李孟強(qiáng)

（廣東天信電力工程檢測(cè)有限公司 廣州510663）

0 引言

近年來(lái)，廣州、東莞、中山、深圳、汕頭等地均有花崗巖地層泥漿護(hù)壁成孔灌注樁達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的工程案例，樁的設(shè)計(jì)承載力往往只及靜載試樁得到的承載力的50%～60%[1]。其主要原因是，花崗巖地層泥漿護(hù)壁成孔灌注樁的樁側(cè)泥皮厚度較厚，往往達(dá)10～20 mm 以上，樁-土之間存在較厚的軟塑狀泥皮，大大降低了樁側(cè)摩阻力[2-4]。同時(shí)，樁端支承于強(qiáng)風(fēng)化層，導(dǎo)致在較大荷載作用下發(fā)生刺入破壞[5-6]。隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，電廠選址一般離市中心越來(lái)越遠(yuǎn)[7]，所處位置地基及樁基工程往往缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。鑒于存在以上問(wèn)題，在進(jìn)行花崗巖土層的基樁設(shè)計(jì)前進(jìn)行前期綜合試樁，確定土層承載力參數(shù)，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)以獲得既經(jīng)濟(jì)又可靠的設(shè)計(jì)施工參數(shù)，減少盲目性就顯得尤為重要。

綜合試樁[8]是指試樁過(guò)程中進(jìn)行多個(gè)試驗(yàn)、檢測(cè)項(xiàng)目的綜合性試驗(yàn)，是電力工程建設(shè)中采用比較廣泛的一種試樁方法，特別是在某些大型工程和重點(diǎn)工程中得到應(yīng)用，它通過(guò)高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、靜載試驗(yàn)、成孔質(zhì)量檢測(cè)和聲波透射法等多種檢測(cè)手段獲得更多的樁-土體系參數(shù)，為設(shè)計(jì)單位在選定樁型和樁端持力層位置、掌握樁側(cè)樁端阻力分布并確定基樁承載力提供設(shè)計(jì)依據(jù)，并優(yōu)化樁基方案，為工程施工圖設(shè)計(jì)提供可靠和經(jīng)濟(jì)合理的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，并為工程施工提供必要的施工工藝控制參數(shù)。

本文以廣州某新建燃機(jī)電廠為依托，對(duì)該廠區(qū)的旋挖成孔灌注樁進(jìn)行綜合試樁研究。

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

本項(xiàng)目建設(shè)使用2 臺(tái)重型燃?xì)廨啓C(jī)，配套2 臺(tái)汽輪機(jī)，組成2 套“一拖一”多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硝裝置。擬采用旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)。

1.2 地質(zhì)情況

廠址區(qū)基巖為印支侵入巖（γi），覆蓋層主要為第四系沖洪積沉積（Q4al+pl）及殘坡積（Q4el+dl）土層。場(chǎng)地巖土由上而下分述如下：

①人工填土層（Q4ml）：為場(chǎng)地場(chǎng)平時(shí)回填形成，場(chǎng)地內(nèi)的填土多呈松散～稍密狀，且密實(shí)度差異較大。

②第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）：②1層：粉質(zhì)粘土；②2層：粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥及淤泥質(zhì)土。

③花崗巖殘積層（Q4el）：③1可塑狀砂質(zhì)粘性土；③2硬塑狀砂質(zhì)粘性土；③3硬塑～堅(jiān)硬狀砂質(zhì)粘性土。

④層花崗巖（γi）：④1全風(fēng)化花崗巖；④2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖；④3中等風(fēng)化～微風(fēng)化花崗巖。

本次綜合試樁所處位置地質(zhì)情況：①人工填土層：0～4.7 m；③3硬塑～堅(jiān)硬狀砂質(zhì)粘性土：4.7～20.0 m；④1層全風(fēng)化花崗巖夾層：16.1～17.4 m；④2層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：20.0m 以下。

2 試驗(yàn)方法

本次綜合試樁包含的試驗(yàn)方法有：?jiǎn)螛敦Q向抗壓靜載試驗(yàn)、單樁水平靜載試驗(yàn)、樁身內(nèi)力測(cè)試、高應(yīng)變法、低應(yīng)變法。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，由錨樁提供反力。3 根試驗(yàn)樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的結(jié)果如表1 所示。試驗(yàn)樁的Q～s曲線和s～lgt曲線如圖1 所示。

3.2 單樁水平靜載試驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用單向多循環(huán)法，由錨樁提供反力。3 根試驗(yàn)樁水平靜載試驗(yàn)的結(jié)果如表2 所示，H-t-Y0曲線及H-△Y0/△H曲線如圖2 所示。

3.3 樁身內(nèi)力測(cè)試

樁身內(nèi)力測(cè)試采用鋼筋測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)試。在樁頂標(biāo)定截面及各地層交界界面設(shè)置測(cè)量截面。3 根試樁均在樁頂下0.5 m 處標(biāo)定截面對(duì)稱安裝4 個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，樁頂下5.0 m、20.0 m、22.5 m 測(cè)量斷面分別對(duì)稱埋設(shè)3 個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)。

表1 單樁豎向抗壓試驗(yàn)結(jié)果匯總表Tab.1 Summary Table of Vertical Compression Test Results of Single Pile

圖1 樁Q-s 和s-lgt 曲線Fig.1 Q-s & s-lgt Curves of the Pile

表2 單樁水平靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表Tab.2 Summary Table of Horizontal Static Load Test Results of Single Pile

3.3.1 SZ1#試樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

從圖3 可以看到，壓實(shí)填土層、砂質(zhì)粘性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖摩阻力分別在3 600 kN、4 800 kN、4 200 kN 時(shí)達(dá)到極限；當(dāng)加載至5 400 kN 時(shí)，荷載無(wú)法維持。從表3可看出，當(dāng)荷載為4 800 kN 時(shí)，端阻力為619.4 kN。

3.3.2 SZ2#試樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

圖2 樁H-t-Y0 和H-△Y0/△H 曲線Fig.2 H-t-Y0 & H-△Y0/△H Curves of the Pile

從圖4 可以看到，壓實(shí)填土層、砂質(zhì)粘性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖摩阻力分別在5 000 kN、5 000 kN、4 500 kN時(shí)達(dá)到極限；當(dāng)加載至5 000 kN 時(shí)，總沉降量達(dá)到80.37 mm 后仍未達(dá)到規(guī)范穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，停止試驗(yàn)。從表4可看出，當(dāng)荷載為5 000 kN 時(shí)，端阻力為532.9 kN。

3.3.3 SZ3#試樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

從圖5 可以看到，壓實(shí)填土層、砂質(zhì)粘性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖摩阻力分別為4 500 kN、4 500 kN、4 000 kN時(shí)達(dá)到極限；當(dāng)加載至5 400 kN 時(shí)，荷載無(wú)法維持。從表5 可看出，當(dāng)荷載為4 800 kN 時(shí)，端阻力為619.4 kN。

3.3.4 最大穩(wěn)定荷載時(shí)摩阻力與端阻力一覽（見(jiàn)表6）

3.3.5 側(cè)摩阻力及端阻力極限值、特征值建議值（見(jiàn)表7）

3.4 低應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)曲線（見(jiàn)表8、圖6）

3.5 高應(yīng)變法與靜載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比（見(jiàn)表9）

圖3 SZ1#樁各級(jí)荷載下樁側(cè)單位摩阻力和總摩阻力分布曲線Fig.3 Distribution Curves of Pile Skin Unit Friction Resistance and Total Friction Resistance under Various Loads of SZ1# Pile

圖4 SZ2#樁各級(jí)荷載下樁側(cè)單位摩阻力和總摩阻力分布曲線Fig.4 Distribution Curves of Pile Skin Unit Friction Resistance and Total Friction Resistance under Various Loads of SZ2# Pile

圖5 SZ3#樁各級(jí)荷載下樁側(cè)單位摩阻力和總摩阻力分布曲線Fig.5 Distribution Curves of Pile Skin Unit Friction Resistance and Total Friction Resistance under Various Loads of SZ3# Pile

表3 SZ1#樁各土層總摩阻力及總端阻力Tab.3 Total Frictional Resistance and Toe Resistance of Each Soil Layer of SZ1# Pile （kN）

表4 SZ2#樁各土層總摩阻力及總端阻力Tab.4 Total Frictional Resistance and Toe Resistance of Each Soil Layer of SZ2# Pile （kN）

表5 SZ3#樁各土層總摩阻力及總端阻力Tab.5 Total Frictional Resistance and Toe Resistance of Each Soil Layer of SZ3# Pile （kN）

表6 最大穩(wěn)定荷載時(shí)摩阻力與端阻力一覽表Tab.6 List of Frictional Resistance and Toe Resistance under Maximum Stable Load

4 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行綜合試驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果綜合分析，得到以下結(jié)論及建議：

⑴3 根旋挖成孔灌注樁試樁的單樁豎向抗壓極限承載力的統(tǒng)計(jì)值為4 426 kN。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合分析，單樁豎向抗壓極限承載力值建議取4 000 kN，其承載力特征值建議取2 000 kN。

⑵3 根旋挖成孔灌注樁試樁的單樁水平極限承載力的統(tǒng)計(jì)值為386 kN，單樁水平臨界荷載的統(tǒng)計(jì)值為160 kN。單樁水平臨界荷載建議取值160 kN。

表7 側(cè)摩阻力及端阻力極限值、特征值建議值Tab.7 Limit Value of Skin Frictional Resistance and Toe Resistance，Suggested Value of Characteristic Value （kPa）

根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ 106-2014》[9]6.4.7.1 條和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ 94-2008》[10]5.7.2.3 條規(guī)定，當(dāng)樁身不允許開(kāi)裂或灌注樁的樁身配筋率小于0.65%時(shí)，可取水平臨界荷載的0.75 倍作為單樁水平承載力特征值。本工程試驗(yàn)樁樁身配筋率為0.61%，小于0.65%。

本次試驗(yàn)水平臨界荷載為160 kN，建議單樁水平承載力特征值取值為120 kN。

表8 樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)結(jié)果表Tab.8 Results of Pile Integrity Testing

圖6 各試樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線Fig.6 Measured Curve of Each Pile Low Strain Integrity Testing

根據(jù)文獻(xiàn)[9]第6.4.7.3 條規(guī)定，取設(shè)計(jì)要求的水平允許位移對(duì)應(yīng)的荷載作為單樁水平承載力特征值，且應(yīng)滿足樁身抗裂要求。

本次試驗(yàn)在滿足樁身抗裂要求的前提下，水平位移要求為6 mm 時(shí)，建議單樁水平承載力特征值取值為216 kN；當(dāng)水平位移要求為10 mm 時(shí)，建議單樁水平承載力特征值取值為263 kN。

⑶極限側(cè)摩阻力、極限端阻力的建議值以及側(cè)摩阻力特征值、端阻力特征值的建議值見(jiàn)表7。

⑷根據(jù)本次試驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合廣東地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合分析，建議本場(chǎng)地花崗巖地層中的泥漿護(hù)壁鉆（沖、旋挖）孔灌注樁樁側(cè)摩阻力取值時(shí)適當(dāng)降低，具體摩阻力特征值的經(jīng)驗(yàn)值可參考《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ 15-31-2016》[1]表10.2.3-1。

⑸通過(guò)動(dòng)靜試驗(yàn)對(duì)比，高應(yīng)變法測(cè)到的極限承載力與靜載試驗(yàn)所確定的極限承載力相差不大，工程樁單樁豎向承載力驗(yàn)收檢測(cè)時(shí)可采用靜載試驗(yàn)與高應(yīng)變法相結(jié)合的方式進(jìn)行。鑒于SZ3#試樁高應(yīng)變檢測(cè)時(shí)樁頭開(kāi)裂，未能獲取有效信號(hào)，建議后續(xù)若采用高應(yīng)變法進(jìn)行承載力檢測(cè)時(shí)，應(yīng)提高樁帽的澆筑質(zhì)量。

表9 高應(yīng)變與靜載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Tab.9 Comparison Table of High Strain Dynamic Testing and Static Loading Test Results

5 結(jié)束語(yǔ)

花崗巖土層的樁側(cè)摩阻力和樁端摩阻力的因地域、樁型、成樁施工工藝等不同而存在較大差異，本次試驗(yàn)所在廣州地區(qū)花崗巖樁側(cè)摩阻力與規(guī)范建議值較為接近，但樁端摩阻力差異較大（約為規(guī)范建議值的0.3～0.5 倍）。鑒于花崗巖土層的土阻力特性，建議在進(jìn)行花崗巖地區(qū)基樁設(shè)計(jì)前，進(jìn)行綜合試樁，確定所在場(chǎng)地花崗巖土層的各項(xiàng)參數(shù)，以確保工程樁的承載力滿足設(shè)計(jì)要求，規(guī)避相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。