風化板巖、強風化板巖的地基承載力，探索持力層與素混凝土之間的摩阻系數，分析單樁承載力特征值，為設計提供依據，為類似工程提供參考。

2 工程概況

紅河特大橋位于云南省紅河流域南沙水電站庫區，主橋為700 m 簡支鋼箱梁懸索橋。建水側錨碇基礎底平面為矩形，縱向長62.0 m，橫向寬48.0 m。為增強錨碇基礎的抗滑移穩定性，基底呈前高后低布置，中部為直線漸變段，基底下設10 cm厚墊層（見圖1）。

圖1 錨碇基礎及地基加固示意圖（單位：m）

項目采用剛性樁復合地基對前趾區域的強風化板巖進行加固處理。其中，灌注樁樁徑d=1.2 m，樁間距為4.5 m，呈梅花形布置，樁長隨巖土分界面變化。根據設計要求，經剛性樁地基加固處理后，中風化板巖地基承載力特征值fak≥1 200 kPa，強風化板巖fak≥800 kPa。

3 現場試驗

當錨碇基坑開挖至基底標高時開展現場試驗。在基底中風化板巖和強風化板巖加固區域分別進行了3 組直剪試驗、3組載荷試驗，在強風化板巖區域對2 組剛性樁單樁進行了載荷試驗。考慮到在錨碇基礎下剛性樁加固區域設置碎石墊層，因此，分別針對中風化板巖、強風化板巖碎石墊層進行了直剪試驗。以上試驗數據用于確定地基加固后中風化板巖和強風化板巖區域碎石墊層的地基承載力及變形參數，校核其是否滿足設計要求。

3.1 中風化板巖區域載荷試驗

試驗采用面積為0.3 m2的圓形剛性承壓板，其直徑B0≈0.62 m。如前所述，要求中風化板巖的fak≥1 200 kPa，因此，現場最大加載量取2fak，即2 400 kPa。試驗過程中，將最大加載量分為9 級并逐級加載，3 個試驗點的Q-s（荷載-沉降）曲線如圖2 所示。由圖2 可知：（1）當3 個試驗點加載至2 400 kPa 時，載荷板的沉降均穩定收斂；（2）沉降允許值由載荷板直徑的0.06 倍確定，即0.037 m，3 個試驗點的最終沉降均小于規范允許值，地基尚未達到極限狀態。因此，中風化板巖的fak≥1 200 kPa。

圖2 平板載荷試驗Q-s 曲線

3.2 強風化板巖加固區域載荷試驗

試驗采用方形剛性板，邊長B0=1 m。設計要求強風化板巖加固后的fak≥800 kPa，因此，試驗最大加載量取為1 600 kPa。3 個試驗點的Q-s 曲線如圖3 所示。從圖3 可知：（1）3 個試驗點加載至1 600 kPa 時，載荷板的沉降均穩定；（2）Q-s 曲線上均無比例界限點，且沉降均小于0.06 m（沉降允許值為載荷板邊長的0.06 倍），因此，地基處理后的強風化板巖地基的fak≥800 kPa。

圖3 平板載荷試驗Q-s 曲線

3.3 剛性樁靜載荷試驗

基樁的原位試驗則可以考慮樁土界面性質、樁身質量等因素的影響，是地基承載特性分析的重要手段。針對剛性樁復合地基的2 根單樁開展靜載荷試驗，以確定單樁的承載力特征值。2 根單樁的樁長均為9.3 m。設計要求單樁fak≥3 500 kN，因此結合現行規范[5]，最大加載量定為7 000 kN。試驗加載采用慢速維持荷載法，如圖4 所示的Q-s 曲線可知，當加載至7 000 kN 時，曲線無陡降段且穩定，表明單樁并未達到極限載荷，因此單樁的極限載荷Pu＞7 000 kN，fak≥3 500 kN，滿足設計要求。

圖4 單樁載荷試驗Q-s 曲線

3.4 直剪試驗

共進行了2 組原位直剪試驗，分別位于中風化板巖區域（3 個試驗點）和強風化板巖加固碎石墊層區域（3 個試驗點）。試驗采用面積為0.6 m2，長寬比2∶1 的長方形現澆C30 混凝土試塊，試塊高350 mm，水平力與長邊平行，著力點離地面50～100 mm。每個試點面在0.5 m2范圍內大致整平，保證試點面的粗糙度及地質特征盡可能一致。由堆載平臺提供豎向反力，現澆混凝土平臺提供水平反力，通過在試塊頂面布置滾軸以保證加載過程中試塊與豎向千斤頂自由滾動變位。結合相關規范的試驗方法，可得各試點的豎向應力與沉降、切向應力與切向位移的關系曲線，分別如圖5、圖6 所示。由圖5 可知，由于豎向荷載較小，地基仍處于彈性狀態且中風化板巖區域的地基剛度明顯大于強風化板巖區域。圖6 表明試件在固定豎向荷載作用下，隨著剪切應力的增加，界面剪切應力與剪切位移經歷了線彈性、彈塑性階段，最終達到峰值抗剪強度，進而發生剪切破壞。

圖5 直剪試驗豎向荷載與沉降曲線

圖6 切向應力與水平位移曲線

根據2 組試驗的試驗數據，基于最小二乘法擬合可得抗剪摩阻系數。中風化板巖與基礎的摩阻系數為0.60，強風化板巖碎石墊層與基礎的摩阻系數為0.55，該摩阻系數均滿足設計要求，可保證錨碇基礎在施工期及運營期的抗滑移穩定性要求。

4 結論

云南紅河特大橋建水側為淺埋重力式錨碇基礎，該基礎后趾區域坐落在中風化板巖，前趾區域坐落在強風化板巖上且強風化板巖的下臥基巖面呈傾斜分布。采用非等長樁體復合地基加固基礎前趾區域的強風化板巖。為驗證設計參數的合理性，分別對在中風化板巖和強風化板巖加固區域進行了3組直剪試驗、3 組載荷試驗，對剛性樁進行了2 組單樁載荷試驗。主要結論如下：

1）中風化板巖區域的Q-s 曲線表明，3 個試驗點測得的地基承載力特征值fak≥1 200 kPa，滿足設計要求；

2）強風化板巖加固區域的Q-s 曲線表明，3 個試驗點測得的地基承載力特征值fak≥800 kPa，滿足設計要求；

3）單樁載荷試驗的Q-s 曲線表明，兩根單樁的承載力特征值不小于3 500 kN，滿足設計要求；

4）直剪試驗表明中風化板巖與基礎的摩阻系數為0.60，強風化板巖加固后碎石墊層與基礎的摩阻系數為0.55，該摩阻系數均滿足設計要求，可保證錨碇基礎在施工期及運營期的抗滑移穩定性要求。