中掘法管樁承載特性現場試驗研究

劉貴強，呂仁紅，鄭孝露，陳宗涵

（1.安徽省城建基礎工程有限公司，安徽 合肥 230002；2.合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽 合肥 230009）

0 前言

中掘法又可稱為樁中鉆孔法，是通過在管樁中心鉆孔后，由擴大鉆頭采取邊鉆孔邊注漿的方式掘進，在樁底形成擴大頭，保證樁的承載力的方法。相較于現今常用的管樁施工方法，能有效地減少樁周土體垂直隆起和水平移動[1]。中掘法具有經濟、低污染、高效、經濟效益高等優點，并且能夠解決管樁在較硬土體中的使用問題[1～3]。中掘法管樁的適合地層主要為軟硬地層、碎石層、卵石層及巖層。不同的施工方法對施工地層的要求也有所不同。常用的兩種工法為中掘擴大頭加固法（NAKS工法）以及中掘、高壓噴射、擴大頭加固法（STJ工法）[3]。國內學者[1～5]對于中掘法管樁不同工況管樁的承載特性進行了較多研究，但對應大直徑的高承載力管樁的承載特征研究較少，因此本文基于合安高速改擴建01標中派河特大橋工程中的現場兩根大直徑中掘法管樁，進行現場試驗，研究中掘法管樁承載特性。

1 工程概括

本試驗依托合安高速改擴建01標中派河特大橋工程，地點位于安徽省合肥市肥西縣上派鎮境內，橋位區地貌單元為江淮波狀平原，微地貌為河漫灘，高程一般在6.00m～12.00m間，起止樁號：ZK1053+166.174～K1055+013.800，其地貌，根據試驗場地勘查報告，試驗區各層地基土分布如圖1所示，地基土力學指標如表1所示。

巖土體材料基礎參數 表1

圖1 中掘法工程地質剖面圖

橋位區局部發育有軟土，屬特殊性巖土。軟土平均層厚3.48m，最大厚度5.90m，天然含水率平均35.6%，天然孔隙比平均值0.985，液性指數平均值1.32，壓縮系數平均值 0.56MPa-1，其承載力基本容許值為70kPa，摩阻力標準值為20kPa，工程性質差，基礎設計時應注意軟土的影響。

2 試驗方案

基礎采用預應力管樁，樁型為PHC 800 AB 110，采用中掘法施工，樁身混凝土設計強度等級C80。基樁資料匯總表見表2。進行兩根管樁的中掘法現場試驗，樁長初步設計為32m。根據PHC管樁生產工藝，每根樁包括三節管樁，單節長度分別為10m、10m和12m。管樁直徑為800mm。

為了研究中掘法施工管樁基礎的承載特征，并進一步研究樁—土相互作用與管樁荷載傳遞規律等。兩根試樁均需安裝鋼筋計。鋼筋計和導線為特制產品，具有耐高溫高壓蒸養的能力，同時管樁離心生產過程對該鋼筋計不產生影響。鋼筋計的布置方式如圖2所示。自頂部起，每間隔一段布置一組鋼筋計，每個斷面需對稱布置4個鋼筋計，每根樁共24個鋼筋計。在中掘法沉樁完成后，先靜置一段時間，再依據我國相應的規范進行單樁靜載試驗，單樁靜載試驗采用堆載法，逐級加載以確定單樁極限承載力大小。根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)采用慢速維持荷載法，按第5、15、30、45、60min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次。若每一小時內的樁沉降量不得超過0.1mm，并連續出現兩次（從分級荷載施加后第30min開始，按1.5h連續三次每30min的沉降觀測值計算），即可施加下一級荷載。卸載時，每級荷載維持1h，按第15、30、60min測讀樁頂沉降量后，即可卸下一級荷載。卸載至零后，應測讀樁頂殘余沉降量，維持時間不得少于3h，測讀時間為第15、30min，以后每隔30min測讀一次。

圖2 應力計安裝示意圖

3 試驗結果分析

3.1 單樁靜載試驗分析

根據試驗結果樁的沉降參數如表3所示，中掘法管樁在不同的荷載下回彈量相近，沉降量隨荷載的增加而增大。ZJ1#樁的單樁豎向抗壓靜載試驗結果如圖3所示，Q-s曲線在各級荷載作用下未出現陡降，曲線屬于緩變型，從slgt曲線看，各級荷載對應的沉降曲線較平坦，未見明顯下彎，根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)中單樁豎向抗壓極限承載力的確定原則，其豎向抗壓極限承載力檢測值可取最大試驗荷載4000kN，滿足設計要求。

基樁設計參數 表2

圖3 ZJ1中掘法管樁靜載試驗結果

ZJ2#樁的單樁豎向抗壓靜載試驗結果如圖4所示，當荷載逐級增加至4000kN的階段與ZJ1#樁結果相近，當荷載增加至6000kN時，曲線仍變化緩慢，大直徑中掘法管樁仍能滿足強度要求。

圖4 ZJ2中掘法管樁靜載試驗結果

3.2 技術優化設計

對于大直徑中掘法管樁，在沉樁過程當中對地基土無擠密作用，并且鉆孔直徑大，與錘擊沉樁法相比對地基無擠密作用，且鉆孔直徑大于管樁直徑，周圍原狀土被撓動，從而必然導致樁身摩阻力下降，其次管樁內孔土體量小且呈松散狀態，易因樁周強大土壓和水壓的影響使樁尖部分土涌入管內，致使樁尖下層土強度降低，從而導致樁尖端承力下降。因此需要提升管樁的樁身強度，可通過在管樁樁身表面刻槽如圖5所示，可加強樁端的管樁樁身與水泥漿的連接，提高樁端的承載力，適宜設置于樁端500mm～640mm范圍內。并且我們認為尚需進一步探索解決的幾個主要問題。

圖5 樁頂表面刻痕示意圖

①從施工組織措施上，需具體落實培訓專業隊伍，并研究落實合理的清土運土工具。

②從施工技術措施上，需進一步研究需要送樁的場合，如何配備工具式管節解決施工樁頂標高問題。

③從保證樁基承載力的角度考慮，尚需進一步研究采用樁尖部分壓漿加固和防止承壓水地基的管涌等問題。

④在工效上進一步研究挖潛改進措施，以求取得較理想的經濟效益。

4 結語

①大直徑中掘法管樁沉降量小，單樁豎向承載力可達到4000kN以上，沉降平衡時間短，各級荷載作用下平衡時間均勻，沉降量和沉降量隨荷載的增大而增加。

②中掘法成樁效果好，兩組試驗樁的單樁靜載試驗結果相近，均能滿足設計要求。

③通過對樁身進行刻槽設計，增加樁身摩阻力，能有效提高樁端承載力。