葉再

YE Zaipeng

(杭州市交通運輸發(fā)展服務中心，浙江 杭州310006)

1 自平衡測試法簡介

灌注樁在適宜的持力層中采用樁端后注漿技術已廣泛應用于橋梁市政工程、高層建筑等建設工程中，然而目前對注漿前后灌注樁承載力及位移變化情況的定量研究較少。自平衡測試法［1］是利用試樁自身反力平衡的原理，在樁端附近或樁身截面處預先埋設單層(或多層)荷載箱，加載時荷載箱以下將產(chǎn)生端阻和側阻以抵抗向下的位移，同時荷載箱以上將產(chǎn)生向下的側阻和混凝土樁身自重以抵抗向上的位移，上、下樁段反力大小相等，方向相反，從而達到試樁自身反力平衡加載的目的。該方法適用范圍廣、成本低、周期短，可測試注漿前后承載能力變化。

2 試樁方案

2.1 試樁相關設計參數(shù)

本次測試對象為高速公路紹興段一橋梁工程的大直徑鉆孔灌注樁，試樁位置場地土層依次如下:②層為黏土，灰黃色，軟塑，層厚3.2～7.5 m;③層為淤泥質(zhì)黏土，灰色，流塑，層厚2.2～9.3 m;④層為粉質(zhì)黏土，灰色，軟可塑，層厚5.5～12.3 m;⑤層為中細砂，灰黃色，飽和，稍密，層厚6.1～11.9 m;⑥層為卵石，黃灰色，飽和，中密，局部密實，層厚17. 1～33.9 m;⑧層為中風化凝灰?guī)r，黃灰，棕灰，紫灰，堅硬，最大揭露層10.6 m。設計時，考慮到地基土中存在較厚卵石層，且注漿對卵石層側阻力和端阻力提高明顯，綜合考慮經(jīng)濟效益及工期，擬選用卵石層為本工程樁基持力層。同時為得到最佳的樁基方案，將一根穿透卵石層以中風化凝灰?guī)r為持力層的試樁作為對比試件。

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范(JTG D63—2007)》［2］，預估各試樁壓漿前后的單樁承載力，計算公式如下。

鉆孔灌注樁的受壓承載力

后注漿灌注樁受壓承載力

式中:Ra—單樁軸向抗壓承載力(kN);

u—樁身周長(m);

Ap—樁端截面面積(m2);

n—土的層數(shù);

li—各土層厚度(m);

qik—樁側摩阻力標準值(kPa);

qr—樁端承載力容許值(kPa)，取值詳見規(guī)范;

βsi—側阻力增強系數(shù)。

βp—端阻力增強系數(shù)。

各試樁的直徑均為1000 mm，樁身混凝土強度等級均為C40，根據(jù)上述公式得出承載力計算值，試樁編號及相關參數(shù)見表1。

表1 測試樁編號及試驗參數(shù)

2.2 測點布置

為了測出注漿前后樁的極限承載力，各試樁均埋設兩個荷載箱，根據(jù)其預估的總承載力、樁端阻力及各土層側阻的分布情況，確定各試樁荷載箱埋設位置，試樁測點示意圖見圖1。

圖1 試驗示意圖

測試系統(tǒng)由加載設備、位移和應力量測裝置組成。采用加載荷載箱，高壓油泵的最大加壓值為60 MPa，加壓精度為每小格0.4 MPa，電子位移計量測裝置安置在試樁上，每樁10 只，通過磁性表座固定在基準鋼梁上。各試樁被兩個荷載箱分為上中下三段樁，荷載箱及樁內(nèi)各導管的現(xiàn)場埋設見圖2、圖3。

圖2 荷載箱埋設

圖3 導管埋設

2.3 測試流程

采用慢速維持法加載，每級荷載取預估總加載量的1/10，分10 級加載，分5 級卸載，并記錄每級荷載下的位移變化。雙荷載箱［3］的SZ1 和SZ2 的加載順序為:注漿前先進行下荷載箱測試，預計先測得下段樁的極限承載能力;然后打開下荷載箱(打開油管)，預計測得中段樁的極限承載力;此時關閉下荷載箱(封閉油管)，繼續(xù)加載，預計測得上段樁承載力。完成上述測試后，進行注漿，注漿20 d 后進行注漿后測試:同樣先進行下荷載箱測試，預計先測出下段樁注漿后承載力;然后打開下荷載箱，進行上荷載箱測試，預計先測出中段樁壓漿后承載力;最后關閉下荷載箱，繼續(xù)進行上荷載箱測試，測出上段樁承載力。

3 測試結果和對比分析

根據(jù)測試要求，當加載至位移發(fā)生突變，荷載難以穩(wěn)定時停止加載，并記錄前一級荷載值作為該段樁的極限荷載，并根據(jù)《基樁承載力自平衡檢測技術規(guī)程(DB33/T 1087—2012)》［4］計算壓漿后的單樁極限承載力，計算公式為

式中:Qu—單樁豎向抗壓承載力(kN);

Qu上—荷載箱上部的極限荷載值(kN);

Qu下—荷載箱下部的極限荷載值(kN);

W—荷載箱上部樁有效自重(kN);

γ—荷載箱上部樁側阻力修正系數(shù)，各土層的不同取值詳見規(guī)程。

根據(jù)上述計算公式并結合各試樁的三段樁在測試中的受力情況及極限荷載，可求得各樁注漿前后的承載力，各樁測試所得的分段樁極限荷載及計算得到的單樁承載力見表2。

表2 測試結果

圖4 SZ2 注漿前下荷載箱測試曲線

圖5 SZ2 注漿后下荷載箱測試曲線

從表2 中可以看出，注漿后對下段樁(樁端阻力加上2 m 樁側阻力)的承載力提高最為明顯，以SZ2 為例，其注漿前后下荷載箱的測試曲線見圖4、圖5。計算后發(fā)現(xiàn)，SZ1 上段樁側阻力提高了25.8%，SZ1 下段樁側阻力提高了51.8%;SZ2 上段樁側阻力提高了24.5%，SZ2 下段樁側阻力提高了47.8%;上段樁土層主要為黏土、淤泥質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土，中段樁土層主要為中細砂和卵石，可見壓漿對中細砂和卵石層側阻的提高要明顯大于黏土和粉質(zhì)黏土。根據(jù)注漿前后自平衡試樁Q -S 曲線，可以看出壓漿前SZ2 下段樁曲線在很小的荷載下出現(xiàn)了較明顯的位移，說明樁底存在沉渣，一定程度上降低了樁端阻力，不利于樁側阻力、樁端阻力的共同作用。而注漿可有效固結樁底沉渣，還可在壓力作用下對持力層進行滲透和擠密土體，形成一個較大直徑的水泥-土體混合固結體［5］，對于卵石層，水泥和卵石層的結合使樁端阻力大幅提高。注漿后，樁側水泥漿在壓力作用下沿樁周圍沖擊樁周泥皮、土層，侵入樁周土體，等到周圍水泥漿與樁周土體固化，提高了樁身與固化區(qū)的摩擦程度，有效提高了樁側摩阻力。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算可得，SZ1樁極限承載力提高幅度為58.1%，側阻力提高41.5%，端阻力提高159%;SZ2 樁極限承載力提高幅度為60.6%，側阻力提高43.8%，端阻力提高159%;注漿后，測試曲線走向變緩，荷載相近的情況下樁端位移明顯減小，樁端剛度得到了提高。從注漿前測試曲線上下呈現(xiàn)出明顯的不對稱性，表明下荷載箱的上下兩段樁的承載力極不平衡，即樁端阻力遠小于樁側阻力，表現(xiàn)出明顯的摩擦型樁的特征;注漿后可發(fā)現(xiàn)下荷載箱的測試曲線趨于對稱，說明注漿后樁端阻力大幅提高，使樁的端承力作用更加明顯。

對于本工程樁基持力層的選擇，根據(jù)測試數(shù)據(jù)表明注漿后SZ1 和SZ2 的承載力都高于9600 kN，均可滿足本橋梁工程單樁承載力的要求，且注漿后SZ2 的實測承載力要大于SZ3。其中SZ2 樁端進入卵石層20 m 并后注漿，樁長60 m，施工時間為2 d一根樁;而SZ3 樁端穿透卵石層，進入中風化層，總樁長71 m，施工時間為4 d 一根樁。對比兩者的混凝土用量及注漿量發(fā)現(xiàn)，SZ3 比SZ2 的資源消耗及工期都大大增加，嚴重影響工程綜合效益，而SZ2 在注漿后的承載力完全可以滿足橋梁的樁基設計要求，因此優(yōu)先選用卵石層作為持力層，采用后注漿技術的鉆孔灌注樁為本工程的最優(yōu)方案。

4 結 語

測試結果表明:在本工程的地質(zhì)條件下，以卵石層為持力層，采用后注漿工藝可大幅提高樁端阻力，并有效提高樁側阻力;對卵石層和中細砂的側摩阻提高作用要明顯好于黏土和粉質(zhì)黏土層。注漿后單樁承載力完全可以滿足工程需要，通過對比分析發(fā)現(xiàn)，本樁基方案相較于穿透卵石層以中分化凝灰?guī)r為持力層的長樁，在施工成本和施工工期上均具有較大優(yōu)勢，把試驗結果應用于樁基優(yōu)化設計中，可顯著提高工程的綜合效益。

［1]曾章海，胡春華，陳進華.自平衡測樁技術在橋梁工程中的應用［J］.中國水運，2010，10(6):79 -80.

［2]中交公路規(guī)劃設計院有限公司.JTG D63—2007 公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［3]劉杰，趙燦.雙荷載箱下自平衡測試結果轉換方法探討［J］.低溫建筑技術，2010(10):68 -70.

［4]浙江大合建設工程檢測有限公司.DB33/T 1087—2012 基樁承載力自平衡檢測技術規(guī)程［S］.浙江:浙江工商大學出版社，2012.

［5]戴國亮，龔維明，程曄，等.自平衡測試技術及樁端后壓漿工藝在大直徑超長樁的應用［J］.巖土工程學報，2005(6):690-694.