強夯后水位對預制方樁靜載試驗的影響

王 威 王衛紅 王昊杰 郭利宏

(山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030021)

在我國國內強夯地基處理是一項技術比較成熟的地基處理施工工藝。強夯施工在地基處理方面優勢特別突出，有用料少、造價低、加固效果好、適用范圍廣等優點。

對承載力和沉降變形要求比較高的工民建筑工程，預制鋼筋混凝土方樁不失為一項優先的選擇。預制鋼筋混凝土方樁具有集中預制、批量生產，質量可控，承受荷載能力強，沉降變形小等特點。

本文所涉及的地基處理工程，正是考慮二者地基處理方法優缺點互補，提高地基整體承載力。但在施工過程中，單樁豎向抗壓靜載試驗檢測預制鋼筋混凝土方樁極限承載力時，發現在強夯施工前后，預制鋼筋混凝土方樁極限承載力不升反降的現象。

1 工程實例

1.1 工程概況

某化工類地基處理項目，采用強夯地基處理方法，夯擊能5 000 kN·m，強夯有效加固深度不小于7 m，地基承載力特征值250 kPa。在場地強夯后，進行樁基施工，基樁工程樁選用預制鋼筋混凝土方樁，樁長16 m，有效樁長15.2 m，樁邊長400 mm，樁身混凝土等級為C45，錘擊沉樁，樁端持力層為第⑤層、第⑤-1層或第⑤-2層土，樁端(不含樁尖)進入持力層不小于1.0 m。在地基強夯前后，均對預制鋼筋混凝土方樁進行靜載荷試驗，求得方樁單樁豎向抗壓極限承載力值(見圖1)。

1.2 地質概況

地下水類型為孔隙潛水，主要賦存于粉砂和粉土層中，平均水位位于地面標高下6 m處。一年中地下水最高水位出現在3月～5月，最低水位出現在8月～10月。

1.3 檢測設備

檢測設備是由武漢巖土星科技開發有限公司生產的PDS-JY無線靜載荷儀器，控制參數220 V(380 V)/10 A，控制精度±5.0%，其量程0 MPa～63 MPa，精度0.5%，量程50 mm/100 mm(單次)，環境溫度-20 ℃～40 ℃可連續工作，電源220 V(380 V)±10%，功率不大于5 W。

2 靜載試驗方法及數據分析

2.1 靜載試驗方法

根據建筑基樁檢測技術規范的要求，為設計提供依據的單樁豎向抗壓靜載試驗應采用慢速維持載荷法[1]。強夯前后試樁靜載荷試驗加載均采用慢速維持載荷法，試驗樁加載至基樁檢測規范規定的終止加載的情況為止。

2.2 數據分析

強夯前靜載試驗數據如表1所示。

表1 強夯前單樁豎向抗壓靜載荷試驗數據統計表

3組單樁豎向抗壓靜載荷試驗最大加載值均為2 640 kN，載荷試驗以樁頂沉降量大于前一級荷載作用下的沉降量的5倍，且樁頂總沉降量超過40 mm的形式結束，Q—s曲線屬于陡降型。對于陡降型Q—s曲線，應取其發生明顯陡降的起點對應的荷載值，故強夯前試樁的單樁豎向抗壓承載力極限值為2 420 kN。

強夯后靜載試驗數據如表2所示。

表2 強夯后單樁豎向抗壓靜載荷試驗數據統計表

3組單樁豎向抗壓靜載荷試驗最大加載值分別為2 904 kN,2 541 kN，載荷試驗能穩定結束，試驗達到總沉降量大于60 mm后停止試驗。對于緩變型Q—s曲線，取s=40 mm對應的荷載值，即2 541 kN,2 044 kN和1 953 kN。三者的算數平均值等于2 179 kN，極差不超過平均值的30%，故強夯后試樁的單樁豎向抗壓承載力極限值2 179 kN。

強夯前后，靜載試驗Q—s曲線形態由陡降型變成了緩變型；試驗終止時加載平均值由2 640 kN提高到2 662 kN，強夯處理對試驗加載最大值有輕微提高；單樁豎向抗壓極限承載力由2 420 kN下降到2 179 kN，基樁單樁豎向抗壓極限承載力值降低10%(見表3)。

表3 強夯前后單樁豎向抗壓靜載荷試驗數據對比表

3 靜載試驗問題分析

根據現場強夯檢測結果，處理后地基承載力、土的強度和變形指標均能達到設計要求。按照設計理念，場地在強夯后地基承載力得到了提高的同時，基樁的單樁豎向抗壓極限承載力理應亦有所提高，而實際試驗卻得到了相反的結果。產生這種原因，筆者的分析如下：

1)強夯前，場地地下水水位位于地面標高下6 m處；強夯期間(地面夯沉量1 m)，場地地下水水位抬升2 m，位于地面標高下3 m。本場地在強夯處理完15 d后進行地基檢測[2]，強夯地基檢測結束后隨即進行樁基施工。在樁基施工過程中，部分樁基有地下水涌出現象，同時，臨近的其他區域仍在強夯施工，本場地水位基本維持在地面標高下3 m位置。地基處理和樁基施工中，水位的抬升及上涌，必然導致土體上涌，使得土的休止期延長。

2)強夯后的單樁豎向抗壓靜載試驗是在群樁施工完10 d后進行[1]，此時場地地下水水位位于地面標高下4 m處，與此同時，臨近區域仍有部分強夯機具施工。在靜載試驗期間，土體處于超孔隙水壓力降低、地下水水位逐漸往正常水位降落的過程中，土體的重新固結，樁身與樁周土位移量不一致產生負摩擦阻力，導致樁的抗壓極限承載力有所下降[3]。

3)隨著休止時間的增加，土體重新固結，土體強度逐漸恢復提高，樁的承載力也會逐漸增加。根據大量資料表明，樁的承載力時間效應可以使樁的承載力比初始值增長40%～400%[1]。在本場地施工后期，水位達到正常水平時，對工程樁進行了高應變檢測，檢測結果表明，工程樁豎向抗壓極限承載力均能達到設計要求的2 420 kN。

4 結語

根據建筑基樁檢測技術規范要求，承載力檢測時的粉土休止時間不少于10 d。在實際工程施工中，由于受到總工期的限制、趕工期等因素的影響，檢測休止時間選擇規范規定的最少時間。本工程強夯后的樁基極限承載力檢測正是受到上述因素的影響，雖滿足規范中最少休止時間的要求，但實際土體仍處于水位高、孔隙水壓大、重新固結程度不高的狀況。在工程樁的驗收試驗中，特別是給設計單位提供設計依據的試樁試驗，單樁豎向抗壓靜載試驗應盡量安排在地下水水位回歸正常高程、土體重新固結基本完成之后進行。若工期緊，選擇最低休止時間檢測，建議將檢測值增加10%，用來確定類似本文場地完整土體中樁基的承載力。