姚云泉 蔡 勇 吳朝峰

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 杭州 310014; 2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007)

1 研究背景

旋挖成孔灌注樁適用于粘性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風(fēng)化巖層，具有成孔速度快、施工工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，某500 kV變電站站址區(qū)具有深厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(層厚23.0 m～31.1 m)，樁端又在卵石層上，試樁階段對其中兩個(gè)樁進(jìn)行了樁底注漿。為檢驗(yàn)注漿效果，在單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)下，測定樁身內(nèi)力，同時(shí)研究樁身軸力發(fā)揮機(jī)理，通過計(jì)算樁側(cè)摩阻力和樁端阻力從而對基樁設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，為以后類似地層的樁基設(shè)計(jì)提供了重要的工程意義[1]。現(xiàn)有階段下，樁身內(nèi)力測試可以選用電阻應(yīng)變式傳感器、振弦式傳感器、滑動(dòng)測微計(jì)或光纖式應(yīng)變傳感器[2]。鋼筋計(jì)這種方法的主要缺點(diǎn)在于其傳感器的成活率低,誤差大；滑動(dòng)測微計(jì)實(shí)測應(yīng)變值不能直接用于摩阻力和端阻力的計(jì)算,必須對其進(jìn)行平滑處理,增加了人為因素[3]。本文依托某500 kV變電站旋挖成孔灌注樁，通過靜載條件下的樁身內(nèi)力測試，分析樁身荷載傳遞規(guī)律。

2 分布式光纖測試原理

本次測試采用分布式光纖測試技術(shù)進(jìn)行樁身內(nèi)力測試，該技術(shù)基于布里淵光時(shí)域散射原理(BOTDR)。其散射受溫度或軸向應(yīng)變影響，而通過頻率漂移量(νB)即可得到沿線光纖的溫度和應(yīng)變分布信息，原理見圖1。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)先確定樁身截面面積A、樁身混凝土的彈性模量Ec。本工程樁的直徑為0.8 m，樁面積取0.50 m2。彈性模量E根據(jù)混凝土的標(biāo)號(hào)及配筋率，查詢混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某500 kV站址區(qū)淺部地基土主要由第四系沖海積成因的粉土、淤泥質(zhì)土、細(xì)砂及下伏卵石組成。各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) kPa

T1，T3試樁樁身直徑為800 mm，采用⑥層卵石作為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層不少于0.8 m，樁端持力層為卵石，采用樁端注漿施工工藝，混凝土標(biāo)號(hào)采用C35，樁身結(jié)構(gòu)對應(yīng)的軸心受壓承載力設(shè)計(jì)值為4 700 kN。光纖U型鋪設(shè)工藝見圖2，BOTDR儀器測讀在試樁加卸載穩(wěn)定后進(jìn)行。

3.2 靜載荷試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果見表2,表3及圖3,圖4。

表2 T1號(hào)樁(樁底注漿)荷載—?dú)v時(shí)—沉降匯總表

表3 T3號(hào)樁(樁底注漿)荷載—?dú)v時(shí)—沉降匯總表

由靜載荷試驗(yàn)曲線可得，T1號(hào)樁(樁底注漿)單樁豎向抗壓極限承載力為5 500 kN，T3號(hào)樁(樁底注漿)單樁豎向抗壓極限承載力為6 000 kN，滿足設(shè)計(jì)承載力要求,見圖5～圖8。

3.3 樁身內(nèi)力測試

由樁身內(nèi)力測試可知：

1)在整個(gè)試驗(yàn)過程中，樁底應(yīng)變幾乎為0，樁底不受力。樁頂累計(jì)沉降量主要來源樁體受樁頂荷載的彈性壓縮變形。樁底位移量很??；

2)樁身底部軸力在整個(gè)試驗(yàn)過程中，始終為0。樁頂荷載完全由樁身周圍地層巖土體側(cè)摩阻力提供反力而消化掉，始終無法傳遞到樁底。該試驗(yàn)樁為純摩擦樁；

3)樁身粉土和較深處淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，在試驗(yàn)過程中側(cè)摩阻力較大；淺部淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土對樁體提供的側(cè)摩阻力較小。粉質(zhì)粘土、細(xì)砂和卵石層側(cè)摩阻力發(fā)揮不完全，繼續(xù)增大試驗(yàn)荷載，其側(cè)摩阻力才開始逐漸發(fā)揮。其中粉質(zhì)粘土層在樁頂荷載2 000 kN～2 500 kN時(shí)側(cè)摩阻力開始發(fā)揮且隨著荷載增大，側(cè)摩阻力迅速增大；細(xì)砂層在樁頂荷載4 500 kN～5 500 kN時(shí)側(cè)摩阻力開始發(fā)揮且隨著荷載增大，側(cè)摩阻力迅速增大；卵石層在本次靜載試驗(yàn)過程中未發(fā)揮側(cè)摩阻力；

4)本次試樁淺部①,②層粉土在極限載荷下，提供了約30.5%～42.4%的側(cè)阻力，深部③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土提供了約37.1%～37.6%的側(cè)阻力。由于②層粉土中密且局部粉砂含量較高，該層土在本次試驗(yàn)過程中的極限側(cè)阻力測試值可達(dá)到60 kPa左右；

5)土層深部的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，由于局部夾粉土及粉砂薄層且局部以粉土為主，該層土的極限側(cè)阻力測試值可達(dá)到40 kPa左右；

6)根據(jù)樁土相對位移計(jì)算值，靜載試驗(yàn)下位移主要發(fā)生在①層粉土②粉土③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和③1粉土，而底部④層粉質(zhì)粘土位移很小，⑤層細(xì)砂和⑥層卵石位移幾乎沒有。本次加載條件下，粉土層和深部淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層側(cè)摩阻力發(fā)揮較為充分，而當(dāng)?shù)撞糠圪|(zhì)粘土產(chǎn)生相對位移后，側(cè)摩阻力增加速度非?？?；

7)根據(jù)本次樁身內(nèi)力測試成果，同時(shí)考慮軟土層的樁側(cè)負(fù)摩阻力，各地層的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik(kPa)(推薦值)見表4。由于①層粉土層厚度薄，故與②劃分為一個(gè)地層。④層粉質(zhì)粘土樁側(cè)位移很小，⑤層細(xì)砂和⑥層卵石樁側(cè)位移幾乎沒有，均未達(dá)到極限狀態(tài)，故①,④,⑤,⑥層未給出qsik推薦值，⑥層為給出qpk推薦值(未給出的地層qsik,qpk可按勘察報(bào)告取值)。

表4 各地層的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值

地層名稱①粉土②粉土③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土③1粉土④粉質(zhì)粘土⑤細(xì)砂⑥卵石qsik/kPa—602545———

4 結(jié)語

1)用分布式光纖傳感技術(shù)對旋挖成孔灌注樁樁身進(jìn)行內(nèi)力測試，是行之有效的。

2)樁身內(nèi)力測試結(jié)果表明，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，樁底應(yīng)變幾乎為0，樁底不受力。樁頂荷載完全由樁身周圍地層巖土體側(cè)摩阻力提供反力而消化掉，無法傳遞到樁底。樁體較長，樁頂荷載引起的樁身彈性壓縮變形量較大，且樁頂荷載接近混凝土的極限抗壓承載力，Q—s曲線亦表現(xiàn)為陡降型，因此可以認(rèn)為試驗(yàn)過程中，雖然樁頂變形達(dá)到規(guī)范規(guī)定的破壞條件，但深部土體未充分發(fā)揮其反力。

3)根據(jù)本次樁身內(nèi)力測試成果，②層粉土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③1層粉土的極限側(cè)摩阻力qsik(kPa)(推薦值)分別為60 kPa,25 kPa,45 kPa。需要特別指出的是，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土在場地堆載條件下，應(yīng)考慮可能產(chǎn)生的樁側(cè)負(fù)摩阻力。