預制樁豎向極限承載力的時間效應規律研究

趙福霞

（天津市地質工程勘察院，天津　300000）

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預制樁豎向極限承載力的時間效應規律研究

趙福霞

（天津市地質工程勘察院，天津300000）

摘要：根據不同休止期高應變的實測結果，結合實際工程總結了混凝土預制樁單樁豎向極限承載力的時間效應規律，論述了飽和軟粘土承載力時間效應機理。

關鍵詞：打入式混凝土預制樁，承載力，時間效應

打入式混凝土預制樁在飽和軟土中單樁豎向承載力隨時間增長現象早在20世紀30年代就被國外學者發現。我國軟土地區，在60年代也積累了一些打入樁承載力時間效應資料。據資料統計，在各種不同情況下單樁最終承載力比初打時增長約200%～400%，達到穩定值所需時間，由幾十天至數百天不等。若考慮承載力的時間效應，不但可以節約工程造價，而且可以節省一定的工期，對國民經濟建設不無益處。

高應變PDA技術現已日趨完善，在打入樁時間效應課題的研究中嶄露頭角，為保證評價結果精確可靠，在本工程之初，我們進行了動靜對比，對比結果表明Ru動/Ru靜= 0. 85，為以后的CAPWAP實測波形擬合分析奠定了可靠的基礎。

1　工程概況及場地地層工程地質特性

某工程位于大港西部，擬建物為石油化學工業廠房及配套合成裝置。采用打入式預制方樁，截面面積（450×450）mm2，長為19. 0 m。采用筒式柴油錘施打，以標高貫入度雙控法沉樁，經實測初打收錘時貫入度一般在200 mm/10錘～270 mm/10錘。

場地為第四系沖積海積平原，地層呈層狀分布，水平近乎各向同性，垂向差異明顯。在20. 0 m～26. 0 m范圍內分布有一層較均勻的密實粉土夾砂質粉土，強度突出，為本工程樁基持力層。根據本場地工勘報告，設計提出該樁型單樁豎向極限承載力估算值為1 500 kN。

2　飽和軟土中打入式混凝土預制樁豎向承載力時效的機理分析

打入式預制樁在沉樁中擠壓擾動樁周土，使高靈敏度飽和軟土結構發生改變；超壓孔隙水在樁土界面形成一“水膜”，類似起了潤滑作用，使貫入阻力減小。隨著樁尖進入下部硬土層，錘擊數增加，上部樁土界面上下貫通，在超孔隙水壓力作用下，部分孔隙水向上運移，排出地表，同時在沉樁過程中地表出現隆起。這兩者結果使得樁周土體超孔隙水壓力開始逐步消散，消散最快的也在重塑區。在休止期內，土的觸變時間效應作用使得重塑粘性土強度逐步恢復；更主要的是使“水膜”散失（土體內含水量減少），土體的有效強度和密實度逐步增加，隨時間增長將超過原天然強度，原重塑區便形成一個致密的土殼層，緊緊地貼附在樁身表面，類似加大了樁徑，提高了承載力。

3　實測數據

我們從所完成的近200根檢測樁中，選取了部分相同樁型的分析結果參與統計。實測數據見表1。

4　承載力時間效應模型及曲線

根據已有研究成果，擠土樁時間效應模型應符合下列函數：

其中，Qt為任意齡期樁的承載力，kN；Q0為初打承載力，kN；αt為t時刻承載力的增長率，αt=（Qt- Q0）/Q0；a，b均為與樁型、土質條件有關的常數；t為自變量時間，d。

長期承載力被認為當t→∞時的Qt值，即：

其中，Qmax為長期承載力，kN；αmax為最大增長率，αmax= limt/ （at + b），當t→∞時，αmax=1/a。

表1　樁基實測數據表

表2　不同齡期承載力及其增長率

根據本場地不同齡期承載力實測數據（見表2），繪制Q—t散點圖（見圖1）。數據經數學回歸分析，計算出回歸方程如下，并繪制出平均單樁豎向極限承載力時間效應曲線（圖1中黑實線）。

其中，Q0為平均初打極限承載力，Q0=586. 82 kN。

即，理論上當時間無限長時，單樁豎向極限承載力最大恢復系數為2. 38，在估算單樁豎向極限承載力1 500 kN的休止期為19 d。不同齡期承載力及其增長率詳見表2。

圖1　Q—t散點圖

5　結語

1）上述歸納公式為平均規律，而實測點為帶狀分布，主要原因：a.地層的相變，導致土阻力有差異，例如進入持力層多或少等，使端阻和側阻不盡相同；b.沉樁時間的快慢導致樁周土重塑區厚薄不一，超孔隙水壓大小不一；c.排水條件不同，水膜消散有快有慢，包裹在樁周的硬殼層薄厚不一，導致承載力有差異；d.檢測方法本身的誤差。

2）上述結果表明，承載力在初打后25 d內增長最快，25 d時承載力為初打時的2. 71倍。之后增長變緩，在100 d時承載力為25 d的1. 17倍。故在飽和軟粘土中打入樁休止期為25 d是合理的。就本工程而言在齡期19 d時，單樁豎向極限承載力已達到1 500 kN，可以節省一定工期。

3）對于打入式預制混凝土樁單樁豎向承載力時間效應的研究，有助于樁基礎設計。單樁在達到休止期后承載力仍有部分增長，可以提高承載力設計值。

參考文獻：

［1］劉金勵.樁基工程手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997.

［2］劉金勵，李雄.飽和軟土中預制樁承載力時效的研究［J］.巖土工程學報，1992，14（4）：101-102.

On time effect law of vertical ultimate bearing capacity of precast piles

Zhao Fuxia
（Tianjin Geological Engineering Survey Institute，Tianjin 300000，China）

Abstract：According to the measured results of high strain during different resting periods，the paper sums up the time effect law for the vertical ultimate bearing capacity of precast piles by combining with projects，and indicates the time effect mechanism of saturated clay bearing capacity.

Key words：driven in concrete precast pile，loading capacity，time effect

中圖分類號：TU473. 11

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0083-02

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：趙福霞（1970-），女，高級工程師