超長PHC 管樁承壓性能試驗研究

劉運庚

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100054)

0 引言

預應力高強混凝土管樁簡稱PHC管樁，由于預應力管樁制作工藝簡單，質量容易保證，植樁方便，耐打性好，造價便宜，檢測方便，施工速度快和樁基抗震性好等優點，目前在樁基工程中應用十分廣泛，是一種重要的樁基材料。當PHC樁基應用于高層建筑基礎設計時，除滿足豎向抗壓承載力的同時也要滿足水平承載力的要求。目前關于PHC管樁的抗壓承載性能方面已展開了研究，并取得了一系列研究成果:如郭宏磊等[1]利用逐次線性概率法加上殘差修正對PHC管樁單樁豎向承載力進行了預測，并采用有限元法進行了模擬;黃敏等[2]對帶翼板預應力管樁的承載力提高機制進行了探討，提出了幾種可能分析該種樁型豎向承載性能的模擬方法;李平先等[3]針對預應力管樁與樁帽連接節點軸拔性能進行了原型試驗，分析了連接節點工作性能和影響軸拔承載力的主要因素，并提出了建議的計算公式;Zhou等[4]通過采用現場和室內動測手段研究了預應力管樁施工引起樁體拉應力分布特點;邢皓楓等[5]以PHC管樁加固某電廠古河道地基為依托，進行了PHC管樁受力特性研究，并提出了PHC管樁單樁承載力修正公式。然而，不同地基條件對PHC管樁的承壓載性能影響較大。本文根據6個PHC超長管樁的抗壓靜載試驗，分析了PHC管樁的抗承載性能。根據高應變檢測結果，得到了不同土層的側摩阻力和樁端阻力值，并基于管樁復打和初打檢測結果，給出了承載力恢復系數(樁周土阻力恢復系數)，試驗成果可為類似工程設計提供參考。

1 試驗概況

1.1 場地條件

表1 試驗場地地層特征

試驗場地位于廣東某技術產業開發區內，根據鉆探揭露場地地層和巖性，覆蓋層主要由第四紀人工填土層、沖積層組成，未揭露有殘積層，基巖為第三系(E)砂巖和礫巖。根據地質勘察資料，由上而下各地層主要特征見表1。表1中⑥2混卵石角礫層往下為粉質粘土層，含少量圓礫。

1.2 試樁概況

試驗PHC管樁共6根，樁型均為AB型，樁身混凝土強度等級為C80，管樁直徑為600 mm。根據管樁持力層的不同，將試驗管樁分為2組，每組3根。第1組編號為PHC01，樁基持力層選擇⑥2層混卵石角礫，樁端進入持力層中上部。第2組編號為PHC02，由于試樁施工時⑥2層較容易穿透，這一組樁持力層均為基巖面。表2為試樁的規格，最大預估豎向荷載值為7 000 kN。

表2 試樁規格

2 試驗結果與分析

2.1 靜載荷試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗加載方式為堆載法，試驗加載時采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每一級荷載達到相對穩定后加下一級荷載，最大直到試樁要求荷載，然后分級卸荷到零。加載分級荷載宜為最大加載量或預估極限承載力的1/10，其中第一級可去分級荷載的2倍;卸載也應分級進行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍，逐級卸載;加卸載時需保證荷載傳遞均勻、連續、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%。

圖1 樁頂荷載位移（Q—S）曲線

試驗加載過程中，PHC02組第1根試樁加載至7 000 kN后樁頭瞬間被壓爆，在進行其余2根試樁的靜載試驗時，為防止樁頭再次爆裂，無法獲得卸載曲線，當加載至7 000 kN時不再進行下一級荷載的施加，轉入卸載。圖1為6根試樁的Q—S曲線。

由圖1可知，兩組試樁樁頂Q—S均有明顯的兩個階段。在加載初始階段，樁頂沉降隨著下壓荷載的增加而呈線性遞增。加載至第二階段后，Q—S曲線出現拐點，且曲線斜率明顯增大。這表明樁頂的沉降量增速較快。根據樁頂Q—S曲線，得到各單樁極限抗壓承載力及其對應的沉降量，如表3所示。

表3 單樁豎向載荷試驗結果

統計分析PHC01組3根樁的抗壓極限承載力的平均值為3 780 kN，極差為2 520 kN，超過了平均值的30%。考慮到S-7號樁在加載到3 150 kN時雖然24 h未穩定，但累計沉降量為25.86 mm，且工程樁施工階段時持力層必然比試樁階段更為緊密，因此綜合判定PHC01(AB)型管樁在持力層中上部極限承載力為3 200 kN，對應的承載力特征值為1 600 kN。采用同樣的方法統計分析得到PHC01(AB)型管樁在持力層下部極限承載力不小于6 090 kN，建議極限承載力值為6 000 kN，對應的承載力特征值為3 000 kN。因此，PHC02組試樁的極限承載力值及其對應的承載力特征值為第一組的1.875倍。

2.2 高應變法檢測結果

各樁每米錘擊數隨深度變化曲線見圖2。其反映了不同土層的不同強度特征。進入持力層⑥2層后錘擊數明顯加大，貫入度變小。⑥2層致密程度整體分布較不均勻，其中S-11樁在40 m左右每米錘擊數急劇減小，后經補充勘察，該深度處往下為粉質粘土層，含少量圓礫。

圖2 試樁每米錘擊數

表4為采用高應變法檢測計算得到的6根PHC管樁的樁側摩阻力及樁端阻力。表4中持力層為⑥2層混卵石角礫中上層的樁端阻力小于⑥2層混卵石角礫下層。且隨著樁長的增加，樁端阻力的大小及其所占總阻力的比例也相應增加。

表4 高應變檢測結果表

通過對6根管樁的復打和初打檢測結果的比較，得到承載力恢復系數(樁周土阻力恢復系數)如表5所示。

表5 承載力恢復系數

試驗場地管樁由于復打休止時間較短(24 h)，且場地含水量較大，樁周土未充分固結，側摩阻力發揮很小。若按廣東省的地方經驗，以試打樁完成24 h后復打高應變動測值作為單樁豎向極限承載力，與靜載試驗結果相比則偏低。

3 結語

1)單樁抗壓承載力因持力層的不同而不同，隨樁長增加，PHC管樁的單樁抗壓承載力相應增加。2)隨著樁長的增加，單樁極限承載力、樁端阻力及其所占總阻力的比例相應增加。其中，⑥2層混卵石角礫中上層的樁端阻力層平均值為1 783 kN，而其下覆粉質粘土層(含少量圓礫)的樁端阻力為3 373 kN。3)根據管樁復打檢測結果和初打檢測結果的比較，得到承載力恢復系數(樁周土阻力恢復系數)平均值為1.13。

[1] 郭宏磊，賀 雯，胡亦兵，等.PHC樁的豎向極限承載力的預測[J].工程力學，2004，12(3):78-83.

[2] 黃 敏，龔曉南.帶翼板預應力管樁承載性能的模擬分析[J].土木工程學報，2005，38(2):102-106.

[3] 李平先，張雷順，趙國藩.預應力混凝土管樁與樁帽連接節點軸拔性能原型試驗研究[J].土木工程學報，2005，38(7):81-86.

[4] ZHOU Li-yun，CHEN Jian-bin，LAO Wei-kang.Construction control and pile body tensile stresses distribution pattern during driving[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2007，133(9):1102-1109.

[5] 邢皓楓，趙紅崴，葉觀寶，等.PHC管樁工程特性分析[J].巖土工程學報，2009，31(1):36-39.