鉆孔灌注擴(kuò)底樁在軟土地區(qū)的應(yīng)用

陸華臻 張四國(guó) 李 焱

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，天津 300051)

1 問題的提出

目前，鉆孔灌注擴(kuò)底樁已廣泛應(yīng)用于建筑工程，現(xiàn)行規(guī)范JGJ 225-2010大直徑擴(kuò)底灌注樁技術(shù)規(guī)程(后稱規(guī)程)與建筑工程結(jié)合更為緊密，而橋梁工程僅在JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)規(guī)范(后稱基礎(chǔ)規(guī)范)中對(duì)擴(kuò)底樁的樁間距作了簡(jiǎn)單的要求。故通過對(duì)規(guī)程及文獻(xiàn)［1］［2］的對(duì)比分析，得出擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)并應(yīng)用于橋梁工程是有意義的。

2 現(xiàn)行規(guī)范與相關(guān)文獻(xiàn)的對(duì)比分析

1)要保證擴(kuò)底樁端阻力的充分發(fā)揮，必須嚴(yán)格控制樁端沉渣厚度。

a.規(guī)程中明確指出對(duì)于端承型的擴(kuò)底樁，其樁端沉渣厚度要求不大于5 cm，否則應(yīng)注漿加固，以保證樁端阻力正常發(fā)揮。b.文獻(xiàn)［1］提供了一組樁身同直徑的等徑樁與擴(kuò)底樁豎向承載力試樁數(shù)據(jù)(見圖1及圖2)。并得出如下結(jié)論:“擴(kuò)底樁在澆灌混凝土前孔底沉渣厚度為0.2 m(見圖1)。經(jīng)試驗(yàn)后的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)底樁在荷載作用下的沉降量較大，2根樁的荷載—沉降曲線很靠近，即擴(kuò)底樁的承載力與直樁的幾乎相同(見圖2)。所以可以看出，與直樁相比，要想充分發(fā)揮擴(kuò)底樁的高承載力，必須盡量減小擴(kuò)底樁樁端沉渣厚度?！?/p>

圖1 試樁剖面示意圖（單位：m）

圖2 荷載—沉降曲線

2)擴(kuò)底樁擴(kuò)大端并非越大越好，應(yīng)同時(shí)考慮樁基承載力及沉降變形。

圖3 樁剖面示意圖（一）（單位：m）

圖4 樁頂荷載—沉降曲線

圖5 樁端單位面積荷載—沉降曲線（一）

圖6 樁剖面示意圖（二）（單位：m）

a.文獻(xiàn)［2］通過三組試樁實(shí)驗(yàn):一組等樁身直徑的擴(kuò)底樁及等直徑樁(見圖3～圖5);兩組等樁身直徑端部面積不同的擴(kuò)底樁a，b及擴(kuò)底樁m，n(見圖6～圖9)，得到以下兩個(gè)觀點(diǎn):第一，雖然樁端面積大的樁的承載性能強(qiáng)，但樁端單位面積荷載—沉降曲線圖5卻有所變化。和圖4相反，等直徑樁的樁端單位面積荷載—沉降曲線明顯在擴(kuò)底樁的右邊，即在相同的樁端單位面積荷載的情況下，擴(kuò)底樁的樁端沉降大;相同的樁端沉降時(shí)，擴(kuò)底樁的樁端單位面積荷載要小;第二，從圖7，圖9的樁端單位荷載—沉降曲線可看出，樁端面積小的擴(kuò)底樁a、擴(kuò)底樁m的曲線都處于樁端面積大的擴(kuò)底樁b、擴(kuò)底樁n的右邊。也就是說，等樁身而端部面積不同的擴(kuò)底樁，當(dāng)樁端單位面積荷載相同時(shí)，端面積大的樁b、樁n的樁端沉降大。

圖7 樁端單位面積荷載—沉降曲線（二）

圖8 樁剖面示意圖（三）（單位：m）

圖9 樁端單位面積荷載—沉降曲線（三）

圖10 擴(kuò)底樁受力前的網(wǎng)格圖

圖11 擴(kuò)底樁受力后的網(wǎng)格變形圖

b.規(guī)程通過表6.2.3-2給出了通過大量試樁得出的大直徑擴(kuò)底樁端阻力特征值表格，該表格按樁入土深度及擴(kuò)底直徑列出了各類土的端阻力特征值范圍。通過對(duì)其計(jì)算及比較可得出:入土深度相同時(shí)，對(duì)于粘性土及粉土，擴(kuò)底直徑為3.5 m時(shí)端阻力特征值約為擴(kuò)底直徑為1.0 m時(shí)的72%;對(duì)于砂土及卵石約為64%;對(duì)于全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖約為57%～66%。可見規(guī)范對(duì)擴(kuò)底樁的端阻力特征值進(jìn)行了相應(yīng)的折減，一定程度上是基于對(duì)樁基沉降加以控制的考慮。

c.擴(kuò)底樁側(cè)阻力計(jì)算中應(yīng)考慮擴(kuò)大端頭以上形成的脫空區(qū)，不將其納入側(cè)阻力計(jì)算中。

文獻(xiàn)［2］對(duì)某工程的擴(kuò)底樁進(jìn)行了數(shù)值模擬(見圖10，圖11)。從圖上可明顯看出，樁頂受力的整個(gè)過程中，擴(kuò)底樁底部土體以壓縮變形為主，擴(kuò)頭肩部與土體脫離，形成了脫空區(qū)。

規(guī)程第6.2.3條附注第4款明確指出“擴(kuò)底樁擴(kuò)大頭斜面及變截面以上2d長(zhǎng)度范圍內(nèi)不應(yīng)計(jì)入樁側(cè)阻力(d為樁身直徑)”。

3 軟土地區(qū)橋梁灌注擴(kuò)底樁沉降計(jì)算

根據(jù)某工程的實(shí)際地質(zhì)勘察報(bào)告為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。原工程采用φ1.2 m鉆孔灌注樁，工程所在地地面標(biāo)高2.0 m，樁尖持力層在第Ⅳ陸相層中的亞砂土層，層底標(biāo)高在－48.92 m～－52.35 m之間，樁長(zhǎng)選用50.0 m。為能夠說明問題，比較能提供相同承載力的等徑樁與擴(kuò)底樁的沉降量。分別對(duì)等徑樁樁徑為1.2 m，擴(kuò)底樁樁軸直徑為1.0 m，擴(kuò)底部分有效直徑為1.581 m及等徑樁樁徑為1.2 m，擴(kuò)底樁樁軸直徑為1.2 m，擴(kuò)底部分有效直徑為1.897 m的兩組單樁計(jì)算沉降量。

樁頂受軸向力所產(chǎn)生的軸向位移δ由兩部分組成:δc(樁身材料的彈性壓縮變形)+δk(樁底處地基土的沉降)，具體計(jì)算按基礎(chǔ)規(guī)范附錄中m法進(jìn)行。

1)容許承載力與樁身直徑均不同的等徑樁與擴(kuò)底樁沉降比較見表1。

表1 等徑樁與擴(kuò)底樁沉降比較(樁身直徑不同)

2)容許承載力不同而樁身直徑相同的等徑樁與擴(kuò)底樁沉降比較見表2。

表2 等徑樁與擴(kuò)底樁沉降比較(樁身直徑相同)

由上面兩組計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)擴(kuò)底樁樁軸直徑與等徑樁相同時(shí)，樁混凝土量比縮小一級(jí)樁軸直徑的擴(kuò)底樁增加極少，但卻出現(xiàn)了樁頂沉降的大幅減小的情況，故實(shí)際工程應(yīng)用中，確定擴(kuò)底樁樁軸直徑時(shí)不僅要考慮承載能力，還要兼顧樁頂沉降，尤其是對(duì)于連續(xù)箱梁等對(duì)支點(diǎn)不均勻沉降敏感的上部結(jié)構(gòu)形式。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)文獻(xiàn)的對(duì)比分析，討論了擴(kuò)底樁設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，并結(jié)合軟土地區(qū)進(jìn)行了同等承載力時(shí)橋梁基礎(chǔ)沉降比較計(jì)算，結(jié)果表明擴(kuò)底樁的形式對(duì)樁頂沉降影響明顯，設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視。

［1］高廣運(yùn).同場(chǎng)地?cái)U(kuò)底樁和直樁的對(duì)比研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005(1)：56-57.

［2］蔣建平.大直徑擴(kuò)底樁端阻力折減問題探討［J］.巖土力學(xué)，2006(11)：34-35.