同芯長(zhǎng)異芯徑剛性芯復(fù)合樁承載特性研究

謝紅民 趙增輝

（河南省宏大建設(shè)工程有限公司，河南 長(zhǎng)垣453400）

1 問(wèn)題的提出

水泥土樁具有高于混凝土樁的側(cè)阻力，水泥土樁因截面承載力不足而限制了側(cè)阻力的發(fā)揮，從而影響了樁體承載力的提供。解決問(wèn)題的辦法是：利用夯實(shí)水泥土樁為母體樁，充分發(fā)揮其側(cè)阻力高的優(yōu)點(diǎn)，在其中心放入剛性體，利用剛性體強(qiáng)度高的特性，最大限度地消除水泥土樁因截面承載力不足的缺點(diǎn)，將夯實(shí)水泥土樁與混凝土樁進(jìn)行組合,利用水泥土樁與土的結(jié)合強(qiáng)度,再利用混凝土樁體強(qiáng)度,形成組合樁,既能提高承載力,又能降低成本是研究的內(nèi)容。

2 剛性芯復(fù)合樁試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)方案

為便于鉆取不同芯徑的剛性樁芯，考慮到螺旋鉆最小鉆孔直徑，夯實(shí)水泥土樁采用620mm直徑,使夯實(shí)水泥土樁與剛性芯復(fù)合樁更公平的進(jìn)行比較。將夯實(shí)水泥土樁樁長(zhǎng)確定為6m，剛性芯長(zhǎng)確定為5m，為探求剛性芯最優(yōu)芯徑，芯徑確定為350mm、300mm、200mm。為保證成孔時(shí)水泥土樁的質(zhì)量，充分發(fā)揮水泥土側(cè)阻力，采用C35混凝土澆筑剛性芯樁。為便于和水泥土樁比較，做2棵直徑620mm，樁長(zhǎng)6m的水泥土樁。

本次豎向靜荷載試驗(yàn)擬做8棵試驗(yàn)樁，其中2棵為水泥土樁，6棵剛性芯復(fù)合樁。在剛性芯復(fù)合樁芯樁頂埋置10MPa壓力盒、水泥土樁頂埋置6MPa壓力盒。在1、6號(hào)樁的剛性芯樁底埋置6MPa壓力盒。樁徑及壓力盒布置見(jiàn)表1。

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2.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱饕?/p>

2.2.1 樁的施工要求

采用螺旋鉆機(jī)成孔，要嚴(yán)格控制孔位、孔徑、孔深，并采用環(huán)形測(cè)孔器進(jìn)行檢測(cè)。孔底虛土用質(zhì)量15kg的鐵錘夯實(shí)，每孔夯實(shí)擊數(shù)應(yīng)一致(3擊)。成孔后用鐵蓋板覆蓋孔口，防止灌水和落下渣土。剛性芯樁采用C35混凝土，塌落度控制在20cm左右；孔口放置漏斗，采用振動(dòng)棒分層搗實(shí)，每次灌注高度為1m左右；樁身混凝土灌注至水泥土樁頂，并抹平。成樁后用塑料布覆蓋。

2.2.2 土壓力盒埋設(shè)要求

將芯底用鐵錘擊實(shí)擊平，然后埋置壓力盒灌注混凝土。在剛性芯樁樁頂中心和水泥土樁頂各鑿一個(gè)與壓力盒大小一致的槽，水泥土樁頂?shù)膬刹蹖?duì)稱(chēng)放置，槽底部鋪一薄層粉細(xì)砂，用壓力盒將砂抹平整，讓壓力盒稍高于樁頂，樁頂鋪設(shè)5cm厚的砂石墊層；樁頂鑿3條細(xì)長(zhǎng)槽將線引出。

3 試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)條件

場(chǎng)地地層主要由第四紀(jì)沖洪積相堆積物組成，沉積韻律明顯，層位較穩(wěn)定。根據(jù)鉆探揭露及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果可劃分為6個(gè)工程地質(zhì)層。

①層雜填土，黃褐色，由粉土、碎磚、爐灰組成，含植物根，松散，層厚1.00～2.00m；②層黃土狀粉質(zhì)黏土，褐黃色，土質(zhì)均勻，可塑，含姜石，層厚2.70～3.80m。天然含水量22.6%；天然孔隙比0.695；壓縮系數(shù)0.287MPa-1；壓縮模量6.65MPa；標(biāo)貫擊數(shù)6.4擊，屬中壓縮性土；③層黃土狀粉土，淡黃色，土質(zhì)均勻，稍濕，密實(shí)，層厚0.00～1.60m。天然含水量16.4%；天然孔隙比0.541；壓縮系數(shù)0.196MP-1；壓縮模量7.89MPa；標(biāo)貫擊數(shù)10.0擊，屬中壓縮性土；④層粉細(xì)砂，黃-灰黃色，顆粒均勻，成分以石英、長(zhǎng)石及暗色礦物為主，粉粒含量大于25%，稍濕，稍密，層厚0.90～2.50m。天然含水量10.7%；天然孔隙比0.581；壓縮系數(shù)0.144MP-1；壓縮模量10.8MPa；標(biāo)貫擊數(shù)14.8擊，呈稍密狀態(tài)；⑤層礫砂，灰黃色，顆粒不均，亞圓形，成分為石英、長(zhǎng)石，稍濕，中密，層厚3.50m。標(biāo)貫擊數(shù)23.7擊，呈中密狀態(tài)；⑥層粉質(zhì)黏土，黃褐色，土質(zhì)較均，含姜石，可塑；稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。該層未揭穿。

4 試驗(yàn)及分析

4.1 試驗(yàn)

本次試驗(yàn)反力裝置為鋼筋混凝土錨樁和鋼梁組成，手動(dòng)千斤頂施加荷載，采用慢速維持荷載法。

4.2 在豎向荷載作用下的受力特征

剛性芯復(fù)合樁的芯長(zhǎng)均為5m、芯徑分別為200mm(3、4號(hào)樁)、300mm(2、5號(hào)樁)、350mm(1、6號(hào)樁)。（注：由于3號(hào)剛性芯復(fù)合樁測(cè)得結(jié)果偏差太大，沒(méi)有被采用）

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圖1將水泥土樁視為含芯率為零的剛性芯復(fù)合樁，將灌注樁視為含芯率100%的剛性芯復(fù)合樁。從圖中可看出，剛性芯復(fù)合樁極限承載力隨著芯長(zhǎng)增大而增大，芯徑在300～350mm增長(zhǎng)幅度大，然后隨著芯長(zhǎng)增大而降低。

由試驗(yàn)分析可知，本樁型的最優(yōu)芯徑為350mm，即含芯率為0.32。它的極限承載力是同尺寸的水泥土樁的2.13倍，是同尺寸灌注樁的1.6倍。

圖1 剛性芯復(fù)合樁極限承載力隨芯徑變化曲線

4.3 剛性芯復(fù)合樁的荷載傳遞過(guò)程

在每棵剛性芯復(fù)合樁靜載試驗(yàn)結(jié)束以后，移除墊層均發(fā)現(xiàn)夯實(shí)水泥土樁樁頂稍有擠土，但未被破壞，剛性芯樁樁頂也完好無(wú)損，儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也能證明這一點(diǎn)。剛性芯復(fù)合樁整體下沉，而不是在樁頂附近“鼓出”形式破壞，這說(shuō)明荷載已經(jīng)通過(guò)剛性芯樁傳至樁的深部，使水泥土樁長(zhǎng)充分發(fā)揮作用。剛性芯樁樁頂略高出水泥土樁樁頂1cm左右，據(jù)復(fù)合地基理論可知：由于水泥土樁的變形模量小于剛性芯樁的變形模量，剛性芯樁向上刺入墊層，荷載在樁頂由水泥土樁與剛性芯樁分擔(dān)，在樁體上部水泥土樁將荷載傳給樁周土，同時(shí)通過(guò)負(fù)摩擦傳給剛性芯樁，隨荷載向下傳遞剛性芯樁將其上荷載傳給水泥土樁，水泥土樁將其傳給樁周土、樁端土。

5 結(jié)論

剛性芯復(fù)合樁作為一種嶄新的樁型，以夯實(shí)水泥土樁為母體，以灌注樁為芯樁形成剛性芯復(fù)合樁，利用了灌注樁的樁體高強(qiáng)度與水泥土樁高側(cè)摩阻力的優(yōu)點(diǎn)，摒棄彼此不足之處，從而實(shí)現(xiàn)了這兩種樁型的優(yōu)化。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜載豎向抗壓試驗(yàn)，測(cè)得不同荷載級(jí)別下，剛性芯復(fù)合樁芯樁與水泥土樁應(yīng)力比與荷載的關(guān)系、荷載分擔(dān)比與荷載的關(guān)系，芯底應(yīng)力與荷載的關(guān)系。在同一級(jí)荷載下，分析不同芯徑的剛性芯復(fù)合樁的芯樁樁頂及樁底應(yīng)力，水泥土樁頂?shù)膽?yīng)力、芯樁頂與水泥土樁頂?shù)膽?yīng)力比及其荷載分擔(dān)比與芯徑的關(guān)系。將水泥土樁視為含芯率為零的剛性芯復(fù)合樁，將灌注樁視含芯100%的剛性芯復(fù)合樁，對(duì)不同芯徑組合的剛性芯復(fù)合樁極限承載力進(jìn)行比較。

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