低山丘陵地帶灌注樁承載力試驗(yàn)研究

張 紅 波

(山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030021)

低山丘陵地帶灌注樁承載力試驗(yàn)研究

張 紅 波

(山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030021)

通過內(nèi)蒙古低山丘陵地帶某工程灌注樁的豎向載荷試驗(yàn),結(jié)合振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)的變化，分析了低山丘陵地帶灌注樁荷載在樁身內(nèi)力的傳遞規(guī)律與基本特性，并探討了低山丘陵地帶大直徑灌注樁的荷載—沉降特性,對(duì)低山丘陵地帶灌注樁的理論研究和工程應(yīng)用具有重要的意義。

灌注樁，承載力，樁身內(nèi)力

0 引言

樁基礎(chǔ)作為重要建筑物及構(gòu)筑物的主要基礎(chǔ)形式，要承受較大的建筑物的自重、安裝等荷載。由于受力形式多樣，其豎向承載力的確定也是非常復(fù)雜的，目前灌注樁的實(shí)際應(yīng)用雖然不少，但對(duì)低山丘陵地帶豎向、水平承載機(jī)理研究尚少，在此情況下，單樁豎向靜載試驗(yàn)及傳感器測(cè)試成為確定大直徑灌注樁承載力最可靠的方法。

1 工程地質(zhì)及試驗(yàn)參數(shù)

項(xiàng)目位于興安盟烏蘭浩特市，場(chǎng)地為低山丘陵地帶，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，本試樁設(shè)計(jì)采用人工挖孔灌注樁。樁基的安全等級(jí)為甲級(jí)，樁端持力層在地面下第⑥-1層中風(fēng)化凝灰?guī)r。本次共進(jìn)行6根鋼筋混凝土試樁檢測(cè)，樁徑800 mm，有效樁長(zhǎng)為10 m～12 m，樁身采用C35的混凝土。水灰比不應(yīng)大于0.5，水泥采用鋁酸三鈣含量不大于5%的普通硅酸鹽水泥，混凝土外加劑嚴(yán)禁使用氯鹽類外加劑。樁身混凝土保護(hù)層厚度為55 mm，樁混凝土充盈系數(shù)不小于1.05。鋼筋籠通長(zhǎng)配筋，試樁鋼筋籠主筋為16Φ16(HRB335級(jí)鋼)；錨樁鋼筋籠主筋為16Φ25(HRB335級(jí)鋼)，螺旋箍筋上部5 m為φ8@100(HPB235級(jí)鋼)，其余部分為Φ8@200；加強(qiáng)筋為Φ16@2 000(HRB335級(jí)鋼)。要求進(jìn)行三組單樁豎向靜載試驗(yàn)，三組單樁水平靜載試驗(yàn)以檢驗(yàn)其承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

地層情況如表1所示。

表1 試驗(yàn)樁地層厚度埋深統(tǒng)計(jì)表

2 單樁豎向靜載試驗(yàn)

1)試驗(yàn)設(shè)備與材料。

a.錨樁平臺(tái)反力裝置所用的梁以及枕頭的制作。b.500 t油壓千斤頂4臺(tái)，位移傳感器4個(gè)；吊車一輛，汽車兩輛及相應(yīng)設(shè)施。

2)載荷試驗(yàn)組裝見圖1。

3)加荷等級(jí)見表2。

預(yù)估單樁豎向承載力極限值為10 000 kN。

4)加荷觀測(cè)。

加荷采用慢速維持荷載法，其加荷、卸荷步驟應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行檢測(cè)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，不再贅述。

表2 加荷等級(jí)表

3 單樁豎向靜載下樁身軸力與樁側(cè)阻力測(cè)定

3.1 傳感器設(shè)計(jì)參數(shù)

傳感器埋設(shè)數(shù)量：選用靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)、振弦式土壓力計(jì)，每2 m埋設(shè)1層傳感器，每層傳感器在樁周對(duì)稱埋設(shè)2個(gè)。埋設(shè)位置：應(yīng)力傳感器埋設(shè)于距樁頂2 m，4 m，6 m，8 m及10 m的位置，樁底對(duì)稱埋設(shè)振弦式土壓力計(jì)，傳感器電線沿主筋稍留活動(dòng)空余量綁扎至地面，便于數(shù)據(jù)采集。值得注意的是鋼筋應(yīng)力傳感器應(yīng)焊接在主筋上，傳感器與主筋位于同一軸線，綁扎會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

3.2 試驗(yàn)過程分析

樁身軸力的測(cè)定與靜載實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，通過在試樁中事先安裝好的應(yīng)力傳感器，讀數(shù)采用人工讀數(shù)，在靜載實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，記錄時(shí)間應(yīng)與靜載實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)間同步。通過記錄的實(shí)測(cè)頻率運(yùn)用式(1)計(jì)算鋼筋應(yīng)力值：

(1)

其中，P為鋼筋應(yīng)力；K為應(yīng)力計(jì)系數(shù)；f0為應(yīng)力計(jì)初始讀數(shù)；fi為應(yīng)力計(jì)最終讀數(shù)。

由于混凝土與鋼筋籠是緊密地澆筑在一起，它們變形同步，位移連續(xù)，因此鋼筋的應(yīng)變可視為樁身混凝土的應(yīng)變，通過式(2)計(jì)算出鋼筋的應(yīng)變量：

εsi=σsi/Es。

(2)

其中，εsi為樁身第i斷面處的鋼筋應(yīng)變；σsi為樁身第i斷面處的鋼筋應(yīng)力；Es為鋼筋彈性模量。

再通過式(3)計(jì)算出傳感器安裝截面處的樁身軸力:

(3)

將逐級(jí)試驗(yàn)荷載下樁身不同試驗(yàn)斷面處的軸力值制成表格，并繪制軸力分布圖。再通過樁頂極限荷載下對(duì)應(yīng)的各斷面軸力值，運(yùn)用式(4)計(jì)算樁側(cè)土的分層極限摩阻力：

(4)

其中，qsi為樁第i斷面處第i+1斷面之間的側(cè)摩阻力；u為樁身周長(zhǎng)；li為第i斷面處第i+1斷面之間的樁長(zhǎng)。

按每級(jí)試驗(yàn)荷載下不同深度處的摩阻力值制成表格，并繪制極限摩阻力分布圖。

4 低應(yīng)變、高應(yīng)變測(cè)試

進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行低應(yīng)變測(cè)試，確保試驗(yàn)樁樁身完整性符合技術(shù)要求。單樁靜載試驗(yàn)結(jié)束之后進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，對(duì)灌注樁承載力進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

高應(yīng)變檢測(cè)過程如圖2所示[2]。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和分析，由于篇幅有限及數(shù)據(jù)眾多因此選取2號(hào)樁做參考，數(shù)據(jù)見表3，圖3～圖5。

表3 豎向靜載實(shí)驗(yàn)下樁身軸力匯總表 kN

經(jīng)過單樁靜載試驗(yàn)可確定該樁豎向抗壓極限承載力Qu=10 000kN，高應(yīng)變測(cè)試結(jié)果總阻力為10 391kN,由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及荷載變化時(shí)樁身力的變化可見在各級(jí)荷載作用下，樁身軸力沿樁的深度逐漸減小，荷載增加，軸力減小的越快，本工程通過高應(yīng)變?cè)囼?yàn)也從側(cè)面驗(yàn)證了靜載試驗(yàn)及傳感器測(cè)試結(jié)果。

由樁身軸力分布圖也可看出，樁身軸力隨著荷載變化而變化，荷載相同的情況，從上而下樁身軸力逐漸減小，由樁側(cè)摩阻力分布圖可以看出樁側(cè)阻力的發(fā)揮與樁頂沉降關(guān)系較大,其分布形式與樁周土的形狀、所嵌巖層的性狀及嵌入深度有關(guān)。具有一定嵌巖深度的嵌巖灌注樁，樁頂豎向荷載主要由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，且樁側(cè)摩阻力主要集中在嵌巖段，從而使樁端承載比例變小。樁端阻力較小，一方面是由于人工挖孔客觀造成孔壁凹凸不平，增加了側(cè)摩阻力，減小了樁端受力。另一方面是由于樁底成孔時(shí)不可避免的留有沉淀物，使得樁端阻力不能充分發(fā)揮。本文由于篇幅有限加之個(gè)人水平不足，故有不妥之處望指正。

[1]JGJ106—2014，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 陳 凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

Experimental study on bored pile bearing capacity in low hilly area

Zhang Hongbo

(ShanxiHuajinGeotechnicalEngineeringSurveyCo.,Ltd,Taiyuan030021,China)

Through vertical engineering bored pile loading test of low Mongolian hilly area, combining with vibration wire stress gauge alteration, the paper analyzes internal pile force transmission law and characteristics of bored pile load in low hilly area, and explores large-diameter bored pile load-subsidence properties in low hilly area, which has important meaning for theoretical research and engineering application of bored pile in low hilly area.

bored pile, bearing capacity, internal pile force

2015-06-06

張紅波(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)23-0072-03

TU473.11

A