軟土地區(qū)預(yù)制樁承載力時間效應(yīng)試驗研究

【摘要】基樁承載力隨成樁齡期增加而增加，這種現(xiàn)象可稱為基樁承載力時間效應(yīng)；時間效應(yīng)與樁型、成樁方式、樁周土體等眾多因素有關(guān)，尤其是軟土地區(qū)擠土預(yù)制樁的承載力時間效應(yīng)極為明顯，但目前樁基理論尚無法量化計算，且可靠的相關(guān)試驗成果也較少。本文通過一組軟土地區(qū)擠土預(yù)制樁在不同齡期時的承載力實(shí)驗，比對不同成樁齡期時的單樁極限承載力，分析研究了軟土地區(qū)擠土樁承載力的時間效應(yīng)，不僅對實(shí)際工程有積極的指導(dǎo)，也為今后理論研究提供了有益的試驗依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】承載力；休止期；超孔壓；再固結(jié)；時效性應(yīng)

1、引言

預(yù)制樁采用壓入或打入方式沉樁，利用樁架提供的機(jī)械能、克服土體對樁的阻力，土體靜力平衡狀態(tài)在施工中瞬間破壞，迅速形成超孔壓；超孔壓又迅速降低樁周土體抗剪強(qiáng)度，使得樁周土體力學(xué)性狀下降，此時土體對樁的側(cè)阻和端阻均為最低水平。成樁后隨著休止期的增加，樁周土體中的超孔隙水緩慢下降、土體重新固結(jié)、土體力學(xué)性能逐漸恢復(fù)提高，樁的承載力逐漸增加。鑒于軟黏土粒徑小、含水量高、滲透系數(shù)差、靈敏度高等不利物理力學(xué)性狀，導(dǎo)致軟土地區(qū)擠土樁的承載力時間效應(yīng)尤為明顯。

本文通過對寧波某軟土地區(qū)預(yù)制方樁在不同齡期的靜載試驗，結(jié)合工程地質(zhì)資料對基樁承載力時間效應(yīng)進(jìn)行了分析研究。

2、工程地質(zhì)概況

試驗位于寧波市鄞州區(qū)，場地地形、地貌簡單，地勢平坦，各地基土層主要為湖相海相沉積及沖洪積沉積，屬正常固結(jié)土。場地上覆有較厚軟土，為軟弱場地土；第8-1層為礫砂層，土性較好，中密～密實(shí)狀態(tài)，層厚較薄，局部缺失；第8-2層為粉質(zhì)粘土，硬可塑狀態(tài)，土性較好，層厚較大；第8-3層中砂層，土性較好，中密狀態(tài)，全址分布。故綜合考慮第8層作為本工程基樁良好持力層。各土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

3、工程概況

該地塊基樁采用錘擊式預(yù)應(yīng)力方樁，預(yù)打了S1～ S5共計5根靜載設(shè)計試樁。S1樁型為PHS-AB450（260）-12-12-12-13a，S2、S3樁型為PHS-AB500（310）-12-12-12-13a，S4、S5樁型為PHS-AB550（310）-12-12-12-13a。

4、試驗概況及試驗成果

對上述5根設(shè)計試樁，分別進(jìn)行了兩次靜載試驗。第一次設(shè)計試樁在基本達(dá)到規(guī)范要求的休止期時（齡期10～14天）進(jìn)行，試驗中試樁樁身均未出現(xiàn)破壞；第二次試驗在第一次試驗后300天（齡期309～313天）進(jìn)行。試驗概況及試驗結(jié)果見表2，試驗樁的兩次靜載試驗的Q-S曲線匯見圖1～圖5。

5、試驗成果分析

5.1極限承載力試驗結(jié)果分析

從圖1、圖3～圖5中 S1、S3、S4、S5試驗樁的Q-S曲線可以知道，四根試驗樁均未出現(xiàn)極限破壞現(xiàn)象，故取40mm對應(yīng)的荷載作為基樁極限承載力。S1由3990kN提高到4985kN，增幅24.9%；S3由5288kN提高到7008kN，增幅32.5%；S4由5780kN提高到7410kN，增幅28.2%；S5由5239kN提高到6816kN，增幅30.1%。第二次相比第一次極限承載力幾乎都是呈30%的幅度增長，說明經(jīng)過近一年休止期，樁周及樁端土孔隙水壓力逐漸消散，土體固結(jié)密實(shí)，同時土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也逐漸恢復(fù)，抗剪強(qiáng)度逐漸提高，因而樁周摩擦力及樁端阻力也不斷增加。

從圖2可以看出：S2試驗樁的Q-S曲線在第一次試驗時存在明顯拐點(diǎn)并呈陡降型，具有明顯的破壞特征，故取明顯拐點(diǎn)的前一級荷載為基樁極限承載力；第二次未出現(xiàn)極限破壞現(xiàn)象，故取40mm對應(yīng)的荷載作為基樁極限承載力。試驗極限承載力由第一次的4200 kN提高到6787kN，增幅61.6%。第一次發(fā)生刺入破壞可能是因為打樁時未能送樁到持力層，第一次靜載試驗發(fā)生刺入破壞的同時也將樁端送達(dá)持力層。經(jīng)過近一年的休止期，第二次試驗時樁周土體結(jié)構(gòu)恢復(fù)，側(cè)摩阻力和樁端阻力同時發(fā)揮，故極限承載力大幅提高。說明基樁承載力時間效應(yīng)同一黏土可以多次反復(fù)出現(xiàn)。

5.2累計沉降量20mm時對應(yīng)承載力結(jié)果分析

從圖1～圖5中S1～S5試驗樁的Q-S曲線可以看出，總沉降量在20mm時承載力S1由2540kN提高到2841 kN，增幅11.9%；S2由3963kN提高到4802 kN，增幅21.2%；S3由3508kN提高到5601kN，增幅59.7%；S4由4463kN提高到5050 kN，增幅13.2%；S5由3697kN提高到5480 kN，增幅48.2%。這五根試驗樁經(jīng)過300天左右的休止期在總沉降量為20mm時的承載力也有11.9%～59.7%的增幅，說明基樁承載力時間效應(yīng)顯而易見的。按照規(guī)范規(guī)定時間進(jìn)行承載力試驗顯然還不能夠體現(xiàn)基樁在以后使用過程中能夠發(fā)揮的最大承載力。

結(jié)語：

（1）《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）規(guī)定承載力檢測前的休止時間，黏土非飽和15天、飽和25天，根據(jù)本文的試驗結(jié)果，建議軟土地區(qū)的基樁靜載試驗齡期應(yīng)適當(dāng)延長方能更好反應(yīng)基樁的實(shí)際承載力。

（2）建筑物主體一般在樁基工程完成一年以后方能竣工，由于軟土地區(qū)預(yù)制樁承載力的明顯時間效應(yīng)，以成樁后短齡期下的靜載試驗成果作為設(shè)計依據(jù)顯然偏于保守，設(shè)計時充分考慮這一效應(yīng)，在確保安全的前提下，合理提高基樁承載力設(shè)計值將具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

（3）理論上深入探討基樁承載力的時間效應(yīng)，是巖土工程研究極為具有意義的課題。

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