靜鉆根植樁抗拔荷載傳遞機理試驗研究

文/邢 軍 杭州景觀園林建筑設計有限公司 浙江杭州 310012陳振東 江蘇誠達建筑有限公司寧波分公司 浙江寧波 315000吳磊磊、嚴天龍、陳洪雨 中淳高科樁業股份有限公司 浙江寧波 315000

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靜鉆根植樁抗拔荷載傳遞機理試驗研究

文/邢 軍 杭州景觀園林建筑設計有限公司 浙江杭州 310012
陳振東 江蘇誠達建筑有限公司寧波分公司 浙江寧波 315000
吳磊磊、嚴天龍、陳洪雨 中淳高科樁業股份有限公司 浙江寧波 315000

【摘要】靜鉆根植樁通過采用擴底及注漿技術大幅度改善樁周土的物理力學性狀，最大程度發揮預制樁樁身高強承載力性能，達到比鉆孔灌注樁更為節約資源的目的。作者在試驗樁樁身預埋鋼筋應力計，通過現場靜載荷試驗，實測在拔荷載作用下靜鉆根植樁的受力性狀，對該新樁型的力學機理進行了深入細致的研究。試驗結果表明，由于樁周土性狀的改良，靜鉆根植樁的樁側阻力大幅度提高，樁端擴底部位的端阻力也得到有效改善。

【關鍵詞】靜鉆根植樁，靜載試驗，應力監測，受力性狀

1、前言

靜鉆根植樁施工流程為：預鉆孔后進行擴底，再注入樁端、樁周水泥漿，最后依靠樁身自重植入高強預制樁。這種特殊的施工工藝，優點一是靜鉆根植樁施工過程中樁孔部位原狀土體經攪拌分散后大部分仍保留在孔內，未打破地基土的應力平衡，不會發生鉆孔灌注樁泥漿護壁而導致的應力釋放現象；優點二是通過樁周注漿，改善樁周土的物理力學性能，從而提高樁側阻力；優點三是通過可控的液壓技術進行樁端擴底操作、并注入水泥漿后形成較高強度的擴底構造，改善和提高了樁端持力層的承載性能。

鑒于靜鉆根植樁新型的施工工藝，其受力性狀不同于傳統的鉆孔灌注樁和預應力管樁，為了探究靜鉆根植樁的荷載傳遞特性、總結樁端及樁側阻力合理計算方法，給工程設計提供可靠依據，需要深入開展相關模型試驗、現場試驗及理論分析工作。

本文則通過工程現場試驗，在靜鉆根植樁的預制樁身內不同截面預埋多組鋼筋應力計，進行現場靜載荷試驗，對不同土層的樁側摩阻力實測值與估算值以及樁端阻力的實測值與估算值進行對比分析，對其受力性狀做出科學研究。

2、試驗概況

本次荷載傳遞特性試驗抗拔樁共兩枚，編號為試樁B、試樁C，配樁形式為PHC 600(110)B-10,15 C80+ PHDC650-500 （100）B-15 C80，樁長40m，鉆孔直徑為750mm，擴底直徑為1200mm，擴底高度為2400mm.

抗拔靜載試驗采用地基土的反力作為荷載，樁身應力采用振弦式鋼筋應力計，預先在室內完成標定。應力計埋設主要根據試樁位置土層分布情況，以主要土層分界面作為埋設截面。試樁B、C各設置4個埋設截面，埋深依次為1m、14.5m、23.5m、39m，每個截面對稱布置2只鋼筋應力計。根據配樁情況，對需埋設應力計的樁進行埋設位置的標示，確保了現場正確組合配樁。

埋設有應力計的預制樁在進場時均進行了應力計成活率復核，結果表明應力計全部成活。由于受施工過程中若干因素的影響，沉樁完成后部分截面的應力計失效，但均為下部數據，其結果仍有重要意義。

試驗場地地基土的物理力學指標如表1所示。

表1　地基土物理力學指標Table 1 Physico-mechanical indexes of soils in test site

靜鉆根植樁的單樁豎向承載力特征值必須通過靜載荷試驗確定，在初步設計階段的估算按下式確定：

式中

Tuk-----單樁抗拔極限承載力標準值；

λi-----抗拔系數；

除了口服中藥湯劑外，進行耳周穴位注射，操作如下：患者取坐位，如單側耳鳴取患側耳門、聽宮、聽會及同側的翳風；若為雙側耳鳴則取雙側耳門、聽宮、聽會及翳風。用10ml注射器抽取藥物注射用燈盞花素（批號：20151203,規格：20mg,衡陽恒生制藥有限公司生產）20mg（用5ml滅菌注射用水稀釋），常規消毒耳門、聽宮、聽會、翳風穴局部皮膚后，進針點選于該穴或其敏感痛點，得氣后，回抽無血，然后緩慢注入藥液，其中耳門、聽宮、聽會各注射1ml，翳風穴注射2ml。起針后為防出血可用無菌棉球按壓片刻。穴位注射注射治療隔日一次，5次為1個療程，治療3個療程。

qsik-----樁側第i 層土（巖）的極限側阻力標準值，按本地區混凝土預制樁實測值取值；

ui-----樁身周長（PHDC 樁按節外徑計算）；

li-----樁穿越第i層土（巖）的厚度；

Gpk-----單樁自重標準值，地下水位以下應扣除浮力。

3、單樁靜載荷試驗

根據預估的單樁極限承載力，試樁B、試樁C最大上拔荷載不小于1760kN。試驗中根據現場情況決定終止加載值。

各抗拔樁的U-δ曲線如圖1、圖2所示。

圖1　試樁B荷載-上拔量曲線Fig. 1 U-δcurve of test pile B

圖2　試樁C荷載-上拔量曲線Fig. 2 U-δcurve of test pile C

由以上U-δ曲線可知，試樁B、試樁C單樁極限抗拔承載力取最大加載值?？拱卧嚇秴R總結果如表2所示。

表2　抗拔靜載荷試驗成果匯總表Table 2 Summary of static tensile load test results

從圖1、圖2看，兩試驗樁的荷載與變形關系仍為緩變性，可見兩樁仍未進入真正的極限狀態。

4、軸力計算及荷載傳遞分析

靜載荷試驗時，每級荷載穩定后測定應力計的頻率值，結合試驗前的初始頻率和應力計的標定系數，即可換算應力計所受軸力。鑒于鋼筋應力計和樁身混凝土變形協調，即應變一致，則可通過應力計受力推算第n個測試截面處樁的軸力大小Qn.

靜鉆根植樁在樁端具有擴底構造，擴底部位水泥土強度高，在該部位軸力計算時考慮對擴底部位水泥土與樁身進行復合計算。此外，由于現場試驗時進行了樁頭加固處理，并進行了灌芯，故對于樁頂部分也考慮對填芯混凝土進行復合計算。

兩個測試截面之間的各土層的平均側摩阻力可由下式計算得出：

其中，Fi表示測試截面之間樁的側表面積。

圖3　各級荷載下試樁B軸力圖Fig. 3 Axial force of test pile B under different loads

圖4　各級荷載下試樁C軸力圖Fig. 4 Axial force of test pile C under different loads

由各試驗樁的軸力圖可知，側摩阻力從樁身上部先開始發揮，故在荷載較小時，樁深部的軸力較小，甚至接近于0。隨著荷載增大，側摩阻力進一步發揮。

所有試驗樁的樁頂至以下1m范圍內，軸力遞減幅度大，原因一是樁孔內較高強度的水泥土芯所發揮的土塞作用導致，同時大量水泥漿圍繞樁頂與其形成一體，所以側阻理論計算截面與實際截面存在很大差異，導致試驗樁均出現淺部樁側摩阻嚴重偏大現象。根據軸力分布情況計算各截面之間土層平均側摩阻力，將最大加載荷載時所得的側摩阻力與地勘提供的極限側摩阻力進行比較，如表3-表4所示。

表3　試樁B最大荷載作用下土層平均側摩阻力Table3 Average qsi of soil layers under max load of test pile B

表4　試樁C最大荷載作用下土層平均側摩阻力Table 4 Average qsi of soil layers under max load of test pile C

試樁B、C在14.5m-23.5m均采集到了可靠的數據，并由此可以計算出23.5以下的軸力和側阻力。從應力試驗結果看：

（1）在本次試驗的最大拔荷載作用下，0～23.5m范圍內土體的側阻已達到極大發揮，尤其是試樁B，側摩阻力已達到峰值?？梢?，PHDC竹節樁抗拔荷載作用下，側阻仍由上至下漸變發揮；

（2）從試樁B、試樁C的側阻分布看，23.5m以上的側阻發揮差異較大，這是由于兩樁四周的水泥土作用效果差異引起，對抗拔荷載下的PHDC竹節樁，樁周的水泥土性狀會直接影響抗拔效果；

（3）在最大抗拔力作用下試樁B、試樁C仍未進入真正的極限狀態，但從兩樁的側阻發揮程度分析，真正進入極限狀態時試樁C的抗拔力將遠遠大于試樁B，這為PHDC竹節樁的抗拔承載力計算帶來困難；

（4）試樁B、試樁C的抗拔試驗結果，與同直徑的管樁和鉆孔樁相比，應有很大優勢，這是由于下部竹節及擴大樁端所致。

5、結語

靜鉆根植樁因施工工藝、構造等有別于傳統型，需要對其荷載傳遞特性進行深入研究和分析。通過本次試驗研究的開展，可以得到以下結論：

（1）與管樁和鉆孔灌注樁比，靜鉆根植樁使能夠大幅度提高樁側阻力。

（2）在拔荷載作用下，樁周水泥土性狀對靜鉆根植樁提供的側摩阻力影響很大，易造成抗拔承載力離散性較大。

（3）靜鉆根植樁的PHDC竹節和擴大樁端，雖然能提高基樁的抗拔承載力，但由于樁側阻力的離散性，會直接影響其發揮。

（4）本文采用的靜鉆根植樁抗拔承載力的計算公式，在充分保證樁周水泥土質量的前提下是可靠的。

參考文獻

[1]張日紅，吳磊磊，孔清華.靜鉆根植樁基礎研究與實踐[J]. 巖土工程學報，2013,35 （zk2）：1200-1203.

[2]周佳錦，王奎華，龔曉南，等.靜鉆根植竹節樁承載力及荷載傳遞機制研究[J]. 巖土力學，2014,35（5）：1367-1376

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