唐冬梅

(湖南省交通科學研究院，湖南 長沙 410015)

0 引言

樁基礎是現(xiàn)代建筑工程廣泛使用且安全可靠的一種基礎形式，它能將上部結(jié)構荷載深層穩(wěn)定土層中，從而大幅減少基礎沉降和建筑物不均勻沉降，提高結(jié)構穩(wěn)定性。在樁基礎施工設計中，一般所依據(jù)的重要的資料是工程地質(zhì)勘察報告及工程地質(zhì)剖面圖和進行設計所需要的物理力學性能指標，但實際工作中，由于地質(zhì)勘察資料的準確度以及具體工程場地的限制等因素，過多關注如何根據(jù)勘察地質(zhì)資料、相關工程經(jīng)驗以及現(xiàn)行基礎設計規(guī)范進行樁基施工圖設計，有時是明顯過于保守［1］?；o載試驗作為目前最直觀和最可靠的試驗方法，能較準確測定單樁承載力，為此提出在試樁工程中測試單樁豎向靜載試驗的同時，進行樁身豎向應力應變追蹤測試。進行基礎設計的人都知道，樁身的承載力主要靠樁身穿越巖土地層對基樁承載力的發(fā)揮程度，本文結(jié)合工程實例，在樁頂受豎向荷載作用下，分析不同土層對樁身阻力的發(fā)揮比例，進一步詮釋樁側(cè)、樁端阻力在不同土層的應力分布。

1 資料概述

1.1 工程概況

某樁基工程位于湘江沖積平原區(qū)，為河漫灘、平原，地形平緩開闊，局部略有起伏。本工程的基礎所承受的垂直下壓荷載較大，淺部地層主要為湘江沖積物:上部覆蓋層為第四系河流相沖積層①粉質(zhì)粘土，可塑，層厚為3.5 m;②粉質(zhì)粘土，硬塑，層厚為1.9 m;③粉質(zhì)粘土，可塑，層厚為0.7 m;④卵石，密實，層厚為10.3 m;⑤粗砂，中密，層厚為1.0 m;下部基巖為侏羅系泥質(zhì)粉砂巖;⑥強風化粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，層厚為1.6 m;⑦中風化粉砂巖，該層厚度未被揭穿。其地層土力學性能不能滿足上部結(jié)構對強度、變形的要求，根據(jù)國內(nèi)相關工程的經(jīng)驗，本工程基礎需要采用樁基。

試樁采用“一”字形布置。試樁樁型為鉆孔灌注樁，直徑為900 mm，樁基持力層為基巖強風化帶，樁長19.1～19.6 m，樁身混凝土強度等級為 C30。設計要求單樁豎向抗壓靜載最大加載荷載為4 000 kN，實際每根單樁豎向抗壓靜載最大加載荷載為4 400 kN，樁身均未被破壞。

1.2 樁身應力測試原理和方法

試驗樁樁身應力應變測試采用鋼筋應力應變計法。試驗鋼筋計安裝布置見圖1。在樁身鋼筋主筋上，在樁頂下1.0 m 布置一個標定截面，在每一代表層位的某一深度布置一個截面，每個截面正交對稱安裝4 個振弦式鋼筋應力計，共計7 個截面測量在各級荷載作用下，樁身及樁端各部分的應力。

圖1 鋼筋應力計安裝布置示意圖

測試原理:當鋼筋受軸向力時，引起彈性鋼弦的應力變化，從而改變鋼弦的振動頻率，通過頻率儀測得鋼弦頻率變化，即可測出鋼筋所受荷載大小，進而可換算成樁身結(jié)構所受的作用力。因此推導出樁身各截面的應變和相應的軸力值，進而可換算成樁身的側(cè)阻力和樁端的端阻力。

2 測試結(jié)果及分析

鋼筋測力計在焊接前，焊接后，混凝土澆灌后4 d、5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、10 d、13 d、16 d 分別進行了穩(wěn)定性測試，表1為試驗樁SZ2 樁身埋設的編號為25104、25136 的鋼筋測力計的測試數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)表明澆灌混凝土后鋼筋計6～8 d 后數(shù)據(jù)變化幅度小，很穩(wěn)定。

表1 鋼筋測力計安裝后穩(wěn)定性測試數(shù)據(jù)表

本次試驗進行了3 根試驗樁的樁身應力應變測試，編號為S1～S3，根據(jù)3 根試驗樁樁身應變實測數(shù)據(jù)，計算出實測應變曲線的擬合曲線，豎向抗壓靜載試驗軸力分布曲線見圖2～圖4。

從圖2～圖4可以看出樁頂?shù)妮S向壓力最大，樁底的軸向壓力最小，同一樁同一深度(層位)的軸向壓力隨樁頂壓力的增大而增大，增加的幅度隨深度的增加而減小;同一樁在樁頂壓力下，軸向壓力隨深度的增加而減小，衰減速度隨樁頂壓力和深度的增加而加快。

圖2 S1 樁身軸力分布曲線

圖3 S2 樁身軸力分布曲線

圖4 S3 樁身軸力分布曲線

從樁身軸力分布圖直觀分析:在樁頂受力初期(樁頂作用荷載較小時)，樁周側(cè)摩阻力起主要作用，根據(jù)樁身軸力分布圖并結(jié)合工程地質(zhì)資料，側(cè)阻力所占比重最大的部分為第④層密實卵石，該層厚為10.3 m;在樁頂受力中、后期(隨著樁頂荷載的加大到極限狀態(tài))，樁端阻力逐漸發(fā)揮，并最終占據(jù)主導地位。

分析S1、S2、S3 單樁豎向抗壓不同荷載下的軸力數(shù)據(jù)，在最大4 400 kN 荷載下，下壓荷載主要由土層側(cè)摩阻力和樁端粉砂巖端阻力共同承擔，其中側(cè)摩阻力占主要成分。根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析，其阻力分布大致有以下特征:

1)樁側(cè)側(cè)摩阻力占總阻力的比例分別為S1:70.0%;S2:80.3%;S3:80.4%，且隨著荷載的增大，所占比例逐漸減少，表明試驗樁的土層側(cè)摩阻力繼續(xù)發(fā)揮的余地較小。

2)樁側(cè)土層中，卵石層發(fā)揮的摩阻力最大，其占側(cè)摩阻力的比例分別為S1:39.0%;S2:60.2%;S3:48.2%。

3)樁側(cè)端阻力占總阻力的比例分別為S1:30.0%;S2:19.7%;S3:19.6%。且隨著荷載的增大，數(shù)值逐漸增大，未完全趨于穩(wěn)定，表明試驗樁的端阻力發(fā)揮較小，樁端阻力還有進一步發(fā)揮的余地。

3 結(jié)語

1)樁周側(cè)摩阻力分布基本上反映了地基土的力學性能，物理力學性能好的土層樁周側(cè)摩阻力發(fā)揮較好，對于本次試驗來講，卵石層發(fā)揮的摩阻力比粘土層大，第④層卵石和第⑦層中風化粉砂巖具有很重要的工程意義，樁型選擇充分考慮對他們的使用，可以大幅提高單樁極限承載力。

2)眾所周知，在樁身材料強度有保障的前提下，嵌巖樁單樁豎向承載力標準值由樁周土總側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力和總端阻力組成，而從試驗樁的工作狀態(tài)來看，加在樁頂荷載是由小變大的過程，樁身側(cè)阻力和端阻力的發(fā)揮在加載的各個階段是不一樣的，大直徑樁端阻力一般呈漸進破壞。應力測試數(shù)據(jù)顯示，3 根試驗樁樁端阻力僅占樁頂壓力的20%～30%，這和常規(guī)意義上認為嵌巖樁多為端承樁或摩擦端承樁的理解是有差別的。本次試驗樁的端阻力發(fā)揮較小，樁端阻力還有進一步發(fā)揮的余地，采取適當增加樁長，樁端嵌入泥質(zhì)粉砂巖一定深度，以提高單樁承載力的使用，最好嵌入中等風化泥質(zhì)粉砂巖(0.5～1 )D 深度。規(guī)范說明，對于嵌巖樁，嵌巖深度大于5D(D 為樁徑)，傳遞到樁底的應力接近于零，說明端阻力幾乎不發(fā)揮。

3)在掌握了樁的實際工作狀態(tài)情況的樁身應力分布，不同地層樁側(cè)阻力、端阻力的發(fā)揮的相關數(shù)據(jù)，為樁基施工圖設計及優(yōu)化設計提供科學依據(jù)。

［1］閔兆興，賈艷敏，吳 春.施工荷載作用下樁基豎向受力試驗分析與研究［J］.森林工程，2013，29(1):83 －85.

［2］GB 50010—2010，混凝土結(jié)構設計規(guī)范［S］.

［3］JGJ 94—2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

［4］JGJ 106—2003，建筑基樁檢測技術規(guī)范［S］.