鄭 彬，顧德昌，周春全

（1.蘇州工業(yè)園區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)咨詢(xún)服務(wù)有限公司，江蘇 蘇州 215024；2.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司蘇州工業(yè)園區(qū)分公司，江蘇 蘇州 215024）

0 引言

在超高層建筑、大跨徑橋梁和高速鐵路等基礎(chǔ)工程中，后注漿技術(shù)因其工藝簡(jiǎn)練、成本低廉與加固效果可靠，已被廣泛應(yīng)用。隨著工程應(yīng)用的逐步推廣，后注漿技術(shù)的適用對(duì)象也逐漸從中小直徑、中短樁發(fā)展到大直徑、超長(zhǎng)樁。然而，大直徑樁因研究手段受限，完整的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏少，造成對(duì)大直徑后注漿樁的豎向應(yīng)力傳遞及阻力發(fā)揮特性缺乏系統(tǒng)的研究，使其分析研究滯后于工程實(shí)踐［1］。

同時(shí)，在樁基工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程地質(zhì)勘察報(bào)告、工程地質(zhì)剖面圖和基樁所處土層的巖土物理力學(xué)性能指標(biāo)值是非常重要的設(shè)計(jì)依據(jù)。但在實(shí)際工作中，受限于地質(zhì)勘察資料的準(zhǔn)確度以及工程場(chǎng)地具體情況等因素，僅依靠常規(guī)的工程試樁靜載報(bào)告提供的信息進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，有時(shí)會(huì)無(wú)法全面掌握樁基所處地下各土層的實(shí)際力學(xué)特性［2］。

基于以上原因，在進(jìn)行工程試樁單樁豎向靜載試驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)行樁身應(yīng)力追蹤測(cè)試，能夠提供更直觀、詳細(xì)的土層物理力學(xué)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文對(duì)蘇州地區(qū)某超高層建筑的大直徑組合后注漿鉆孔灌注樁工程試樁進(jìn)行樁身應(yīng)力測(cè)試，通過(guò)分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到該工程抗壓試樁、抗拔試樁的樁身軸力、樁端阻力、樁身側(cè)摩阻力的分布情況及發(fā)揮趨勢(shì)，并與地質(zhì)勘察報(bào)告的土層力學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證樁基所處地下各土層的實(shí)際樁端阻力、樁身側(cè)摩阻力情況。

1 樁身應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)過(guò)程、目的簡(jiǎn)述

某超高層建筑的工程試樁采用雙套管，用于隔離樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上無(wú)效段的樁側(cè)與土體的接觸，以達(dá)到直接測(cè)試有效樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的樁基承載力的目的。通過(guò)在試樁樁深范圍內(nèi)埋設(shè)振弦式鋼筋計(jì)，測(cè)試并計(jì)算得到試樁樁身軸力、樁側(cè)各土層分層摩阻力和樁端阻力。

該項(xiàng)目工程試樁共有 4 根，分別為 2 根抗壓試樁和 2 根抗拔試樁。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，加載均未達(dá)到破壞狀態(tài)，加載至設(shè)計(jì)要求的最大荷載終止試驗(yàn)。試樁設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)如表1 所示。

表1 試樁基本設(shè)計(jì)參數(shù)

由于抗壓試樁和抗拔試樁所處的孔位相近，所處的土層分層及厚度也類(lèi)似，因此抗壓試樁和抗拔試樁的鋼筋應(yīng)力計(jì)安裝層位一致，共 5 個(gè)斷面，具體如表2 所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖

表2 鋼筋應(yīng)力計(jì)安裝層位 m

2 抗壓樁承載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 樁身軸力傳遞特性分析

在不同分級(jí)樁頂抗壓荷載作用下，各測(cè)試斷面的樁身軸力值如表3 所示。樁身軸力沿入土深度的分布情況如圖2 所示。

圖2 抗壓試樁樁身軸力分布圖

表3 最大荷載下抗壓試樁樁身軸力實(shí)測(cè)值 kN

從圖2 可以看出，樁頂位置的軸向壓應(yīng)力最大。無(wú)效段設(shè)置雙層護(hù)筒隔離樁周土，因此樁頂軸向壓應(yīng)力占樁頂荷載 100 %。樁端部的軸向壓應(yīng)力最小，從第 1 級(jí)到第 11 級(jí)荷載，樁端部軸向壓應(yīng)力占樁頂荷載的比例從 1.30 %、3.20 % 上升到 8.60 %、9.70 %。對(duì)于相同的入土深度，軸向壓應(yīng)力隨樁頂荷載的增加而增大，增大的幅度隨入土深度的加大而逐漸減小。

2.2 樁端阻力分析

樁端阻力與樁身所處土層的性質(zhì)、長(zhǎng)徑比、休止期、樁端進(jìn)入持力層深度等多種因素有關(guān)，各種因素又不是單一作用，而是相互影響，較為復(fù)雜。其中樁身所處土層的性質(zhì)和樁端進(jìn)入持力層的深度是較為重要的因素［3］。

本項(xiàng)目中，不同的分級(jí)荷載作用下，樁端阻力占相應(yīng)樁頂壓力的比例如表4 所示。

表4 各級(jí)樁頂荷載下抗壓試樁端阻力/樁頂壓力的發(fā)展趨勢(shì)

從表4 可以看出，隨著樁頂壓力的增加，樁端阻力/樁頂壓力的比例逐漸增加，從一開(kāi)始的 1.24 %、3.20 % 上升到 8.64 %、9.69 %，也就是說(shuō)，當(dāng)樁頂壓力達(dá)到本次測(cè)試最大值時(shí)，樁端阻力發(fā)揮的比例也達(dá)到最大到約 10 %。樁端阻力占比較小，因此屬于摩擦樁。

通過(guò)分析抗壓樁樁端阻力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在樁頂最大荷載作用下，端阻力為 1 806.1 kPa 和 2 025.1 kPa。對(duì)比工程地質(zhì)勘察報(bào)告，⑩1粉質(zhì)黏土夾粉土層的極限端阻力為 700 kPa，后注漿端阻力增強(qiáng)系數(shù)為 2.2。本試樁工程采用后注漿工藝，因此，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告對(duì)應(yīng)的極限端阻力為 1 540 kPa。但實(shí)測(cè)端阻力比地勘報(bào)告的極限端阻力要大，兩根樁的樁端阻力約為工程地質(zhì)勘察報(bào)告給出極限值的 117 % 和 132 %，結(jié)果可為大直徑組合后注漿鉆孔灌注樁的豎向承載特性分析提供依據(jù)，并為該地區(qū)后續(xù)樁基設(shè)計(jì)提供更加充足的試驗(yàn)分析。

2.3 樁側(cè)摩阻力分析

抗壓試樁在不同的樁頂荷載壓力下，沿不同入土深度，樁身側(cè)摩阻力分布情況如圖3 所示。

抗壓試樁側(cè)摩阻力發(fā)揮趨勢(shì)如圖4 所示。

圖4 抗壓試樁側(cè)摩阻力發(fā)揮圖

由圖3 和圖4 所示，側(cè)摩阻力的發(fā)揮和樁頂壓力有一定的關(guān)系，施加的樁頂荷載越大，則樁身側(cè)摩阻力越大。其中，對(duì)于 KYSZ1，斷面 2-3 的側(cè)摩阻力發(fā)揮的最好，在相同的樁頂荷載壓力下側(cè)摩阻力最大，其次是斷面 3-4；對(duì)于 KYSZ2，在樁頂荷載施加的前半段，斷面 2-3 的側(cè)摩阻力發(fā)揮的較好，到了樁頂荷載施加的后半段，斷面 3-4 的側(cè)摩阻力被激發(fā)，超越斷面 2-3，成為側(cè)摩阻力最大的斷面。

由此可見(jiàn)，對(duì)于該地區(qū)，斷面 2-3 和 3-4 對(duì)抗壓試樁的側(cè)摩阻力發(fā)揮的意義較大。結(jié)合工程地質(zhì)勘察報(bào)告，斷面 2-3 對(duì)應(yīng)的土層主要是是 ⑥1 粉質(zhì)黏土、⑥2粉質(zhì)黏土夾粉土。斷面 3-4 對(duì)應(yīng)的土層是⑦2 粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑦3 粉質(zhì)黏土；斷面 4-5，對(duì)應(yīng)的土層是 ⑧1 粉質(zhì)黏土、⑧2 粉質(zhì)黏土夾粉土。

通過(guò)分析抗壓樁樁側(cè)阻力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在樁頂最大荷載作用下，抗壓樁側(cè)摩阻力為 9 582.78 kN 和9 472.60 kN，占樁頂荷載總量的 91.26 % 和 90.21 %。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中給出的各層土樁側(cè)極限摩阻力和后注漿端阻力增強(qiáng)系數(shù)，計(jì)算得出，組合后注漿抗壓樁樁側(cè)摩阻力極限值為 9 639.80 kN。實(shí)測(cè)抗壓樁樁側(cè)摩阻力最大值與地質(zhì)勘察報(bào)告給出的極限值的比值為 0.99 和 0.94。

3 抗拔樁承載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 樁身軸力傳遞特性分析

在不同分級(jí)樁頂抗拔荷載作用下，各測(cè)試斷面的樁身軸向應(yīng)力如表5 所示。樁身軸力沿入土深度的分布情況如圖5 所示。

表5 抗拔試樁樁身軸力實(shí)測(cè)值 kN

從圖5 可以看出，抗拔樁樁身軸力分布情況與抗壓試樁基本一致。因無(wú)效段設(shè)置雙層護(hù)筒隔離樁周土，因此樁頂軸向應(yīng)力占樁頂荷載 100 %。樁端部的軸向應(yīng)力最小，從第 1 級(jí)到第 8 級(jí)荷載，樁端部軸向應(yīng)力占樁頂荷載的比例從 0.29 % 分別上升到 0.40 %、0.52 %，與抗壓試樁樁端應(yīng)力相比，占比較小，這是由于抗壓樁樁端部承受一定程度的端阻力所致。在相同的入土深度，軸向應(yīng)力隨樁頂荷載的增加而增大，增大的幅度隨入土深度的加大而逐漸減小。

3.2 樁側(cè)摩阻力分析

抗拔試樁在不同的樁頂上拔荷載作用下，沿不同入土深度，繪制抗拔試樁側(cè)阻力沿入土深度的變化，樁身側(cè)摩阻力分布情況如圖6 所示。

圖6 抗拔試樁側(cè)摩阻力分布圖

抗拔試樁樁身側(cè)摩阻力發(fā)揮趨勢(shì)如圖7 所示。

圖7 抗拔試樁側(cè)摩阻力發(fā)揮趨勢(shì)

由圖6 和圖7 所示，抗拔試樁側(cè)摩阻力和抗壓試樁的發(fā)揮規(guī)律基本一致。側(cè)摩阻力的發(fā)揮和樁頂上拔荷載有一定的關(guān)系，施加的樁頂荷載越大，則樁身側(cè)摩阻力越大。對(duì)于 KBSZ1 和 KBSZ2，斷面 2-3 的側(cè)摩阻力發(fā)揮的最好，在相同的樁頂荷載壓力下，側(cè)摩阻力最大，其對(duì)應(yīng)的土層主要是是 ⑥1 粉質(zhì)黏土、⑥2 粉質(zhì)黏土夾粉土。

不同的是，對(duì)于 KBSZ1，隨著樁頂施加的上拔荷載增加，斷面 4-5 的側(cè)摩阻力上漲較快，在樁頂荷載較大時(shí)，已經(jīng)超越斷面 3-4。由此可見(jiàn)，對(duì)于該地區(qū)的抗拔試樁，斷面 2-3 對(duì)側(cè)摩阻力的發(fā)揮意義最大。

通過(guò)分析抗拔樁樁側(cè)阻力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在樁頂最大荷載作用下，抗拔樁側(cè)摩阻力為 4 915.59 kN 和4 896.51 kN，占樁頂荷載總量的 94.53 % 和 94.16 %，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中給出的各層土樁側(cè)極限摩阻力、后注漿端阻力增強(qiáng)系數(shù)和抗拔系數(shù)，計(jì)算得出，抗壓樁樁側(cè)摩阻力極限值為 6 747.86 kN。實(shí)測(cè)抗壓樁樁側(cè)摩阻力最大值與地質(zhì)勘察報(bào)告給出的極限值的比值均為 0.73。由于抗壓樁和抗拔樁的荷載傳遞機(jī)理有所不同，樁側(cè)摩阻力的特點(diǎn)也有所差異，造成差異的原因也很多［4-6］，以上結(jié)果可為后續(xù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分別對(duì)抗壓和抗拔試樁進(jìn)行受力狀態(tài)下樁身應(yīng)力的測(cè)試，分析蘇州地區(qū)大直徑組合后注漿鉆孔灌注樁的豎向承載特性，得出以下結(jié)論。

1）抗壓樁和抗拔樁的樁身軸力發(fā)揮規(guī)律基本一致。樁頂位置的軸力最大，樁端位置的軸力最小?？箟涸嚇稄牡?1 級(jí)到第 11 級(jí)荷載，樁端部軸向壓應(yīng)力占樁頂荷載的比例從 1.30 % 和 3.20 % 分別上升到 8.60 % 和 9.70 %?？拱卧嚇稄牡?1 級(jí)到第 8 級(jí)荷載，樁端部軸向應(yīng)力占樁頂荷載的比例從 0.29 % 分別上升到 0.40 % 和 0.52 %，在相同的入土深度，軸向應(yīng)力隨樁頂荷載的增加而增大，增大的幅度隨入土深度的加大而逐漸減小。

2）抗壓樁和抗拔樁的樁身側(cè)摩阻力發(fā)揮規(guī)律基本一致。側(cè)摩阻力的發(fā)揮和樁頂荷載有一定的關(guān)系，施加的樁頂荷載越大，樁身側(cè)摩阻力越大。在樁頂最大荷載作用下，抗壓樁側(cè)摩阻力和抗拔樁側(cè)摩阻力分別約占樁頂荷載總量的 91 %、94 %。斷面 2-3 和 3-4 對(duì)該地區(qū)的抗壓試樁的側(cè)摩阻力發(fā)揮的意義較大，對(duì)于該地區(qū)的抗拔試樁，斷面 2-3 對(duì)側(cè)摩阻力的發(fā)揮意義最大。

3）對(duì)于抗壓試樁，隨著樁頂壓力的增加，樁端阻力/樁頂壓力的比例逐漸增加，當(dāng)樁頂壓力達(dá)到最大值測(cè)試時(shí)，樁端阻力發(fā)揮的比例也最大，達(dá)到約 10 %。樁端阻力占比較小，因此屬于摩擦樁。

4）對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與地質(zhì)勘察報(bào)告數(shù)據(jù)，抗壓樁實(shí)測(cè)端阻力比地質(zhì)勘查報(bào)告給出的極限端阻力要大，約為工程地質(zhì)勘察報(bào)告給出極限值的 131 %，結(jié)果可為設(shè)計(jì)后續(xù)的工程樁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

5）在樁頂最大荷載作用下，實(shí)測(cè)抗壓樁樁側(cè)摩阻力最大值和實(shí)測(cè)抗拔樁樁側(cè)摩阻力，與地質(zhì)勘察報(bào)告給出的極限計(jì)算值的比值分別為 0.94 和 0.73，可為后續(xù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。