向家坝灌区渡槽桩基静载试验检测方案比较研究

2022-07-08肖云伟

四川水利 2022年3期

肖云伟

(中国水利水电第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概况

向家坝水电站灌区涉及四川省宜宾、泸州、自贡、内江4市21个县(区)和云南省昭通市水富县，设计灌溉面积23.26万hm2，并补充灌区内145个城镇(包括8座县城)和443.61万农村人口的生产生活用水，并向自贡、内江市区和隆昌县城供水。灌区开发任务以灌溉为主，兼顾城乡生活、工业供水。北总干渠一期工程灌溉沱江以西的灌区，设计灌溉面积13.238万hm2，并向自贡、内江市区和隆昌县城供水，渠首设计流量98.0m3/s[1-2]。

木桥沟渡槽位于邱场分干渠自贡段K19+056.500～K19+413.500，总长357.00m，共计12跨。上部结构采用三向预应力矩形槽，最大跨度30m，最大断面为5.20m×4.05m(宽×高)。下部结构桥墩采用空心墩+桩基础，槽台采用实体台身+桩基础[1]。桩基为C30水下混凝土，均为端承桩，槽墩桩端嵌入弱风化泥岩不小于4.0m，桩孔直径均为φ180cm，每个承台(槽台)下部布置4根桩基，共计52根，中心间距4.5m～5.0m，桩长15.0m～26.0m。

2 工程地质条件

木桥沟渡槽横跨镇溪河，渡槽跨河段河床面高程287m，勘察期间河水位291.5m，河道宽约33m，河谷地貌呈不对称的“U”形河谷地貌[1]。镇溪河河谷左岸岸坡高程320m以下地形宽缓，地形坡角约12°，地表多为水田；高程320m以上地形较陡，地形坡角约为50°，山顶高程386m，自然边坡高度约99m；镇溪河右岸岸坡下缓上陡，下部边坡坡角约为15°～22°，上部边坡坡角约为50°～60°，山顶高程396m，自然边坡高度约为109m。河床分布有冲洪积粉质粘土层，厚度约3m，左岸顺坡体分布有残坡积粉质粘土夹碎石，钻孔揭第四系厚1.0m～5.3m，零星分布有崩塌砂岩块石；两岸边坡大部分地段基岩裸露，河床及镇溪河两侧缓坡地带地层岩性为侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)棕红色、紫红色粉砂质泥岩、泥岩夹长石砂岩，两侧山体上部陡坡段为白垩系下统窝头山组(K1w)长石砂岩夹泥岩，岩层产状280°∠15°[1]。钻孔揭示，强风化带厚约2.7m～9.5m，弱风化带厚约8.8m～15.60m。

3 设计对静载试验检测的要求

根据设计要求，木桥沟渡槽单桩竖向抗压静载试验桩数量为3根，同一墩、台位置只能选择1根试验桩，试验方法满足《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)要求，各墩、台桩基设计竖向承载力见表1。

表1 木桥沟渡槽各墩、台桩基设计竖向承载力

4 主要静载试验检测方案及优缺点

4.1 主要静载试验检测方案

根据目前国内常用的静载试验检测方式及本工程的特点，主要对三种静载试验检测方案进行研究和比选：①堆载试验方案；②锚桩反力试验方案；③自平衡法试验方案。

4.1.1 堆载反力法试验方案

堆载反力法是单桩竖向静载试验提供反力的一种方式，即通过以试桩为中心搭设试验平台，码放砂袋水袋、混凝土块体配重、钢锭等，通过现场对桩头千斤顶进行加压，逐步将平台顶起，从而使重力传递到桩体上，给试桩提供竖向压力，得出试桩的承载力能否满足设计的要求。

4.1.2 锚桩反力法试验方案

锚桩反力装置就是将被测桩周围对称的几根锚桩现场采用锚筋与反力架连为一体，依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起，由被连接的锚桩提供反力的一种方式，提供反力的大小由锚桩数量，反力架强度和被连接锚桩的抗拔力决定[3-9]。

4.1.3 自平衡法试验方案

自平衡法测桩法是一种基于在桩基内部寻求加载反力的间接的静载荷试验方法。其主要装置是一种特制的荷载箱，它与桩身的钢筋笼连接而安置于桩身下部，试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力[5]，将荷载箱的高压油泵和位移棒一起引到地面，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，将荷载通过钢板将力传递到桩身，用上述三个部位的摩擦力来达到自平衡的一种方式。

4.2 各种试验方案优缺点

4.2.1 堆载试验方案的优缺点

堆载反力法可对工程桩进行随机抽样检测，可以明显改善油泵加载中的过冲现象，不受特征值吨位限制[9]，容易控制荷载数量的大小，是桩基静载试验较为常见的一种，但对场地地基承载力要求较高，且水利工程中出现的渡槽多在山岭地区，配重的运输成本高。

4.2.2 锚桩反力试验方案的优缺点

锚桩反力法安装快捷，一般不会受现场条件和加载吨位数的限制，特别是在群桩区，可利用邻近的工程桩提供反力，但安装时荷载对中不易控制，试验开始阶段容易产生过冲，使用工程桩作为锚桩时，会对工程桩的承载力产生一定的影响[3-4，6-9]，甚至影响桩基质量，且在试验过程中一旦拔出地锚，试验将无法继续下去。

4.2.3 自平衡法试验方案的优缺点

自平衡法省时省力且不受场地限制，没有堆载，也不要笨重的反力架，检测十分简单、方便、安全、无污染，但对于大吨位、大尺寸桩自身的平衡位置不易控制，且设备要在过程中埋深保护好，现场实操存在一定的困难。

5 方案确定

5.1 方案确定原则[10]

(1)综合经济比较：主要设备费用、人工费用、附加工程费用等综合经济费用比较。

(2)施工进度要求：采取的试验方案要满足施工进度的需要。

(3)设备来源：要考虑施工单位已有装备条件和可能新增设备的来源，尽可能地充分利用现有及附近设备。

(4)施工班组对设备使用技术的掌握程度：要充分考虑施工班组对设备使用技术的掌握程度，以保证现场施工安全。

(5)周边环境因素：要充分考虑进场条件及现场生产设施的布置情况，尽量减少转载次数，减少设备、人工的投入。

5.2 方案比选确定

(1)自身条件：木桥沟渡槽位于邱场分干渠自贡段K19+056.500～K19+413.500，横跨镇溪河，河谷地貌呈不对称的“U”形河谷地貌，总长357.00m，桩基为C30水下混凝土端承桩，桩端嵌入弱风化泥岩不小于4.0m，桩孔直径为φ180cm，每个承台下部布置4根桩基，桩长15.0m～26.0m。

(2)现场施工情况及条件：0#墩距离水井坝上隧洞出口约10m，洞口需作为水井坝上隧洞出口工作面，目前0#墩不具备桩基施工条件；3#墩、6#墩、9#墩由于现场已浇筑承台已不具备检测条件；7#墩、8#墩槽墩基础面低于镇溪河现有水面约3m，一方面考虑7#槽墩、8#槽墩围堰对河道过水面影响最小的情况下，围堰内不具备现场单桩竖向承载力检测条件，另一方面，单桩竖向承载力检测采用堆载法对基础的要求较高，7#槽墩、8#槽墩基础无法满足试验要求；10#、11#槽墩、12#墩位于河道右岸边坡较陡部位且由于目前场内便道影响，暂不具备桩基施工条件。

(3)周边环境：木桥沟渡槽左岸从退水闸进场道路衔接修建场内道路至镇溪河右岸河边，左岸从当地乡道经过杉树咀进口修建场内道路至镇溪河边，乡道、新建场内道路3.0m～4.0m，左右岸道路跨河处采用贝雷桥连通，贝雷桥限宽3.5m。

从上述综合条件结合经济分析各方案优缺点来看，堆载反力法不受吨位限制，容易控制荷载数量大小，但对场地地基要求较高[11]；锚桩反力法安装快捷，但木桥沟渡槽桩基非群桩布置，还需要增加平衡桩作为锚桩，费用高、进度慢；自平衡法省时省力，但木桥沟渡槽桩竖向承载力要求大，大尺寸桩自身的平衡位置不易控制，且施工班组对自平衡法所需设备使用技术及设备的埋设不甚掌握。综合考虑后本工程静载试验选择在1#槽墩、2#槽墩、5#槽墩采用堆载反力法方案进行桩基静载试验。