周 勇, 柳 勇

(1. 蘭州理工大學(xué) 甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730050; 2. 蘭州理工大學(xué) 西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心, 甘肅 蘭州 730050)

由于鋼管樁具有很好的延性和韌性,常常在基坑、邊坡支護(hù)和滑坡治理工程中作為抗側(cè)力構(gòu)件,抵抗土體側(cè)向變形與滑移[1].近年來,隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展,許多新建在填土地區(qū)上的建筑物,由于各類原因,地基出現(xiàn)了不均勻沉降病害.而對(duì)于地基基礎(chǔ)的加固,特別是深厚填土區(qū),大直徑樁基的施工機(jī)械在低凈空條件下施工時(shí),往往因扭矩不足,無法達(dá)到設(shè)計(jì)的加固深度.靜壓樁雖然可以增大地基土體的密實(shí)度,控制樓體的下沉,但由于填土厚度較大,往往也達(dá)不到加固深度,容易出現(xiàn)二次病害.相比之下,鉆孔微型鋼管樁具有直徑較小,穿透力較強(qiáng),適合于小空間作業(yè)等特點(diǎn),在建筑物增層改造及糾傾加固中逐漸被廣泛使用[2].

樁土荷載傳遞機(jī)理非常復(fù)雜,對(duì)于樁基在豎向荷載作用下受力與變形的研究,主要是確定樁側(cè)與樁端荷載傳遞的形態(tài)、比例以及傳遞函數(shù)等,與樁徑、土的物理力學(xué)性質(zhì)、樁土剛度比等眾多參數(shù)相關(guān)[3].賈強(qiáng)等[4]對(duì)微型鋼管樁進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值分析,得到了鋼管樁頂部受壓的應(yīng)力分布規(guī)律和極限承載力,并確定出其計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)和受壓穩(wěn)定性系數(shù);黃雪峰等[5]模擬了三種試驗(yàn)方法對(duì)微型樁抗拔承載力的影響,并得出了樁土滑移距離與樁體埋深的關(guān)系；對(duì)于注漿鋼管樁加固方面,宗鐘凌[6]等進(jìn)行了注漿鋼管樁的承載力性能研究,驗(yàn)證了注漿具有改善樁周土體性能、提高樁體承載力的作用；對(duì)于微型鋼管樁加固地基方面,孫訓(xùn)海等[7]將微型鋼管樁應(yīng)用到軟土地區(qū)的地基加固中,得到了很好的加固效果,有效地控制了樓體的下沉量；吳江斌等[8]采用靜壓鋼管樁對(duì)既有建筑進(jìn)行加固,對(duì)低凈空條件下的施工設(shè)備進(jìn)行改造,完成了低凈空條件下的施工并得到了很好的加固效果.對(duì)于注漿微型鋼管樁的研究,尤其是深厚填土地區(qū),樁基規(guī)范給出了豎向承載力經(jīng)驗(yàn)公式,其實(shí)際承載力和承載特性的試驗(yàn)成果較少,樁側(cè)摩阻力分布、樁身內(nèi)力的傳遞規(guī)律及加固效果還需要進(jìn)一步研究.

本次研究通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),測(cè)試微型鋼管樁的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、樁身軸力傳遞規(guī)律、樁側(cè)摩阻力的變化規(guī)律以及樁體沉降變形規(guī)律.并結(jié)合工程實(shí)例,驗(yàn)證微型鋼管樁的加固效果,為深厚填土地區(qū)微型鋼管樁加固地基提供理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo).

1 室內(nèi)短樁試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

室內(nèi)短樁試驗(yàn)采用與室外試驗(yàn)相同材質(zhì)、直徑和壁厚的管材.其目的是確定相同結(jié)構(gòu)形式和材料性質(zhì)下鋼管混凝土樁在彈性階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系及單樁豎向極限承載力,為研究深厚填土地區(qū)微型鋼管樁的工作特性及變形機(jī)理提供依據(jù).

1.2 試驗(yàn)方案

本次室內(nèi)試驗(yàn)選用3根DZ40地質(zhì)管材(直徑168 mm,壁厚8 mm),樁長(zhǎng)均為1 m,樁內(nèi)采用M50水泥凈漿,具體試樁制作如下：

1) 加工鋼管,鋼管長(zhǎng)度1 m,在鋼管頂部預(yù)留導(dǎo)線孔,開孔大小 20 mm.2) 將混凝土應(yīng)變計(jì)固定在輔助鋼筋上,沿樁長(zhǎng)1/3處各放置 1個(gè),兩頭貼緊,中間懸空,輔助鋼筋豎直放置在鋼管樁樁芯處,在鋼管壁上與混凝土應(yīng)變計(jì)等高位置處對(duì)稱焊接2個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì),并在各個(gè)導(dǎo)線末端編號(hào)加以區(qū)分,如圖1所示.3) 現(xiàn)場(chǎng)攪拌M50水泥凈漿澆筑,采用打磨機(jī)處理樁頭平面.

圖1 應(yīng)變計(jì)布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of strain gauge layout

室內(nèi)試驗(yàn)首次加荷為200 kN,采用逐級(jí)等量的加載方式,每級(jí)加載量為200 kN,每級(jí)荷載持續(xù)時(shí)間為5 min.采用室內(nèi)試驗(yàn)機(jī)自身的壓力及位移測(cè)試裝置,在每級(jí)荷載達(dá)到持續(xù)時(shí)間后記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù).室內(nèi)試驗(yàn)樁按計(jì)算得到預(yù)設(shè)極限荷載為3 000 kN,若達(dá)到極限設(shè)計(jì)值時(shí)試驗(yàn)樁未破壞,則繼續(xù)加載至試驗(yàn)樁破壞為止.

1.3 短樁應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

本次試驗(yàn)樁身應(yīng)變數(shù)據(jù)是通過安裝振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)來測(cè)試.通過分級(jí)加載,當(dāng)3根樁體樁頂最大加荷為3 200 kN時(shí),樁身發(fā)生了較大的彎曲變形,且樁頂沉降不穩(wěn)定,樁體開始發(fā)生破壞,此時(shí)加載結(jié)束.3根試驗(yàn)樁在各級(jí)荷載下的Q-s曲線如圖2所示,從圖中可以看出,單樁豎向極限承

圖2 室內(nèi)短樁試驗(yàn)Q-s曲線

載力約為3 000 kN,在0～2 000 kN荷載作用下,樁體的荷載-沉降曲線近似呈線性關(guān)系.

利用最小二乘法原理,通過擬合軟件對(duì)樁頂荷載與混凝土微應(yīng)變進(jìn)行線性擬合,擬合結(jié)果如圖3所示.

圖3 樁頂荷載與微應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3 Relationship of pile top load and micro strain

由擬合數(shù)據(jù)可知,擬合度約為0.999,則該擬合結(jié)果較可靠,樁頂荷載與微應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系可表示為

με=1.483Q

(1)

換算成應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為

σ=3.043×104ε

(2)

則試驗(yàn)測(cè)得微型鋼管樁組合截面的彈性模量為Ep=3.043×104MPa.

1.4 短樁試驗(yàn)結(jié)果分析

考慮鋼管對(duì)樁內(nèi)水泥凈漿的套箍效應(yīng),通過GB 50936—2014《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[9]計(jì)算可得組合截面彈性模量為Ep=8.277×104MPa,約為試驗(yàn)所得結(jié)果的2.7倍.若僅從統(tǒng)一理論出發(fā),將鋼管與水泥凈漿看作一種組合材料,組合工作性能考慮統(tǒng)一性、連續(xù)性和相關(guān)性,但不考慮套箍效應(yīng),則通過規(guī)范[10]計(jì)算可得組合截面彈性模量為Ep=2.548×104MPa,相比試驗(yàn)所得結(jié)果偏小,約為試驗(yàn)所得結(jié)果的0.84倍.

從受力模式看,傳統(tǒng)的鋼管混凝土含鋼率較低,混凝土為主要受力構(gòu)件.在軸向荷載作用下混凝土首先發(fā)生壓縮變形,核心區(qū)混凝土在鋼管的約束作用下,混凝土的橫向變形減小,因而使核心區(qū)混凝土處于三向受壓狀態(tài),提高了核心區(qū)混凝土的抗壓承載能力和變形能力.對(duì)于微型鋼管樁,忽略鋼管與混凝土之間的套箍效應(yīng).設(shè)組合截面的含鋼率為αsc,則鋼管承擔(dān)的部分內(nèi)力為αscfy,混凝土承擔(dān)的部分內(nèi)力為 (1-αsc)fck.本次試驗(yàn)樁的含鋼率αsc=0.222,鋼管承擔(dān)的內(nèi)力比為μ1=0.663,水泥凈漿承擔(dān)的內(nèi)力比為μ1=0.337.相比普通的鋼管樁,微型鋼管樁中鋼管承擔(dān)的荷載較大,在軸向荷載作用下,鋼管的橫向變形較大,水泥凈漿雖然也發(fā)生橫向變形,但相比鋼管的變形不大.因此,鋼管雖然對(duì)于水泥凈漿具有一定的套箍效應(yīng),但影響較小,理論計(jì)算時(shí)考慮的鋼管套箍效應(yīng)偏大,使得計(jì)算結(jié)果較實(shí)測(cè)值偏高.

考慮套箍效應(yīng)的水泥凈漿抗壓強(qiáng)度fsc為

(3)

其中:fc為水泥凈漿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;f為鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;B、C為截面形狀對(duì)套箍效應(yīng)的影響系數(shù).若保持組合截面材料不變,則fsc為αsc的二次函數(shù),且C≤0,函數(shù)fsc具有極大值.代入試驗(yàn)材料的相關(guān)參數(shù),對(duì)fsc求一階導(dǎo)數(shù),求得極大值點(diǎn)為αsc=0.301.當(dāng)含鋼率0≤αsc≤0.301時(shí),fsc單調(diào)遞增,而微型鋼管樁截面較小,相比傳統(tǒng)的鋼管混凝土含鋼率較大.因此由規(guī)范計(jì)算的水泥凈漿抗壓強(qiáng)度偏大,最終導(dǎo)致組合截面彈性模量計(jì)算值較實(shí)測(cè)值偏大.

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)條件

該試驗(yàn)場(chǎng)地位于蘭州市九州區(qū),勘察深度范圍內(nèi)地層主要由雜填土和砂巖組成,填方區(qū)厚度在35 m左右,現(xiàn)由上至下分述如下：

2) 層砂巖(K1hk1)：棕紅色,局部為灰綠色,中厚層,細(xì)粒結(jié)構(gòu),致密,泥鈣質(zhì)半膠結(jié),成巖型差,為軟巖.35.5～36.5 m為強(qiáng)風(fēng)化砂巖,36.5 m以后為中風(fēng)化砂巖,場(chǎng)地普遍分布.

2.2 試驗(yàn)方案

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)制作3根33 m的試驗(yàn)樁,鋼管采用螺紋連接的無縫鋼管,規(guī)格與室內(nèi)試驗(yàn)相同,采用振弦式混凝土應(yīng)變計(jì).考慮其施工難度,鋼管作為鉆桿進(jìn)行泥漿護(hù)壁成孔,鉆頭作為鋼管樁樁頭封閉構(gòu)件.具體試驗(yàn)樁制作如下：

2) 在試驗(yàn)場(chǎng)地分別定位3根試驗(yàn)樁布置位置,進(jìn)行跟管鉆井成孔,鉆孔直徑為200 mm,當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí),把固定混凝土應(yīng)變計(jì)的輔助鋼筋按順序焊接牢固,并豎直放入鋼管中.

3) 現(xiàn)場(chǎng)攪拌M50水泥凈漿,采用后注漿法對(duì)鋼管樁進(jìn)行注漿,以得到有效的保護(hù)層,鋼管內(nèi)加壓注漿直至鋼管外側(cè)孔口溢漿,無泥漿和沉渣時(shí)停止.

4) 微型鋼管樁養(yǎng)護(hù)28 d后截?cái)喑龅孛?0 cm以上樁體,采用打磨機(jī)處理樁頭平面,保證鋼管和混凝土在同一水平面.

2.3 加載方式及裝置

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用的加荷系統(tǒng)為荷載平臺(tái)式,試驗(yàn)反力系統(tǒng)采用平臺(tái)堆重反力裝置,通過液壓千斤頂分級(jí)施加荷載,現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)如圖4所示.由室內(nèi)試驗(yàn)預(yù)設(shè)微型鋼管樁極限荷載為3 000 kN,首次施加荷載為400 kN,以后每級(jí)增加荷載為200 kN.樁頂位移采用具有足夠靈敏度和精準(zhǔn)度的百分表進(jìn)行測(cè)量,通過電腦采集應(yīng)變計(jì)數(shù)據(jù),并分級(jí)分段記錄測(cè)試數(shù)據(jù).

圖4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載裝置Fig.4 Field test loading device

本次試驗(yàn)按照J(rèn)GJ 106—2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[10]中慢速荷載維持法進(jìn)行加卸載,待每級(jí)加載達(dá)到相應(yīng)規(guī)定的穩(wěn)定條件后方可進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載.當(dāng)樁頂最大加載量基本達(dá)到設(shè)計(jì)值3 000 kN且樁頂沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可終止加載,然后依照標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)卸載至零.

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

1) 樁身軸力分析

本次試驗(yàn)樁身軸力通過混凝土應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變來推算.假設(shè)樁身混凝土與應(yīng)變計(jì)緊密接觸,在樁頂荷載作用下協(xié)調(diào)變形,認(rèn)為樁身在同一位置處的混凝土和混凝土應(yīng)變計(jì)變形一致,樁身混凝土和鋼管在試驗(yàn)加荷條件下處于線彈性變形狀態(tài),且樁身材料滿足胡克定律.通過室內(nèi)短樁試驗(yàn)確定的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,推算各級(jí)荷載下樁身軸力,則各級(jí)荷載下的軸力分布如圖5所示.

圖5 樁身軸力變化曲線

從不同荷載下的軸力分布圖可以看出,樁身軸力隨著樁頂荷載的增加而不斷增大,在各級(jí)荷載作用下,樁身下部的軸力要遠(yuǎn)小于樁身上部的軸力,且樁端軸力很小,當(dāng)樁頂荷載達(dá)到3 000 kN時(shí),樁端軸力也幾乎不變.從樁身軸力圖中可以看出,3根試驗(yàn)樁在加載過程中軸力均發(fā)生了變異情況,5～9 m區(qū)段均出現(xiàn)了軸力隨深度增加而增大的現(xiàn)象,且樁1在13～17 m、樁2和樁3在17～21 m處同樣發(fā)生了變異現(xiàn)象.經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),樁周在該區(qū)段存在負(fù)摩阻力.

2) 樁側(cè)摩阻力分析

樁側(cè)摩阻力由相鄰兩斷面樁身軸力差和該區(qū)間內(nèi)樁側(cè)表面積求得,即

(4)

式中：Pi為第i斷面的樁身軸力；Pi+1為第i+1斷面的樁身軸力；D為樁體直徑；Li為第i段樁長(zhǎng).各級(jí)荷載作用下樁側(cè)摩阻力變化曲線如圖6所示.

圖6 樁側(cè)摩阻力變化曲線

從不同荷載下的樁側(cè)摩阻力分布來看,隨著樁頂載荷的增加,樁側(cè)摩阻力也隨之增加.但同一荷載作用下,樁側(cè)摩阻力并不是同步發(fā)揮的,而是自上而下逐步發(fā)揮的.這是因?yàn)楫?dāng)樁頂載荷較小時(shí),樁體的壓縮變形主要集中在樁身上半部分,樁身下部分的樁土相對(duì)位移較小故而上部樁側(cè)摩阻力要早于下部發(fā)揮[11].

從整體側(cè)摩阻力分布來看,3根試驗(yàn)樁均出現(xiàn)了負(fù)摩阻力現(xiàn)象,由于負(fù)摩阻力的存在使得樁側(cè)摩阻力呈分段式變化,兩端小中間大,且存在多個(gè)峰值點(diǎn).3根試驗(yàn)樁均在7 m處存在負(fù)摩阻力,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)所在場(chǎng)地7 m范圍內(nèi)存在建筑垃圾,采用后注漿法對(duì)鋼管樁進(jìn)行注漿時(shí),該處存在跑漿漏漿現(xiàn)象,使該層土體發(fā)生了濕陷沉降,且上部堆載使得樁土發(fā)生了較大的相對(duì)位移,從而導(dǎo)致樁周產(chǎn)生了負(fù)摩阻力[12].此外,樁1在15 m處、樁2樁3在20 m處也存在負(fù)摩阻力.從地質(zhì)條件分析來看,14 m以下土體含水率較高,且為回填黃土層,土體發(fā)生了濕陷沉降,從而產(chǎn)生了負(fù)摩阻力.

3根樁體側(cè)摩阻力均出現(xiàn)了峰值,最大側(cè)摩阻力達(dá)262 kPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范給出的側(cè)摩阻力值.究其原因,填土地區(qū)土體屬于欠固結(jié)土,孔隙率較大,樁側(cè)壓力注漿使得部分漿液滲透到周圍土體的空隙中,增大了土體的密實(shí)度,漿液的凝結(jié)固化大大改善了樁周土體的物理力學(xué)性能,減小了鉆孔施工對(duì)周圍土體帶來的擾動(dòng).同時(shí),漿液凝結(jié)對(duì)微型鋼管樁具有一定的握裹力,使得樁側(cè)摩阻力相比規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值有明顯的提高.

3) 樁頂沉降分析

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得3根試驗(yàn)樁的Q-s曲線如圖7所示.從圖中可以看出,Q-s曲線均表現(xiàn)為緩變型,沒有出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn),甚至沒有出現(xiàn)明顯的向下轉(zhuǎn)折,表現(xiàn)為典型的摩擦樁承載特性.這是因?yàn)闃兜亩俗枇Ψ謸?dān)比與樁的長(zhǎng)徑比有關(guān),長(zhǎng)徑比越大,樁端分擔(dān)的端阻力越小,此鋼管樁長(zhǎng)徑比遠(yuǎn)大于40.因此樁端阻力分擔(dān)的荷載比趨于零,表現(xiàn)為摩擦樁特性[13].

圖7 單樁豎向靜載試驗(yàn)Q-s曲線Fig.7 Q-s curves of single pile in vertical static loading tests

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,對(duì)于緩變型Q-s曲線,單樁豎向抗壓極限承載力大小宜根據(jù)樁頂總沉降量,取樁頂沉降等于40 mm對(duì)應(yīng)的荷載值.現(xiàn)場(chǎng)3根試驗(yàn)樁的單樁抗壓極限承載力分別為2 200、2 600、2 700 kN,極差不超過平均值的30%,取平均值作為單樁抗壓極限承載力,即為2 500 kN,依據(jù)規(guī)范[10]確定該微型鋼管樁單樁豎向承載力為1 250 kN.

根據(jù)《材料力學(xué)》[14]中的壓桿穩(wěn)定,細(xì)長(zhǎng)壓桿在約束條件下,失穩(wěn)臨界壓力為

(5)

根據(jù)約束條件,取長(zhǎng)度因數(shù)μ=0.5,樁體計(jì)算長(zhǎng)度l=29.5 m,樁身抗彎強(qiáng)度EI按規(guī)范[9]考慮組合材料的影響,根據(jù)式(5)計(jì)算可得無側(cè)限條件下,兩端固定的細(xì)長(zhǎng)壓桿失穩(wěn)臨界壓力為84.355 kN.相比之下,土體的約束大大提高了微型鋼管樁的承載能力.

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

蘭州市九州某小區(qū)9號(hào)住宅樓為鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架-剪力墻結(jié)構(gòu),地下1層,地上12層,建筑物長(zhǎng)為49.00 m,寬為13.00 m,建筑總高度為35.50 m,如圖8所示.整個(gè)建筑物修建在深達(dá)30～40 m回填土場(chǎng)地上,自2013年起,在使用過程中發(fā)現(xiàn)墻體裂縫、結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,截至2016年5月,上部結(jié)構(gòu)整體傾斜最大達(dá)1.376%.該地區(qū)工程地質(zhì)情況與試驗(yàn)場(chǎng)地相同,經(jīng)調(diào)查分析,樓體發(fā)生不均勻沉降的主要原因是樁基未進(jìn)入持力層,地基承載力不足.

圖8 9#樓北側(cè)全景Fig.8 Panorama of the north side of building No.9

3.2 糾傾加固

該工程采用“樁周應(yīng)力釋放加截樁迫降”的組合糾傾方法,樓體采用微型鋼管樁加固.鋼管采用DZ40地質(zhì)管材(直徑168 mm,壁厚8 mm),樁長(zhǎng)暫定為40 m,具體以進(jìn)入中風(fēng)化巖2 m控制樁長(zhǎng).樁內(nèi)采用M50水泥凈漿,鉆孔直徑為200 mm,樁周采用后注漿法形成保護(hù)層.通過PKPM對(duì)原建筑建模分析,并計(jì)算既有建筑回傾后各樁基的豎向荷載,單樁豎向抗壓承載力特征值取1 250 kN.根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式和原有樁基的布置情況,考慮施工機(jī)械的幾何尺寸,確定微型鋼管樁的平面布置方式.樁頂新設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)及筏板,與原有樁基相連,使新增的微型樁與原有樁基能共同發(fā)揮作用,承臺(tái)與原結(jié)構(gòu)連成整體,達(dá)到與原結(jié)構(gòu)共同受力的目的[15].

對(duì)地下室以下挖除的地基土體采用三七灰土夯填至地下室地坪原設(shè)計(jì)標(biāo)高,填至構(gòu)造底板處時(shí)應(yīng)將原有底板鋼筋焊接恢復(fù),并采用C35自密實(shí)混凝土將洞口處底板恢復(fù),并預(yù)留壓漿管,進(jìn)行底板表層注漿,填充裂隙.注漿采用水灰比為0.75∶1的純水泥黃土漿,黃土的添加量為30%,注漿壓力3～5 MPa,確保地下室地坪與夯填土的密實(shí)[16].

3.3 加固效果評(píng)價(jià)

待糾傾工作完成以后,采用微型鋼管樁對(duì)樓體進(jìn)行加固,并在樓體四周布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn).四個(gè)角各布設(shè)1個(gè),長(zhǎng)邊方向布設(shè)3個(gè),短邊方向布設(shè)1個(gè),一短邊方向由于條件限制,未布置監(jiān)測(cè)點(diǎn),共計(jì)11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),如圖9所示.

圖9 樓體各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置Fig.9 The placement plan of each monitoring point

對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行為期半年的監(jiān)測(cè),樓體的沉降變化如圖10所示.由圖10可知,由于新增鋼管樁與承臺(tái)之間具有一定空隙,加固初期,鋼管樁并未受到上部結(jié)構(gòu)的荷載,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化相對(duì)雜亂.8月份以后,隨著時(shí)間的推移,樓體逐漸下沉,鋼管樁開始承受上部荷載而發(fā)揮作用,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化規(guī)律也相對(duì)明顯,沉降量逐漸變大,沉降速率逐漸變小,沉降最終趨于穩(wěn)定.目前最大沉降量為5.13 mm,表明微型鋼管樁對(duì)深厚填土區(qū)的基礎(chǔ)加固達(dá)到了預(yù)期的效果.

圖10 樓體加固后沉降變化曲線Fig.10 Curves of settlement change after reinforcement

4 結(jié)論

本次研究針對(duì)深厚填土區(qū)微型鋼管樁的樁身內(nèi)力與沉降變形進(jìn)行了室內(nèi)外試驗(yàn),對(duì)樁頂沉降、樁身軸力的變化規(guī)律進(jìn)行研究,通過工程實(shí)例驗(yàn)證了微型鋼管樁的加固效果.得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1) 微型鋼管樁中鋼管分擔(dān)的荷載約占2/3,水泥凈漿分擔(dān)的荷載約占1/3,鋼管的套箍效應(yīng)對(duì)水泥凈漿的影響較小,由試驗(yàn)測(cè)得組合截面彈性模量?jī)H為不考慮套箍效應(yīng)計(jì)算值的1.2倍.因此,規(guī)范計(jì)算法可作為設(shè)計(jì)參考,實(shí)際工程中還需要對(duì)原材料進(jìn)一步標(biāo)定.

2) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得微型鋼管樁屬于摩擦型樁,但對(duì)于深厚填土區(qū)的地基加固,土體的物理力學(xué)性質(zhì)會(huì)隨地下水位的變化及土體的固結(jié)沉降發(fā)生改變.因此,微型鋼管樁按摩擦型樁設(shè)計(jì)后,樁端還需要進(jìn)入一定的持力層.

3) 鋼管樁注漿時(shí)的跑漿漏漿及場(chǎng)地含水量的增加都會(huì)使填土區(qū)發(fā)生濕陷沉降,在樁周形成負(fù)摩阻力.因此,實(shí)際工程中需要考慮負(fù)摩阻力對(duì)樁基承載力的影響.

4) 對(duì)于填土地區(qū)一些特定場(chǎng)合,尤其是施工場(chǎng)地狹小、施工凈空受限的情況下,通過微型鋼管樁對(duì)既有建筑地基進(jìn)行加固,可得到較好的加固效果.