張 冬 良

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司,山西 太原 030006)

0 引言

對(duì)于軟土地區(qū)，其基巖相對(duì)較淺，在鉆孔灌注樁施工階段，經(jīng)常會(huì)有人將基巖直接定義為樁基的持力層，不管樁的長(zhǎng)徑比多少、樁長(zhǎng)多少，均選擇端承嵌巖樁，并使樁身通長(zhǎng)配筋，以確保樁端可以順利的進(jìn)入持力層，且使其深度達(dá)到樁徑的一倍甚至數(shù)倍。下面將會(huì)以寧波新都美地工程和杭州中大廣場(chǎng)工程為例來對(duì)鉆孔灌注樁樁基持力層進(jìn)行探究，以更好的加深人們對(duì)鉆孔灌注樁樁基持力層了解和掌握。

1 鉆孔灌注樁樁基持力層估算理論

通常情況下，鉆孔灌注樁的荷載傳遞特性與樁身質(zhì)量、長(zhǎng)徑比、樁周土性質(zhì)、樁基長(zhǎng)度、樁端沉渣厚度、樁身壓縮變形和樁頂?shù)暮奢d大小等存在一定的聯(lián)系。同時(shí)，在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工階段，樁端土的支持力與樁基長(zhǎng)度、長(zhǎng)徑比、樁身質(zhì)量、孔底沉渣厚度及樁頂荷載大小等有關(guān)，而且還與鉆孔對(duì)持力層所產(chǎn)生的擾動(dòng)、持力層本身的特性等有關(guān)。

因此，為了更好的對(duì)鉆孔灌注樁樁基持力層進(jìn)行估算，需要進(jìn)行如下假設(shè)：

1)樁身的混凝土壓縮變形假設(shè)為彈塑性變形；

2)樁身軸力傳遞特性曲線假設(shè)為梯形或倒三角形；

3)樁端基巖對(duì)樁的支持力，可以借助布辛奈斯克模型來對(duì)其進(jìn)行求解。

1.1 樁身變形的估算

在上述所有假設(shè)的基礎(chǔ)上，樁的荷載傳遞特性曲線類似于倒三角形，這樣一來就可以通過式(1)來求解鉆孔灌注樁樁身可能出現(xiàn)的彈性壓縮變形量。

(1)

其中，L為樁長(zhǎng)；N為樁頂?shù)暮奢d；A為樁身的橫截面面積；Ec為鋼筋混凝土的彈性模量。

如果把樁的荷載傳遞特性曲線看做是倒梯形，此時(shí)鉆孔灌注樁樁身的彈性壓縮變形可以通過式(2)進(jìn)行求得：

(2)

其中，N2為基巖對(duì)樁所產(chǎn)生的支持力。

靜載試驗(yàn)卸載后，假設(shè)鉆孔灌注樁樁身所出現(xiàn)的殘余變形是塑性變形，此時(shí)就能夠借助靜載試驗(yàn)的結(jié)果來求得塑性變形Se。此時(shí)所求得的鉆孔灌注樁樁身壓縮變形S為：

S=Sd+Se

(3)

1.2 巖基對(duì)樁端支持力的估算

在估算巖基對(duì)樁端支持力時(shí)，通常會(huì)將樁基假設(shè)成完全剛性體，并根據(jù)布辛奈斯克模型來探究基巖對(duì)樁端支持力N1，具體計(jì)算公式如式(4)所示：

(4)

其中，r為樁的半徑；E0為基巖的變形模量；μ為基巖的泊松比；Ss為樁端的沉降，即樁端基巖所發(fā)生的變形。

實(shí)際上，針對(duì)鉆孔灌注樁所提交的工程勘察報(bào)告只能夠提供巖土壓縮模量Es，當(dāng)遇到低壓縮性土?xí)r，其變形模量E0與壓縮模量Es之間所存在的關(guān)系式為：E0=2.11Es。

因此，在進(jìn)行鉆孔灌注樁樁基持力層估算過程中，只需要得到基巖的壓縮模量Es、壓縮變形S、泊松比μ，就可以通過式(4)來得出基巖對(duì)樁端的支持力，對(duì)其進(jìn)一步分析后就可以得到樁的荷載傳遞特性。此外，通過靜載試驗(yàn)來對(duì)鉆孔灌注樁的變形值進(jìn)行有效的測(cè)量，其同樣可以借助式(2)，式(3)來獲得基巖對(duì)樁端的支持力N1。

2 工程實(shí)例

2.1 參數(shù)的選取

對(duì)于鉆孔灌注樁施工而言，由于事先對(duì)試樁進(jìn)行了明確，而且混凝土強(qiáng)度等級(jí)往往會(huì)超過設(shè)計(jì)值，并對(duì)混凝土水下澆搗強(qiáng)度的折減系數(shù)給予考慮，然后確定鉆孔灌注樁混凝土強(qiáng)度的等級(jí)。巖土工程勘察報(bào)告基本上不會(huì)涉及到基巖的泊松比，一般需要對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查閱來找到與當(dāng)?shù)毓こ淌┕は嗥ヅ涞牟此杀取?/p>

鉆孔灌注樁樁基持力層土體所產(chǎn)生的變形值一般是指基巖的壓縮量，主要是孔底沉渣與樁端沉降被壓實(shí)后所產(chǎn)生的變形量。在對(duì)其進(jìn)行研究時(shí)，可以將基巖的壓縮量定義為樁端土體的回彈量。在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工階段，鉆孔的施工一般會(huì)誘發(fā)基巖或多或少的擾動(dòng)，致使樁端土體壓縮模量與勘察報(bào)告實(shí)際值存在一定的偏差，此時(shí)要想保證計(jì)算過程的順利進(jìn)行，待樁端土體被壓實(shí)后一般可以直接選擇勘察報(bào)告中所提供的數(shù)值。

樁端極限承載力和單樁豎向樁側(cè)阻的標(biāo)準(zhǔn)值分別為：

Qpk=qpk·Ap,Qsk=μ∑qsik×li。

其中，qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積；qsik為樁周第i層土所對(duì)應(yīng)的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；μ為樁身周長(zhǎng)；li為樁穿越第i層土所對(duì)應(yīng)的厚度。

鉆孔灌注樁樁身承載力的計(jì)算公式為：

R=φc(fc+pfs)A。

其中，φc為樁基施工系數(shù)，通常情況下在泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁中φc=9；fs為鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；A為樁身面積；p為樁身配筋率。

2.2 寧波新都美地工程

該工程是寧波市的一棟高檔住宅小區(qū)，建筑面積約50 000 m2，其中共23層，地上21層，地下2層。在靜載試驗(yàn)鉆灌注孔樁施工過程中，樁長(zhǎng)為42.1 m，樁徑為700 mm，長(zhǎng)徑比為60，樁基的持力層為圓礫層，樁身選擇了C30混凝土，要求鉆灌注孔樁進(jìn)入持力層深度為0.5 m，單樁極限承載力設(shè)計(jì)值控制在5 000 kN，豎向承載力設(shè)計(jì)值控制在3 000 kN。靜載試驗(yàn)鉆灌注孔樁樁端土極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和樁端持力層的壓縮模量分別為qpk=4 500 kPa，Es=20 MPa。通過分析巖土勘測(cè)報(bào)告后，單樁極限端阻力和總極限側(cè)阻力分別為：Qsp=1 721 kN，Qsk=3 435 kPa。表1描述的是靜載試驗(yàn)鉆灌注孔樁靜載試驗(yàn)荷載與樁端、樁頂沉降值的相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 靜載試驗(yàn)荷載與樁端、樁頂沉降數(shù)據(jù)

通過對(duì)表1進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樁頂荷載為5 587 kN時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致樁端和樁頂出現(xiàn)較大范圍的變形，但是本次研究過程中，樁身壓縮的實(shí)際值只有1.33 mm，可以得知樁端沉渣厚度相對(duì)比較大。當(dāng)樁頂荷載在5 587 kN時(shí)，該施工場(chǎng)地的沉渣基本上被壓實(shí)，這樣一來就能夠把樁端土的變形定義為基巖的壓縮量。如果鉆灌注孔樁樁頂荷載達(dá)到6 832 kN時(shí)，此時(shí)可以通過布辛奈斯克模型來求得樁端土支持力為74 kN，而其僅為樁頂荷載的1%，確定其是純摩擦樁。如果將其判定為純摩擦樁，那么樁頂承受4 968 kN的荷載時(shí)，可以根據(jù)式(1)得到樁身的彈性壓縮變形值是9.22 mm，而實(shí)際的測(cè)量值為9.18 mm；同時(shí)樁頂承受6 832 kN的荷載時(shí)，根據(jù)式(1)得到樁身的彈性壓縮變形值是12.67 mm，而實(shí)際的測(cè)量值為11.19 mm，兩次測(cè)量結(jié)果基本上一致。

2.3 杭州中大廣場(chǎng)工程

該工程屬于高檔寫字樓，共計(jì)7層，坐落在杭州市中山北路東側(cè)、屏風(fēng)街南側(cè)的中大廣場(chǎng)，建筑面積約為15 000 m2。在進(jìn)行靜載試驗(yàn)鉆灌注孔樁施工過程中，樁長(zhǎng)為49.5 m，長(zhǎng)徑比為70.7，樁徑為700 mm，樁身選擇了C25混凝土，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，樁基的持力層屬于風(fēng)化強(qiáng)度比較大的角礫凝灰?guī)r，并要求鉆灌注孔樁能夠深入持力層2.0 m，而且要求單樁極限承載力達(dá)到5 300 kN，豎向承載力設(shè)計(jì)值控制在3 300 kN。

靜載試驗(yàn)鉆灌注孔樁樁端土極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和樁端持力層的壓縮模量分別為qpk=5 000 kPa，Es=20 MPa。在對(duì)巖土勘測(cè)報(bào)告分析后得知，單樁極限端阻力和總極限側(cè)阻力分別為：Qsp=1 923 kN，Qsk=3 378 kPa。表2描述的是靜載試驗(yàn)鉆灌注孔樁靜載試驗(yàn)荷載與樁頂沉降值的相關(guān)數(shù)據(jù)。

表2 靜載試驗(yàn)荷載與樁頂沉降數(shù)據(jù)

本次鉆孔灌注樁施工階段，并未出現(xiàn)樁端土的變形，此時(shí)可以將樁基極限承載力控制在5 300 kN。假設(shè)該樁基為純摩擦樁，則樁端所承載的支持力為0，此時(shí)樁頂所承受的荷載為5 300 kN，所得到的樁身彈性壓縮變形量為12.18 mm，從而可以得到樁身軸力為0處分布在樁身某處，而并非樁端。

3 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工過程中，樁的長(zhǎng)徑比、樁長(zhǎng)等會(huì)對(duì)持力層產(chǎn)生一定的影響，如果樁的荷載傳遞特性屬于摩擦樁時(shí)，則其樁端需要承受的支持力比較小，無法發(fā)揮基巖支持力的作用。因此，為了確保鉆孔灌注樁樁基施工的整體質(zhì)量，則需要先做試樁，測(cè)試結(jié)果符合要求后再進(jìn)行實(shí)際施工。