唐松濤，袁希雨，陳立宏

(北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

1 前言

DX樁是在普通混凝土鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上衍生出來的一種新型的樁基礎(chǔ)。該樁沿樁身不同部位上設(shè)置了多個承力盤，將摩擦樁變革為變截面多支點摩擦端承樁，改變了樁的荷載傳遞機理，使樁的承載力大大提高，沉降變形顯著減小。工程實踐表明，其具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，這樣使它在工程應(yīng)用中的前景非常樂觀。近年來，許多專家學(xué)者對DX樁進行了理論與試驗研究［1～4］，相比承載力方面，DX樁沉降計算方面的研究則相對較少，這是因為一方面DX樁早期主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，另一方面也是由于沉降問題更為復(fù)雜。而從實測結(jié)果看，計算結(jié)果往往過高地估計沉降量。在DX樁的工程設(shè)計計算中，《三岔雙向擠擴灌注樁設(shè)計規(guī)程》［5］中提出DX樁單樁的沉降是在等截面樁沉降的基礎(chǔ)上乘以一個樁基沉降系數(shù)ψD，此系數(shù)根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定，無地區(qū)經(jīng)驗時可取0．6～0．8。此外，吳永紅應(yīng)用分層總和法對DX樁的沉降進行計算，提出了一種多支盤鉆孔灌注樁沉降的計算理論與方法［6］。文章就是在以上成果的基礎(chǔ)上通過對幾個工程實例的單樁沉降分析，對DX樁單樁沉降計算公式進行驗證。

2 DX樁的抗壓承載機理

普通的等截面灌注樁在承受豎向荷載時，樁身開始承受壓力，樁土之間會有相對位移的趨勢，此時摩阻力從上往下逐漸地發(fā)揮，隨著荷載的逐漸增大樁側(cè)摩阻力和端阻力逐漸達到極限而破壞。

由于承力盤的存在，DX樁的樁身軸力的傳遞機理與直孔樁的有很大區(qū)別。在加載初期，承力盤即開始受力，隨著樁頂荷載的增加，DX樁承力盤的單位端阻力逐漸增大;與下部承力盤相比，上部承力盤的單位端阻力較早地達到極限值，而此后基本保持不變;而在上部承力盤達到極限單位端阻力后，下部承力盤的單位端阻力仍有較大的增長幅度和較長的發(fā)揮過程，下部承力盤的受力具有滯后性。只有荷載接近破壞荷載時，下部承力盤的單位端阻力才會達到極限值并保持不變。與直孔樁相比，由于承力盤的影響，DX樁的單位側(cè)阻力達到極限值的時間較直孔樁要晚，同時DX樁的沉降量要小于直孔樁的沉降量。

3 工程實例

隨著DX樁基技術(shù)的推廣，DX樁已在大量工程實際應(yīng)用中取得了成功，包括房建、道路、橋梁、發(fā)電廠等工程項目。在此期間，各項工程中進行了大量的現(xiàn)場試樁研究，得到了非常寶貴的工程實例資料。為對DX樁單樁沉降和直孔樁的單樁沉降進行對比研究、對DX樁沉降計算修正參數(shù)進行驗證，在此選取幾個工程中的試樁案例進行分析，具體工程概況和試樁結(jié)果如表1、表2所示。

表1 工程概況和試樁方法Table 1 Project overview and test methods

表2 試樁參數(shù)與結(jié)果Table 2 Parameters and results of the test piles

4 數(shù)據(jù)分析

4．1 各工程試樁Q－s曲線

對試樁實測數(shù)據(jù)進行處理分析，繪制Q-s曲線如圖1～圖5所示。

圖1 唐曹高速某特大橋試樁Q－s曲線Fig．1 Q －s curve of bridge of Tangcao highway

圖2 大廣高速某大橋試樁Q－s曲線Fig．2 Q －s curve of bbridge of Daguang highway

圖3 北京某市政橋梁試樁Q－s曲線Fig．3 Q －s curve of bridge of Beijing

圖4 沿海高速某橋梁試樁Q－s曲線Fig．4 Q －s curve of bridge of Yanhai highway

從Q-s曲線圖可以直觀地定性比較DX樁與直孔樁的承載能力和沉降特性。從圖中可以看出，DX樁無論是在承載力還是在沉降性能上都明顯優(yōu)于直孔樁;無論是在極限承載力下的沉降還是在相同荷載下的沉降，DX樁都小于直孔樁;DX樁的Q-s曲線比直孔樁的平緩，這表明在同樣的加載條件下，DX樁沉降的發(fā)展速率較直孔樁要緩慢許多。

圖5 山東某電廠試樁Q－s曲線Fig．5 Q －s curve of power station in Shandong

另外，在相同樁徑樁長和工程地質(zhì)條件下，承力盤數(shù)目對DX樁的沉降影響也較顯著。以唐曹高速公路大橋與滹沱河分洪道特大橋為例，兩組試樁中同時包含了相同樁徑和樁長而盤數(shù)不同的DX樁，從曲線中可以明顯看出，4盤DX樁的沉降性能反而不如3盤DX樁，其沉降明顯大于相同荷載下的3盤DX樁。樁基礎(chǔ)的設(shè)計者應(yīng)該注意這個問題，在樁基設(shè)計中實現(xiàn)方案的優(yōu)化。

4．2 DX樁與直孔樁沉降的定量對比分析

4．2．1 極限承載力的確定

靜載荷試驗中DX擠擴灌注樁極限承載力的綜合評價的原則見基樁檢測規(guī)范［8］。本次試樁靜載試驗極限承載力按下列3種方法綜合判定:a．試樁的s-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯下彎轉(zhuǎn)折特征，則分別取相應(yīng)的前一級荷載為極限承載力。b．從s-lgQ曲線的末段看，試樁均出現(xiàn)豎向陡降段，則取該陡降段的起始點相應(yīng)的荷載為極限承載力。c．從Q-s曲線的末段看，出現(xiàn)明顯陡降段，則取該陡降段的起始點相應(yīng)的荷載為極限承載力。

根據(jù)以上方法，結(jié)合圖表看出，除圖4中直孔樁Q-s曲線和圖5中直孔樁Q-s曲線以外，其他試驗樁Q-s曲線大致平緩光滑，沒有出現(xiàn)陡降，沒有出現(xiàn)沉降量的急劇增加，說明試樁沒有達到極限承載力，這使得各樁的承載能力沒有發(fā)揮到極限(或者將要達到但還沒達到極限)，DX樁在承載能力方面的優(yōu)勢不能充分體現(xiàn)。

4．2．2 DX樁與直孔樁沉降對比

為較好地將DX樁與直孔樁的沉降特性進行比較，將相同荷載條件下DX樁與直孔樁的沉降值進行對比分析?，F(xiàn)在將荷載分為3種情況:a．最大試驗荷載Q(或極限承載力Qu)。b．最大試驗荷載的一半Q/2(或承載力特征值Ra)。c．DX樁最大試驗荷載的一半Qm。試樁達到極限承載力時取Qu和Ra對應(yīng)的沉降進行對比，對于未達到極限承載力的情況取Q和Q/2對應(yīng)的沉降進行對比。那么將相同條件下DX樁與直孔樁的沉降比值記為ψD′，計算結(jié)果如表3所示。

表3 DX樁與直孔樁沉降比值Table 3 Ratio between the settlements of the DX-pile and the column pile

由表3中數(shù)據(jù)分析對比可以看出，DX樁的承載能力比直孔樁好得多，同樣條件下的沉降量僅為直孔樁的35% ～80%，其中對應(yīng)最大試驗荷載Q(或極限承載力Qu)時沉降量為直孔樁的44% ～75%，對應(yīng)最大試驗荷載的一半Q/2(或承載力特征值Ra)時沉降量為直孔樁的55% ～71%。這表明DX樁計算公式中修正系數(shù)無地區(qū)經(jīng)驗時取0．6～0．8是可靠的，而且DX樁的沉降性能甚至比預(yù)估的還要好，這需要進一步的理論研究和數(shù)值模擬分析。

由于試樁大部分沒有達到極限承載力，所得到的沉降比值偏小，但是這足以證實DX樁在沉降性能上明顯優(yōu)于直孔樁。同時由于唐曹高速某特大橋和大廣高速某大橋的樁長分別達到了50 m、55 m，在試驗過程中，樁身壓縮變形帶來的樁頂沉降值將占很可觀的一部分，計算結(jié)果顯示同等條件下直孔樁的壓縮量要大于DX樁，這樣就對試樁結(jié)果帶來影響，也是沉降比值偏小的重要原因。另外，表中數(shù)據(jù)波動比較大，可能是工程地質(zhì)條件對DX樁的荷載傳遞與沉降發(fā)展造成了影響。

5 結(jié)語

通過對以上工程實例的分析研究，筆者等得出以下結(jié)論。

1)相同工程地質(zhì)條件下DX樁不管是在承載力還是在沉降性能上都明顯優(yōu)于直孔樁，無論是在極限承載力下的沉降還是在相同荷載下的沉降，DX樁都小于直孔樁。

2)DX樁同等條件下的沉降量約為直孔樁的35%～80%，DX樁計算公式中修正系數(shù)無地區(qū)經(jīng)驗時取0．6 ～0．8 是可靠的。

3)同一工程中相同樁徑和樁長時，DX樁的承載能力和沉降性能不與承力盤個數(shù)成正比。

4)樁長、工程地質(zhì)條件對ψD′有較大的影響;長樁和超長樁樁身壓縮變形帶來的沉降所占比例相當(dāng)可觀，而相同條件下直孔樁壓縮量要大于DX樁，可能使 ψD′偏小。

［1］鮑生謀，李凡生．DX樁在豎向荷載下破壞機理分析［J］．土工基礎(chǔ)，2008，22(2):50-52．

［2］李薇薇，李從昀．?dāng)D擴支盤樁與DX樁承力盤擠擴機理對比研究［J］．巖土工程技術(shù)，2009，23(2):100-105．

［3］陳 輪，王海燕，沈保漢，等．DX樁單位側(cè)阻力和單位端阻力的現(xiàn)場試驗研究［J］．工業(yè)建筑，2004，34(3):15-18，39．

［4］魏章合，李光茂，賀德新，等．DX樁的試驗與研究［J］．基礎(chǔ)工程，2000，3(5):12-16，21．

［5］中華人民共和國信房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．三岔雙向擠擴灌注樁設(shè)計規(guī)程(JGJ171-2009)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009．

［6］吳永紅，鄭 剛，閆澍旺，等．多支盤鉆孔灌注樁基礎(chǔ)沉降計算理論與方法［J］．巖土工程學(xué)報，2000，22(5):528-531．

［7］中華人民共和國建設(shè)部．建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范(JGJ106-2003)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003．