高子珺，吳祖咸，張 卉

GAO Zijun1，WU Zuxian2，ZHANG Hui3

(1.杭州市居住區(qū)發(fā)展中心有限公司，浙江 杭州310016;2.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，浙江 杭州310012;3.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州311231)

隨著高層、超高層建筑和大跨度橋梁樁基的施工，鉆孔灌注樁得到了越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是在軟土地區(qū)，超長大直徑鉆孔灌注樁大量涌現(xiàn)。超長大直徑樁雖然具有單樁承載力高的優(yōu)點(diǎn)，但是這類樁荷載傳遞機(jī)理不同于普通樁，工程中超長樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法仍然采用普通樁基理論，這究竟會(huì)給工程帶來多大問題?有待我們作進(jìn)一步探討。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94—2008)》［1］定義樁徑D≥800 mm 為大直徑樁，給出了大直徑樁側(cè)阻力、樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，但是對(duì)超長樁尚未作出規(guī)定，超長樁的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)際工程應(yīng)用。目前工程實(shí)踐一般認(rèn)為樁長徑比L/D≥100 或者樁長L≥50 的樁為超長樁［2-3］。超長大直徑樁的大量應(yīng)用，需要我們重視其理論研究。本文通過對(duì)3 根超長大直徑樁采用兩種靜載試驗(yàn)方法得到的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，以揭示了軟土地區(qū)超長大直徑樁灌注樁的受力特性，可供同類樁理論分析和工程設(shè)計(jì)作參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 工程概況

浙江沿海某工程，建筑物主樓為23 層，裙房4層，地下室2 層，建筑面積為46000 m2，采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基樁均為鉆孔灌注樁。場地內(nèi)地基土在勘察深度內(nèi)分為9 個(gè)工程地質(zhì)層，各土層主要物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用600 mm(抗拔樁)、700 mm、1000 mm、1200 mm 等4 類鉆孔灌注樁。本文主要討論后兩種直徑灌注樁:57#樁(D =1000 mm)樁長約65.7m，進(jìn)入卵石持力層1600 mm，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值6400 kN;103#樁(D =1200 mm)樁長約66.44 m，進(jìn)入⑨-2 層卵石持力層2000 mm，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值8400 kN;153#樁(D =1200 mm)樁長約66.44 m，進(jìn)入卵石持力層3600 mm，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值8400 kN;樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為C30。

表1 土層及其物理力學(xué)性能指標(biāo)

樁基施工完成后對(duì)樁徑D≥1000 mm 采用樁端后注漿。每根樁對(duì)稱安放2 根DN32 注漿管，注漿管下部設(shè)置500 mm 噴頭，出漿孔直徑8 mm，外套橡膠內(nèi)套，注漿管超出鋼筋籠50 mm，混凝土達(dá)到齡期后開始注漿。注漿過程采用控制單樁水泥用量和注漿壓力的雙控措施以確保注漿質(zhì)量，注漿終止后必須進(jìn)行憋壓，持續(xù)至壓力自然消失。首先用清水開塞，工程樁的開塞壓力在1～4 MPa。考慮到漿液的可注性，本工程采用的漿液濃度為:注漿初始階段采用水灰比為0.8，而后逐步提高達(dá)到0.5。注漿量不滿足時(shí)，采用穩(wěn)壓間隔式注漿工藝。最后注漿壓力達(dá)到4 MPa，注漿水泥用量為3000 kg/m3(D =1000 mm)、4000 k/gm3(D=1200 mm)。

1.2 試驗(yàn)方法

本工程中靜載試驗(yàn)采用兩種方法，153#樁采用自平衡靜載試驗(yàn)，其余兩根樁采用堆載試驗(yàn)。

自平衡靜載試驗(yàn)方法，在距離樁端2 m 左右位置放置一能夠提供最大加壓值為60 MPa 的荷載箱，將高壓油管與位移棒引到地面。試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過高壓油管對(duì)荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱頂與箱底被推開，產(chǎn)生向上與向下的推力，從而調(diào)動(dòng)樁周土的側(cè)阻力與端阻力來維持加載。在地面上安置基準(zhǔn)鋼梁，用于固定5 只百分表，其中2 只用于量測樁身荷載箱處向上位移，2 只用于量測樁身荷載箱處向下位移，1 只用于量測樁頂位移。加載時(shí)采用慢速維持荷載法，加載方法和沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)參考相關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。

堆載試驗(yàn)采用鋼質(zhì)傘形架圓形加載，樁頂設(shè)置4 個(gè)千斤頂，通過油泵加載，加載時(shí)采用慢速維持荷載法，加載方法和沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)參考相關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。樁頂沉降由4 個(gè)對(duì)稱設(shè)置于樁頂?shù)拇罅砍贪俜直頊y定。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 堆載試驗(yàn)結(jié)果

圖1、圖2 為工程樁57#、103#樁頂處荷載-沉降關(guān)系曲線。由于試樁采用的是工程樁，荷載僅加到樁設(shè)計(jì)荷載的兩倍即停止試驗(yàn)，樁沒有達(dá)到破壞。從荷載沉降曲線可以看出，兩根樁的Q-S 曲線呈緩變型，當(dāng)加載到設(shè)計(jì)要求的最大試驗(yàn)荷載時(shí)，沒有出現(xiàn)明顯的向下轉(zhuǎn)折段，也沒有出現(xiàn)拐點(diǎn)，即沒有達(dá)到極限狀態(tài)。表2 為各試樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，從表2 可以看出，兩種直徑樁在最大試驗(yàn)荷載作用下沉降量都在8 mm 左右，殘余沉降量也基本一致。樁端注漿使得沉降量減小，并且在設(shè)計(jì)要求荷載下樁沉降均勻，樁端注漿在大粗粒(卵石)持力層應(yīng)用效果比較明顯。

圖1 注漿后57#樁Q-S 曲線

圖2 注漿后103#樁Q-S 曲線

表2 試樁靜載試驗(yàn)結(jié)果

在文獻(xiàn)［2 - 4］中長樁都是由于過量沉降(＞40 mm)而破壞，長樁承載力大部分都是由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，而樁端幾乎不承擔(dān)，一般認(rèn)為長樁為摩擦樁。本文通過對(duì)樁底注漿，可以看出雖然樁頂沉降值較小，但是注漿后樁端承載力先于非注漿樁發(fā)揮，使得軸力沿樁身傳遞較慢，樁頂沉降主要以樁身壓縮為主，這說明在大粗粒(卵石)持力層樁端注漿能夠改變長樁的承載力特性，能使得長樁由摩擦樁變?yōu)槎顺心Σ翗?，從而大大提高了樁的極限承載力。

2.2 自平衡試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)注漿后的153#樁進(jìn)行自平衡靜載試驗(yàn)，得到的荷載位移曲線見圖3。根據(jù)位移協(xié)調(diào)原則，采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換法將自平衡實(shí)測向上、向下兩條荷載位移曲線轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)樁頂荷載位移曲線，見圖4［4］。

圖3 注漿后153#樁Q-S 曲線

圖4 153#樁等效轉(zhuǎn)換Q-S 曲線

從圖3 可以看出，在荷載箱壓力作用下，153#試樁上、下樁段的位移均呈漸變發(fā)展，由于超過加載能力而終止，荷載加至最大時(shí)未出現(xiàn)破壞跡象，荷載位移曲線為緩變型。上樁段在最大試驗(yàn)荷載作用下位移為1.69 mm，下樁段最大位移為23.12 mm。卸載后上、下樁段的位移回彈率分別為33.14%、36.29%。這些跡象顯示上、下樁段均沒有進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)。從等效轉(zhuǎn)換荷載位移曲線可以看出，樁的Q-S 曲線呈緩變型，當(dāng)加載到最大試驗(yàn)荷載時(shí)，沒有出現(xiàn)明顯的向下轉(zhuǎn)折段，也沒有出現(xiàn)拐點(diǎn)，即沒有達(dá)到極限狀態(tài)。

從圖4 可以看出，采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換的荷載位移曲線與103#樁實(shí)測荷載位移曲線基本相同，轉(zhuǎn)換系數(shù)為K=1.25，在文獻(xiàn)［4］所列的1～1.6 之間。自平衡試驗(yàn)在工程應(yīng)用中采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換法已能滿足工程要求。還可以看出，注漿后樁的實(shí)際承載力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，本工程樁基偏于保守，需要優(yōu)化。

3 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，利用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94—2008)》第5.3.6 條大直徑樁單樁極限承載力計(jì)算公式:Quk= Qsk+ Qpk=u∑ψsiqsikli+ ψpqpkAp，我們可以計(jì)算出理論的非注漿灌注樁的單樁承載力，見表3。

表3 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果

從表3 可以看出，由理論經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的后注漿鉆孔灌注樁的極限承載力比未注漿的鉆孔灌注樁極限承載力提高30%左右，直徑越大越明顯;故在工程中采用大直徑灌注樁時(shí)考慮后注漿對(duì)提高單樁極限承載力效果非常明顯。同時(shí)，153#樁通過加大試驗(yàn)荷載后樁仍然沒有破壞，并達(dá)到了比較理想的試驗(yàn)結(jié)果。故將經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果與靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)，靜載試驗(yàn)所得結(jié)果比理論計(jì)算結(jié)果明顯較大，這就說明本工程實(shí)際承載力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，偏于保守。

4 結(jié) 語

(1)通過樁端注漿，可以使樁沉降減小，樁端承載力先于非注漿樁發(fā)揮，改變長樁的承載力特性，使得長樁由摩擦樁變?yōu)槎顺心Σ翗叮瑥亩蟠筇岣吡藰兜臉O限承載力。

(2)本工程分別利用自平衡、堆載靜載試驗(yàn)，可以看出在試樁時(shí)合理選擇荷載箱位置，根據(jù)土的特性選取合適的轉(zhuǎn)換系數(shù)等能夠比較準(zhǔn)確地得出樁的荷載位移曲線，對(duì)于承載力較大的樁自平衡試驗(yàn)有其優(yōu)勢。

(3)由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，3 根后注漿試樁豎向位移較小，荷載位移曲線均為緩變型，說明試樁豎向承載力還有不少尚未發(fā)揮。

(4)通過與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果的比較，說明后注漿鉆孔灌注樁的極限承載力遠(yuǎn)大于非注漿鉆孔灌注樁的極限承載力;通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果與靜載試驗(yàn)結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)際承載力遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果，故本工程的地質(zhì)勘察資料有待進(jìn)一步調(diào)整，同時(shí)也給后期周圍地塊的地質(zhì)勘察及樁基設(shè)計(jì)提供了有利的資料。

［1]中國建筑科學(xué)研究院. JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2]池躍君，顧曉魯，周四思，等.大直徑超長灌注樁承載性狀的試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)建筑，2000，30(8):26 -29.

［3]朱向榮，方鵬飛，黃洪勉.深厚軟基超長樁工程性狀試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25(1):76 -79.

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［5]東南大學(xué)土木工程學(xué)院，南京市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督總站.DB32/T 291—1999 樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程［S］. 南京:江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)站，1999.