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        武漢某摩擦型灌注樁后注漿單樁豎向承載力試驗研究

        2018-06-20 11:51:52孫鳳玲劉煥存
        鉆探工程 2018年5期
        關鍵詞:試樁實測值單樁

        孫鳳玲, 劉煥存, 劉 濤

        ( 中航勘察設計研究院有限公司,北京 100098)

        0 引言

        灌注樁后注漿技術,通過漿液的劈裂、滲透、填充、壓密、固化等多種作用形式組合,改變樁側(cè)或樁端與巖、土之間的邊界條件,固化樁側(cè)泥皮、消除樁端虛土及沉渣隱患,從而提高樁的承載力以及減少樁基的沉降量。樁側(cè)阻力提高與樁端土支撐剛度增強有匹配關系,提高樁端支撐剛度,既可提高端阻力,又可增強側(cè)阻力,減少沉降。選擇較硬土層作為樁端持力層、嚴控孔底沉渣或采用后注漿增強等措施具有重要的工程意義[1-3]。

        《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)[1]給出了后注漿灌注樁的單樁極限承載力計算公式,其中側(cè)阻力和端阻力的增強系數(shù)系根據(jù)數(shù)十根不同地層的后注漿灌注樁與未注漿灌注樁靜載對比試驗給出,具指導性和局限性。

        武漢市基本屬于長江1級階地,基巖(志留系)埋深平均約50 m,局部超過60 m,上覆蓋層主要由第四系全新統(tǒng)沖積層和第四系晚更新統(tǒng)沖洪積層組成,并由粘性土過渡到砂性土,土顆粒逐漸變粗,鉆孔灌注樁多以卵石層或基巖為持力層[4-9]。而本項目位于武漢市東西湖區(qū),勘察鉆孔70 m深度內(nèi)無穩(wěn)定的卵石層和基巖層,場地內(nèi)存在深厚砂質(zhì)粘性土層,樁身受力主要以樁側(cè)摩擦力為主。要獲得較大單樁承載力,擴大樁徑增加樁長是基本思路,但樁身穿越深厚粘土夾砂層時沉渣控制等施工難度大,相應工期長、造價高,通過試樁工作驗證持力層選擇為粉細砂夾粉質(zhì)粘土為摩擦樁樁端持力層,經(jīng)復式后注漿處理后的單樁抗壓承載力特征值,為優(yōu)化樁基設計提供依據(jù)及類似工程提供技術參考。

        1 工程概況與試樁方案

        1.1 工程與地質(zhì)概況

        項目場地位于武漢市東西湖區(qū),該項目主要由變形敏感、抗微震要求的多棟廠房組成,無地下室,樁頂標高為現(xiàn)有地面,單柱最大軸力達42200 kN,基礎埋深約2.5 m,地質(zhì)構(gòu)造為漢口-新界復式背斜的核部。

        勘察揭露67.0 m深度范圍內(nèi)的地層由上至下為:表層人工填土、一般第四系成因的粘性土及砂類土、志留系泥巖,土層及參數(shù)見表1,試樁范圍內(nèi)典型地質(zhì)土層分布及特點見圖1。場地內(nèi)地下水類型主要為上層滯水、承壓水、基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于人工填土及溝塘底部,以大氣降水滲水為主要補給方式,以蒸發(fā)為主要排泄方式;承壓水主要賦存于粉細砂夾粉質(zhì)粘土④1層及其下的礫砂層中,與區(qū)域承壓含水層連通,由層間側(cè)向逕流補給。

        表1 場地內(nèi)地層參數(shù)

        圖1 試樁地層剖面

        1.2 試樁方案及施工參數(shù)

        試樁參數(shù):采用旋挖成孔、泥漿護壁、水下灌注工藝,樁身混凝土等級C40,以④1層粉細砂夾粉質(zhì)粘土為持力層;第一組試樁直徑800 mm、樁長30 m;第二組試樁直徑1000 mm、樁長35 m。

        注漿參數(shù):樁端設置注漿管2根,樁側(cè)在④1層頂部設置1根;注漿水泥標號P.O.42.5,水灰比為0.5~0.6,注漿壓力控制在3~4 MPa,第一組后注漿灌注樁樁側(cè)注漿量≮0.8 t,樁端注漿量≮1.2 t;第二組后注漿灌注樁樁側(cè)注漿量≮1.0 t,樁端注漿量≮1.5 t。

        施工采用二次清孔處理,采用聲波法做樁身完整性檢測,樁身質(zhì)量良好、完整無缺陷。單樁靜載荷試驗采用慢速維持荷載法,加載反力裝置采用壓重平臺反力裝置。

        2 試樁結(jié)果分析

        2.1 單樁靜載荷試驗曲線特征

        將本場地14根試樁的單樁靜載荷試驗結(jié)果匯總整理于表2。對比分析可知。

        (1)摩擦型灌注樁經(jīng)后注漿后,Q-s曲線由陡降型變?yōu)榫徸冃?,見圖2和圖3。

        (2)摩擦型灌注樁經(jīng)后注漿處理后,單樁豎向承載力提高明顯;綜合考慮施工因素、地層差異、注漿效果、樁徑、樁長等影響,800 mm直徑、30 m樁長的灌注樁經(jīng)后注漿后單樁豎向承載力特征值建議取值(設計值)3500 kN,1000 mm直徑、35 m樁長的灌注樁經(jīng)后注漿后單樁豎向承載力特征值建議取值4200 kN。

        表2 試樁載荷沉降結(jié)果

        注:試樁SZ-3、SZ-5、SZ-6、SZ-10、SZ-11、SZ-14發(fā)生極限破壞。

        (3)靜載慢速加載工況下,兩種樁型在建議單樁豎向承載力特征值下的變形值約2.0~6.0 mm,長期荷載作用下的安全可靠性高。

        (4)太沙基和ISSMFE指出,樁基沉降量達到樁徑的10%時才可能出現(xiàn)極限荷載,對于本場地的粉細砂夾粉質(zhì)粘土持力層,端阻充分發(fā)揮所需的樁端位移為樁徑的5%,即40~50 mm,而靜載試驗慢速加荷下的變形量約2.0~6.0 mm,即后注漿后單樁承載力發(fā)揮仍以側(cè)阻力為主,試樁樁身軸力分布及樁側(cè)阻和端阻的承載分擔比證實了這一普遍規(guī)律,限于篇幅,不作具體展開。

        (5)后注漿有效控制了因施工工藝帶來的沉渣、泥皮等不利因素,實施的必要性充分且工程意義重大。

        2.2 經(jīng)驗值與實測值比較

        圖2未注漿試樁典型Q-s和s-lgt曲線

        結(jié)合14根試樁臨近鉆孔地層資料,按照《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)[1]中經(jīng)驗公式,分別對14根試樁進行未注漿與后注漿工況下的單樁豎向承載力計算,系數(shù)選用:(1)考慮大直徑尺寸效應對灌注樁的樁側(cè)阻力和樁端阻力的影響;(2)后注漿側(cè)阻力增強系數(shù)βsi和端阻力增強系數(shù)βp按粘性土—粉土類別選取,βsi和βp的建議值為1.4~1.8、2.2~2.5,計算統(tǒng)一取低值,即βsi取1.4,βp取2.2。

        圖3后注漿試樁典型Q-s和s-lgt曲線

        計算每根試樁的豎向抗壓承載力特征值,與實測值進行比較,結(jié)果見表3。

        表3 經(jīng)驗計算值與靜載實測值比較

        對比經(jīng)驗計算值和實測值,可以發(fā)現(xiàn):

        (1)兩種樁型的未注漿單樁承載力實測值與理論值均呈負偏差,但偏差較小,表明本場地的地勘報告提供的地層參數(shù)基本準確;

        (2)直徑800 mm、樁長30 m的后注漿單樁承載力實測值與理論值均呈正偏差,偏差均值約15%且后注漿處理后單樁承載力綜合提高系數(shù)達1.40,表明直接按經(jīng)驗取值保守且此樁型經(jīng)后注漿后綜合性價比高;

        (3)直徑1000 mm、樁長35 m的后注漿單樁承載力實測值與理論值相差小,但正負偏差都存在,承載力發(fā)揮穩(wěn)定性相對差,單樁豎向承載力綜合提高系數(shù)約1.20;

        (4)在地勘參數(shù)準確的條件下,側(cè)阻和端阻增強系數(shù)選規(guī)范建議區(qū)間的最小值計算,兩組試樁的實測值與經(jīng)驗值比較,第一組的經(jīng)驗值偏保守,第二組的吻合度相對較高,經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)第一組試樁參數(shù)的綜合性價比高,經(jīng)過試樁試驗推選直徑800 mm、樁長30 m為工程樁參數(shù)。

        3 結(jié)論

        (1)后注漿摩擦型灌注樁應用于武漢市典型的二元結(jié)構(gòu)地層技術可行,避免樁身穿越深厚粉砂層,成樁工效高、樁身質(zhì)量有保證,經(jīng)濟合理性好。

        (2)本場地的地勘參數(shù)準確度高,直徑800 mm、樁長30 m的試樁單樁承載力發(fā)揮穩(wěn)定,綜合提高系數(shù)大,綜合性價比優(yōu),推選直徑800 mm、樁長30 m的后注漿灌注樁為工程樁參數(shù)。

        (3)經(jīng)荷載-變形分析,摩擦型灌注樁經(jīng)后注漿處理后單樁承載力發(fā)揮仍以側(cè)阻力為主,但經(jīng)后注漿處理后,解決了施工工藝帶來的沉渣、泥皮等不利影響,單樁抗壓承載變形由陡降形變?yōu)榫徸冃危两悼刂坪?,工程意義重大,實施的必要性充分。

        (4)規(guī)范中的后注漿灌注樁單樁抗壓極限承載力計算公式是經(jīng)驗公式,后注漿側(cè)阻力增強系數(shù)βsi和端阻力增強系數(shù)βp未按地區(qū)分類且取值區(qū)間大,取值依據(jù)相關項主要為成孔工藝和土層名稱,經(jīng)驗參數(shù)匹配度相對低,樁基后注漿技術規(guī)范推廣已達10年,該技術仍為建筑業(yè)10項新技術(2017版)之一[10],倡議業(yè)界共享試樁成果及工程樁的靜載驗收成果,大數(shù)據(jù)背景下進一步開展區(qū)域性統(tǒng)計分析具有重要意義。

        參考文獻:

        [1] JGJ 94—2008,建筑樁基技術規(guī)范[S].

        [2] 劉金礪,等.建筑樁基技術規(guī)范應用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

        [3] 張忠苗.灌注樁后注漿技術及工程應用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

        [4] 杜峰,王愛勛.武漢國際會展中心后壓漿鉆孔灌注樁施工[J].施工技術,2003,32(1):16-18.

        [5] 靳皓宇.鉆孔灌注樁后壓漿技術在武漢地區(qū)的應用[D].浙江舟山:浙江海洋大學,2017.

        [6] 陳飛.鉆孔灌注樁后壓漿技術的研究和應用[D].上海:同濟大學,2007.

        [7] 陳飛,段新勝,方青春,等.鉆孔灌注樁樁側(cè)樁端后壓漿技術在武漢瑞通廣場的應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2004,31(1):29-31.

        [8] 吳文,劉躍峰,姜清華.武漢市樁基工程若干特征及試驗研究[J].土工基礎,2005,19(3):38-42.

        [9] 周偉,李惠強.鉆孔灌注樁后壓漿技術應用試驗研究[J].華中科技大學學報,2001,29(7):115-117.

        [10] 王曙光,高文生,李耀良,等.《建筑業(yè)10項新技術(2017版)》地基基礎和地下空間工程技術綜述[J].建筑技術,2018,49(3).

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