現澆加筋大直徑薄壁管樁（PCC樁）水平承載力試驗研究

張紅亮

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

0 引言

現澆大直徑薄壁管樁（PCC樁）是由河海大學研制的一種新型樁[1-2]，由專用環形樁靴+雙鋼管筒+專用中高頻振動（液壓錘）共同組成。該樁型屬于少量擠土樁，采取振動沉模自動排土現場灌注混凝土而成管樁，具體步驟是依靠沉腔上部錘頭的振動力將內外雙層套管所形成的環形腔體在活瓣樁靴的保護下打入預定的設計深度，在腔體內放入鋼筋籠，然后澆筑混凝土、振動拔管。

目前，對PCC樁豎向承載力的研究較多[3-5]，關于水平承載特性的研究較少[6-7]，對加筋PCC樁的水平承載力的研究更少。為了進一步研究加筋PCC樁的水平承載力特性，依托某筒倉基礎項目，對加筋PCC樁進行了現場水平承載力試驗。

1 試驗概況

1.1 地質概況

該場地位于海濱地區，該區域土層分布較有規律，勘察深度內的主要土層自上而下依次為：各土層的特征分別描述如下。

人工填土層（Qml）：

粉質黏土：黃褐色、灰黃色，軟塑～可塑狀，中塑性，土質不均，夾粉土團及粉土薄層，局部呈黏土。平均標貫擊數N=4.0擊。

淤泥質粉質黏土：灰褐色，軟塑狀，中塑性，土質不均，夾粉土團及薄層，局部表現為淤泥質黏土。平均標貫擊數N=2.1擊。

上述淺表層土分布較穩定，厚度大多在5 m左右，層底高程一般在-0.14～-2.38 m。

①粉土：灰褐色，褐色，以中密～密實狀，局部稍密狀，土質不均，夾黏性土團及薄層，偶見少量碎貝殼。該層分布連續，層位穩定，全區均可見。層底高程一般在-13.05～-16.48 m。平均標貫擊數N=34.0擊。

②黏土：灰褐色，褐灰色，軟塑～可塑狀，高塑性，土質不均，夾粉土團及粉土薄層，含有機質及砂斑。該層分布連續，層位穩定，厚度一般在2～3 m，層底高程一般在-15.24～-18.75 m。平均標貫擊數N=4.9擊。

③1黏土：黃褐色，局部夾灰綠色斑，可塑～硬塑狀，高塑性，土質不均，夾粉土團及薄層。該層分布較連續，局部表現為粉質黏土。平均標貫擊數N=15.3擊。

③2粉土：黃褐色、褐色、灰色，中密～密實狀，局部稍密狀，土質不均，夾黏性土團及薄層，偶見少量碎貝殼屑，多夾粉質黏土透鏡體或粉細砂透鏡體。該層分布連續，層位穩定。平均標貫擊數為N=28.4擊。

③3粉細砂：黃褐色、褐色、灰色，密實狀，土質不均，局部夾黏性土及粉土薄層，含少量碎貝殼。本層分布連續，層位穩定。層底高程一般在-32.12～-36.15 m。平均標貫擊數N=46.5擊。

樁尖進入③3粉細砂層。

各土層物理力學指標如表1所示。

表1 土層物理力學參數Table 1 Physiology-mechanical parameters of soils

1.2 成樁情況

PCC現澆混凝土大直徑管樁規格為φ1 250 mm×150 mm×24.5 m，其樁端持力層為勘察報告揭示的③2粉土層，PCC大直徑管樁的混凝土強度等級為C30。

為了能夠在非軟土地區順利沉樁，在沉樁前，在樁中心采用螺旋鉆進行了引孔，引孔孔徑400 mm，引孔孔深至24.0 m。PCC成樁機械采用ZD-180Y錘頭，沉管規格為φ1 250 mm，壁厚150 mm，樁尖類型為內活瓣，沉管時間為30 min，沉管深度24.5 m，然后放鋼筋籠，用時13 min，澆筑混凝土共20 m3，共用時25 min，充盈系數1.45。樁型尺寸及配筋見圖1。

1.3 試驗情況

試驗在成樁25 d后進行。為防止試驗時樁頭局部被擠壓破壞，對樁頭1 m范圍內進行實心澆筑。為了能夠測定樁身在水平作用力下的樁身內力，在鋼筋籠兩側安裝鋼筋計，用于計算應變和繪制樁身的彎矩圖。試驗加載示意見圖2。

圖1 PCC樁樁身配筋圖Fig.1 Reinforcement map of PCC pile body

圖2 水平靜載試驗加載示意圖Fig.2 Loading diagram of lateral static load test

水平推力裝置由反力樁、反力架、千斤頂組成，荷載由油泵通過千斤頂施加于樁側，水平位移由位移計測得。

鋼筋計布設位置（對稱兩根鋼筋）為沿直徑的對稱位置鋼筋上。沿豎向鋼筋分別布置15個，位置距離樁頂深度分別為：0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m、6.5 m、7.5 m、8.5 m、10 m、11.5 m、13.5 m、15.5 m、18.0 m、22.0 m。

采用單向單循環加卸載法：加載按設計要求水平極限承載力的1/10分級，每級荷載施加后，恒載20 min卸載時維持10 min，每隔5 min測讀1次水平位移，至此完成一級荷載的位移觀測。全部卸載后應每隔10 min測讀1次殘余變形，測讀30 min。

2 試驗結果分析

2.1 樁身完整性

在水平靜載試驗前，采用低應變方法對樁身完整進行了檢測，檢測樁身完整性為I類。

2.2 荷載-位移關系

水平荷載下PCC樁在泥面處的水平力-時間-作用點位移（H-t-Y0）關系曲線和水平力-位移梯度（H-Y0-H）關系曲線如圖3所示，由圖可以看出，水平荷載較小時，位移隨荷載呈近似直線變化，但隨荷載的增大，則呈明顯的曲線變化，這表明樁土作用由彈性變形階段過渡塑性變形階段，樁土相互作用由線性變為非線性。根據規范判定試驗結果如表2所示。

圖3 水平靜載曲線圖Fig.3 Curves of lateral static load

表2 單樁水平靜載荷試驗成果表Table 2 Results of lateral static load test of sigle pile

PCC樁（配筋）單樁水平極限承載力為300 kN，單樁水平臨界荷載為210 kN，單樁水平承載力特征值為158 kN。

2.3 彎矩-荷載關系

配筋PCC樁在各級水平荷載作用下，對樁身彎矩進行了測試，彎矩沿樁身深度分布曲線見圖4，從圖中可以看出，當水平荷載超過300 kN，彎矩急劇增大，樁身最大彎矩主要位于在地面以下4.5～6.5 m處，隨著荷載的增加，最大彎矩截面逐漸向深部轉移，深度超過12 m以后，樁身彎矩接近于0，說明在試驗荷載作用下，樁身12 m以下樁體為嵌固段。

圖4 荷載-彎矩圖Fig.4 Curves of load-bending moment

PCC樁的水平荷載為300 kN時，樁身最大彎矩為 309 kN·m。

3 結語

通過對加筋PCC樁進行水平靜載荷試驗，可以得到以下結論：

1）從試驗曲線及樁身彎矩來看，加筋PCC樁具有較好的水平承載性，樁的受力反應主要集中在樁身上部，與其他樁型受力特性類似，但PCC樁為現澆薄壁管樁，所以破壞形式主要以樁身破裂為主。工程中對樁身上部加強剛度是十分必要的。

2）試驗得到了加筋PCC樁的水平力-時間-作用點位移（H-t-Y0）關系曲線和水平力-位移梯度（H-Y0-H）關系曲線，試驗中發現，在現有的最大試驗加載條件下，樁土相互作用由線性變為非線性，樁頂施加到荷載300 kN樁頂位移達到9.31 mm，達到極限狀態；樁頂施加到最大荷載450 kN時樁頂位移達到50 mm以上，且未達到穩定狀態，檢查發現樁身開裂。這與相同試驗參數的實心樁相比破壞狀態類似，說明加筋PCC樁有很好水平承載性能。

3）試驗得到了各級荷載下的樁身彎距分布曲線，從試驗中所獲得的樁身彎距分布曲線可發現，隨著樁頂水平荷載的增大，PCC樁身的彎距值隨之增大，且最大彎距點的位置有下降的趨勢，總的位置在全樁長的1/3～1/2處，樁最大彎距點的位置與一般彈性樁理論結論較為吻合。