大直徑嵌巖樁承載性能的試驗(yàn)分析

余　鵬，李　矗

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安　710076)

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大直徑嵌巖樁承載性能的試驗(yàn)分析

余鵬，李矗

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安710076)

摘要：大直徑嵌巖樁具有單樁承載力高、沉降小、抗震性能好的特點(diǎn)，因此愈來愈廣泛的運(yùn)用于各種工程項(xiàng)目中，但其承載性能一直是工程界所關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。根據(jù)焦桐高速泌陽段的兩根嵌巖試樁的測試結(jié)果對大直徑嵌巖樁的承載性能進(jìn)行了分析，并結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范對嵌巖樁單樁豎向極限承載力的計(jì)算值與實(shí)測值作了比較，總結(jié)了各規(guī)范中計(jì)算方法的不足之處。

關(guān)鍵詞：大直徑嵌巖樁；承載性能；現(xiàn)行規(guī)范

1工程概況

本文以焦桐高速某橋梁樁基的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托，對大直徑嵌巖樁的承載特性進(jìn)行分析。試樁共兩根，編號為1#，2#，對樁側(cè)土、樁端土通過自平衡靜載試驗(yàn)來測定其荷載傳遞參數(shù)；對樁端進(jìn)行壓漿處理，通過埋設(shè)于樁身和樁端的量測元件得出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對比壓漿前后嵌巖樁的承載性能的變化。試樁參數(shù)見表1，試樁所處位置主要地質(zhì)情況見表2。

表1　試樁參數(shù)

表2　試樁主要地層概況表

2測試結(jié)果及分析

試樁在鋼筋籠制作過程中，將荷載箱、油壓管道、注漿管道等裝置一起焊接在預(yù)定的位置，并將位移棒從荷載箱的上、下載荷板上引出到地面，試驗(yàn)時(shí)，從地面用高壓油泵通過高壓油管對荷載箱施加油壓對外部樁體施加壓力，通過記錄安裝在測試桿上的電子百分表的數(shù)據(jù)就可以得到上下樁的位移。圖1是測試所用的自平衡荷載箱，圖2為現(xiàn)場測試儀器安裝情況。

加載方式采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每級荷載作用下，上﹑下兩段樁均達(dá)到相對穩(wěn)定后再加下一級荷載，直到試樁達(dá)到極限狀態(tài)，當(dāng)一段樁未達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，應(yīng)繼續(xù)加至兩段樁均達(dá)到極限狀態(tài)，然后分級卸載到零。

清孔完畢后將帶有測試元件的鋼筋籠放置孔內(nèi)進(jìn)行混凝土灌注，待樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的70%以上后，進(jìn)行第一次測試；對試樁進(jìn)行后壓漿處理后進(jìn)行第二次測試。

1#試樁按預(yù)估加載值2×6 564 kN，共分15級進(jìn)行加載。第一次測試時(shí)，當(dāng)加載至第十五級(2×6 564 kN)時(shí)，樁體向上位移為5.00 mm，向下位移為1.14 mm。圖3為1#試樁第一次測試的荷載位移曲線。第二次測試，當(dāng)加載至第十五級時(shí)，樁體向上位移為2.67 mm，向下位移為1.39 mm，圖4為1#試樁第二次測試的荷載位移曲線。

2#試樁按預(yù)估加載值2×5 122 kN，共分15級進(jìn)行加載。第一次測試時(shí)，當(dāng)加載至第十五級時(shí)，樁體向上位移為3.84 mm，向下位移為3.10 mm。圖5為2#試樁第一次測試的荷載位移曲線。第二次測試，當(dāng)加載至第十五級時(shí)，樁體向上位移為1.41 mm，向下位移為0.58 mm。圖6為2#試樁第二次測試的荷載位移曲線。

在樁承載力自平衡測試中，測定了荷載箱的荷載、垂直方向向上和向下的變位量，以及樁體在不同深度的應(yīng)變值。通過樁的應(yīng)變和斷面剛度，可以計(jì)算出軸向力分布，進(jìn)而求出不同深度的樁側(cè)摩阻力，利用荷載傳遞解析方法，將樁側(cè)摩阻力與變位量的關(guān)系、荷載箱荷載與向下變位量的關(guān)系，換算成樁頭荷載對應(yīng)的荷載—沉降關(guān)系，見圖7、8。

圖1　1#試樁第一次測試荷載位移曲線

圖2　1#試樁第二次測試荷載位移曲線

圖3　2#試樁第一次測試荷載位移曲線

圖4　2#試樁第二次測試荷載位移曲線

圖5　1#試樁等效P—S曲線

圖6　2#試樁等效P—S曲線

從以上測試結(jié)果可以看出。

(1)在慢速維持加載法的自平衡試驗(yàn)中，試樁的位移均很小，遠(yuǎn)小于40 mm，說明大直徑嵌巖樁能很好的克服不良地質(zhì)條件，樁頂位移能滿足工程要求，尤其是這兩根大直徑嵌巖樁位于橋墩的位置，其體現(xiàn)出來的工程應(yīng)用價(jià)值就更加明顯。

(2)兩根試樁的嵌巖深度不一樣，但都有很大的嵌巖比，嵌巖比的不同，對兩根試樁的沉降影響并不明顯，即便是在壓漿之后，情況仍是如此。說明這兩根試樁在設(shè)計(jì)時(shí)過于保守，追求了如此之大的嵌巖深度，造成了工程的浪費(fèi)。

(3)可以發(fā)現(xiàn)，壓漿之后，降低了嵌巖樁的樁頂沉降，說明后壓漿的補(bǔ)強(qiáng)作用能較好的作用于嵌巖樁。特別當(dāng)工程地質(zhì)條件惡劣時(shí)，后壓漿技術(shù)是控制沉降的優(yōu)選方法。

(4)可以看出，壓漿前在不大的外荷載條件下，曲線有一個(gè)明顯的陡降階段，爾后沉降才慢慢趨于平緩。說明2#試樁的樁底有沉渣，荷載傳遞到樁底的時(shí)候，由于沉渣的影響，使得嵌巖樁樁頂沉降突然加大。而壓漿之后的曲線是平滑的緩變型，表明漿液對樁底薄弱層有加固作用，在樁底形成了強(qiáng)度較大的壓漿復(fù)合體，減少了樁頂沉降。

3對規(guī)范計(jì)算值的分析

現(xiàn)行規(guī)范中，包括《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)和《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)，可以針對本次試樁的地質(zhì)條件，計(jì)算出嵌巖樁單樁承載力。表3是規(guī)范計(jì)算值與實(shí)際用值的對比情況。

表3　單樁承載力對比表

從表3中可以看出，實(shí)際用值與《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)的計(jì)算值最接近，其余的規(guī)范計(jì)算值則相差較大，而此兩根試樁的單樁承載力的實(shí)際用值就是依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2002)的計(jì)算公式取得的。但我們應(yīng)該注

意到這兩根試樁在測試時(shí)位移值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于40 mm的允許值，只是測試到預(yù)估值就停止了加載。因此可以看出這些現(xiàn)行的規(guī)范所計(jì)算的值都偏于保守，并不能真正的反映嵌巖樁單樁承載力，增加了工程成本。

其實(shí)從各個(gè)規(guī)范的計(jì)算公式中我們不難發(fā)現(xiàn)：

(1)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中只考慮樁端阻力，忽略側(cè)阻力，顯然這是不符合嵌巖樁的荷載傳遞機(jī)理的。隨著樁的長徑比和嵌巖深度的增加，計(jì)算值愈來愈偏小，甚至?xí)霈F(xiàn)嵌巖后的極限承載力計(jì)算值比不嵌巖時(shí)還要小的不合理情況。

(2)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中只考慮樁端阻力和嵌巖段側(cè)阻力，忽略土層側(cè)阻力，這就導(dǎo)致在計(jì)算一些上覆土層土質(zhì)良好而且嵌入土層較深的樁基承載力時(shí)會偏小。同時(shí)，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中并沒有進(jìn)行側(cè)阻力和端阻力隨嵌巖深度變化而作出的修正。

(3)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中綜合考慮土層，巖層側(cè)阻力和樁端阻力，單從計(jì)算模式來講，其符合了嵌巖樁的荷載傳遞規(guī)律；但從計(jì)算結(jié)果來看，和實(shí)測結(jié)果偏差仍然較大，因此也有待于完善。

4結(jié)論

(1)大直徑嵌巖樁能很好的克服不良地質(zhì)條件，樁頂位移很小，能滿足工程要求。

(2)過大的嵌巖深度對樁基的實(shí)際性能提高不明顯，反而造成了浪費(fèi)。

(3)壓漿之后，降低了嵌巖樁的樁頂位移，說明后壓漿的補(bǔ)強(qiáng)作用能較好的作用于嵌巖樁。

(4)現(xiàn)行規(guī)范中，僅有《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》考慮了上覆土層的側(cè)阻力，其單樁承載力的計(jì)算模式符合嵌巖樁的荷載傳遞規(guī)律，但計(jì)算值仍和實(shí)際情況偏差較大(偏于保守)，需要進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-09-14

作者簡介：余鵬，從事路基路面設(shè)計(jì)工作。

中圖分類號：U442

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0115-02