雙套管灌注樁的錨樁法靜載研究與應用

王崢輝

（南京南大巖土工程技術有限公司，江蘇 南京 210039）

0 引言

單樁豎向抗壓靜載試驗是最常用、可靠的樁基承載力檢測方法，根據反力作用方向試驗可分為：堆載法、錨樁法和自平衡法等［1］。其中錨樁法靜載試驗，快速、便捷、周期短，對大噸位靜載試驗有較明顯的優勢，目前對錨樁法研究主要是在大噸位［2］、超長樁［3］、反力橫梁裝置［4］、錨樁對試驗樁［5］的影響等方面。由于靜載試驗時，地面至實際樁頂標高段（基坑挖深范圍內）的樁側摩阻力的干擾，很難準確獲得基樁在使用過程中的豎向承載力，其研究受到大噸位靜載工程的“一案一例”制約，相關報道較少。為此，本文以南京河西深厚軟土區某超高層建筑錨樁法靜載試驗為研究案例，利用基坑開挖范圍內樁基內外雙層套管設計，消除該部位樁基與土體之間側摩阻力對承載力的影響，研究錨樁靜載試驗中雙套管段樁身壓縮變形，分析靜載試驗結果，以期獲得更精準的靜載試驗數據，準確判定運營期間的樁基承載力。

1 工程概況

本工程位于南京河西新城南部，分為 A、B、C、D 4 個地塊，其中 A1 塔樓高約 580 m，地下 4 層，基坑面積約 22 300 m2，基坑周長 600 m，開挖深度 21 m（見圖 1 中灰色區域）。該塔樓試驗樁采用“鉆孔灌注樁+樁端后注漿”，樁徑 1 100 mm，樁長 78 m（其中有效樁長 50.0 m），樁端進入 ⑤-3 層中風化泥巖≥16.5 m，樁身混凝土強度 C50，單樁抗壓極限承載力特征值 17 000 kN?？箟涸囼灅稑痘喜?28 m 范圍（基坑開挖深度范圍）內，采用內外雙套管構造設計（見圖 2），以消除該部位的側摩阻力對樁抗壓承載能力的影響，準確地獲得樁基抗壓承載力（見圖 3）。

圖1 項目位置圖

圖2 樁基雙套管構造示意圖（單位：mm）

圖3 試樁及錨樁設計圖（單位：mm）

2 地質條件

工程場地屬長江漫灘地貌單元，基本平緩。根據現場勘察報告顯示地基土層自上而下可分為 5 大層 12 個亞層，包括：①-2 層，松散～稍密的褐灰色～灰色素填土；②-1 層，軟塑～可塑狀態的灰黃色～灰色粉質黏土；②-2 層，流塑狀態灰色淤泥質粉質黏土；②-3a 層，稍密～中密的灰色飽和粉砂夾粉質黏土；②-3 層，中密局部稍密的飽和青灰色粉砂，局部夾薄層粉質黏土；③-1 層，密實局部中密的飽和青灰色粉細砂，局部夾薄層粉質黏土；③-1a 層，軟塑灰色粉質黏土夾粉砂，本層以透鏡體狀分布在 ③-1 層粉細砂中；③-2 層，密實的青灰色飽和細砂；③e 層，密實的青灰色中粗砂含卵礫石，以中粗砂為主；⑤-2 層，強風化棕紅色泥巖，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級；⑤-3a 層，中風化棕紅色泥巖（破碎層），局部為粉砂質泥巖、泥質結構，塊狀構造，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級；⑤-3 層，中風化棕紅色泥巖，泥質結構，塊狀構造，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

3 試驗過程

3.1 靜載試驗方案

試驗現場采用“六錨一”的布樁方式，試驗樁樁頂最大荷載為 34 000 kN，利用反力架、法蘭和對拉鋼筋等形成鋼構體系，與錨樁外露鋼筋錨固形成反力系統，采用油壓千斤頂將反力系統頂起，由錨樁提供反力，俗稱“錨樁反力梁裝置”，加載方式采用慢速維持荷載法。如圖 4 所示。具體試驗過程按照 JGJ 106－2014《建筑基樁檢測技術規范》執行。

圖4 試驗樁與錨樁示意圖

3.2 雙套管段樁身壓縮量計算與測試

根據 JGJ 94－2008《建筑樁基技術規范》樁身壓縮量計算公式，套管段樁身不考慮側摩阻力時，其樁身壓縮理論計算值為 26.97 mm。樁內埋設應變計進行樁身壓縮量測試，在距樁頂面以下 9、20、26 m 位置各埋設一組 4 個應變計，均勻分布在樁身橫截面上。將試驗前的初始頻率與維持荷載時變形穩定后的頻率按下面公式計算應變量見式（1）：

3.3 試驗過程

試驗前對反力體系整體進行了建模、計算，對找出的關鍵部位，如錨固件、抗拉鋼筋、鋼梁承載力及錨樁抗拔力等進行了驗算，驗算通過后還制定了成孔質量檢測、樁身完整性檢測、反力體系重心一致、反力架鋼構驗收等安全作業要點和應急處理措施以確保試驗的安全、穩定。試驗從樁基施工開始至拆除試驗架結束，具體試驗流程如圖 5 所示。每次試驗的鋼架結構完成（見圖 6），經驗收并試壓后正式試驗，試驗完成再轉移至下一根樁。

圖5 錨樁法靜載試驗現場流程圖

圖6 搭設完成的試驗架

4 數據分析

4.1 應變數據分析

本次共進行了 4 根鉆孔灌注樁的單樁抗壓靜載試驗，在試驗的同時通過測試應變計算套管段在某一級荷載作用下套管段樁身壓縮量，按單樁統計如表 1 所示。

表1 某一級荷載下雙套管段樁身壓縮變形量匯總表

根據表中數據畫出加載過程的散點圖；并以“0”截距的二次多項式對 4 根樁的平均值進行曲線擬合，擬合曲線的多項式表達和相關性指標如圖 7 所示。

圖7 雙套管段樁身壓縮量隨荷載變化散點圖及擬合曲線

由圖 7 可知，4 根樁的套管段樁身壓縮量變化趨勢是一致的，在最大加載（34 000 kN）時，總壓縮量在19.85～23.09 mm，與理論計算樁身壓縮量（約 26.97 mm）相比，總體偏??；樁身壓縮量隨加載過程沒有突變，說明此段樁身混凝土澆筑均勻、完整性好，在加載期間樁身未發生破壞。

經多種擬合曲線比較看，按照截距為“0”的二次多項式進行擬合時，具有較高的相關性（R2=0.996 4），不完全服從線性（胡克定律F=K·S）規律，說明混凝土為非彈性介質，樁身壓縮變形還受其他因素制約。從每一級不同樁的樁身壓縮量數據離散情況分析，為“離散→集中→分散”，說明受壓前期樁身混凝土內可能存在微裂隙的收縮，再到混凝土處于彈性形變，到后期樁身混凝土出現少量的塑性變形，與混凝土材料變形一般規律相似。

4.2 靜載數據分析

對 4 根試驗樁的靜載試驗數據整理匯總如表 2 所示。

表2 靜載加載數據匯總表

如圖 8 所示，樁頂總體位移量隨荷載增加而增大，最大值在 46.96～60.60 mm，樁受力變形趨勢為線性，由于該位移包含上部套管段樁身壓縮變形，影響因素較多，所以應當扣除上部樁身壓縮變形量后進行比較分析。

圖8 位移隨荷載變化散點圖及擬合曲線

4.3 扣除套管段樁身壓縮量后的靜載試驗數據分析

根據前述分析，試驗期間上部雙套管段樁身變形基本為彈性變形，假設該部分樁體無側摩阻力，可以將上述部分的樁體簡化為獨立于下部有效樁部分的“傳力柱”，荷載通過該“傳力柱”將樁頂部位的受力傳遞到深部樁體處，將樁頂測得的總位移量扣除對應每級荷載的套管段樁身壓縮量，就得到了下部有效樁體段隨荷載的位移量，據此修正后的每級荷載位移量如表 3 所示。

表3 扣除套管段樁身壓縮變形量的靜載試驗位移隨荷載變化表

如圖 9 所示，扣除套管段的樁身壓縮變形量后的樁位移與加載級數之間的對應關系與前述變形趨勢基本一致；但最大位移量為 27.11～40.59 mm，除 S5# 樁在最后一級荷載下位移出現較為明顯的增大外（但不大于前一級的 5 倍），有效樁位移在變化過程中，均為“緩變型”曲線，沒有出現較大的突變（沒有“拐點”），由此可以說明有效樁段的抗壓極限承載力滿足 34 000 kN。

圖9 扣除雙套管段樁身壓縮變形量的位移隨荷載變化散點圖及擬合曲線

5 結論

1）鉆孔灌注樁內外雙套管方式可以有效地消除雙套管段側摩阻力對基樁承載力的影響，但其自身壓縮變形不可忽略，且該壓縮變形受多方因素影響，呈非線性。

2）超長樁大噸位錨樁法靜載試驗是可行、有效的，除總體位移量較一般樁的試驗結果偏大，其他過程均一致；該工程的“有效”樁段的抗壓承載力滿足 34 000 kN要求。

3）建議加強研究錨樁法靜載試驗方法與設備，使該方法更加便捷、高效；進一步研究在荷載作用下樁基與深部土體之間的受力變形規律，并優化樁基的設計。Q