蘇州地區組合后注漿鉆孔樁承載特性試驗分析

鄭 彬，顧德昌，周春全

（1.蘇州工業園區建設工程質量檢測咨詢服務有限公司，江蘇 蘇州 215024；2.江蘇省建筑工程質量檢測中心有限公司蘇州工業園區分公司，江蘇 蘇州 215024）

0 引言

在超高層建筑、大跨徑橋梁和高速鐵路等基礎工程中，后注漿技術因其工藝簡練、成本低廉與加固效果可靠，已被廣泛應用。隨著工程應用的逐步推廣，后注漿技術的適用對象也逐漸從中小直徑、中短樁發展到大直徑、超長樁。然而，大直徑樁因研究手段受限，完整的現場實測數據偏少，造成對大直徑后注漿樁的豎向應力傳遞及阻力發揮特性缺乏系統的研究，使其分析研究滯后于工程實踐［1］。

同時，在樁基工程設計過程中，工程地質勘察報告、工程地質剖面圖和基樁所處土層的巖土物理力學性能指標值是非常重要的設計依據。但在實際工作中，受限于地質勘察資料的準確度以及工程場地具體情況等因素，僅依靠常規的工程試樁靜載報告提供的信息進行施工圖設計，有時會無法全面掌握樁基所處地下各土層的實際力學特性［2］。

基于以上原因，在進行工程試樁單樁豎向靜載試驗的同時，進行樁身應力追蹤測試，能夠提供更直觀、詳細的土層物理力學參數，從而實現對樁基的優化設計。

本文對蘇州地區某超高層建筑的大直徑組合后注漿鉆孔灌注樁工程試樁進行樁身應力測試，通過分析實測數據，得到該工程抗壓試樁、抗拔試樁的樁身軸力、樁端阻力、樁身側摩阻力的分布情況及發揮趨勢，并與地質勘察報告的土層力學數據對比，驗證樁基所處地下各土層的實際樁端阻力、樁身側摩阻力情況。

1 樁身應力測試試驗過程、目的簡述

某超高層建筑的工程試樁采用雙套管，用于隔離樁頂設計標高以上無效段的樁側與土體的接觸，以達到直接測試有效樁長范圍內的樁基承載力的目的。通過在試樁樁深范圍內埋設振弦式鋼筋計，測試并計算得到試樁樁身軸力、樁側各土層分層摩阻力和樁端阻力。

該項目工程試樁共有 4 根，分別為 2 根抗壓試樁和 2 根抗拔試樁。根據設計要求，加載均未達到破壞狀態，加載至設計要求的最大荷載終止試驗。試樁設計參數見如表1 所示。

表1 試樁基本設計參數

由于抗壓試樁和抗拔試樁所處的孔位相近，所處的土層分層及厚度也類似，因此抗壓試樁和抗拔試樁的鋼筋應力計安裝層位一致，共 5 個斷面，具體如表2 所示。

圖1 現場檢測圖

表2 鋼筋應力計安裝層位 m

2 抗壓樁承載特性試驗數據分析

2.1 樁身軸力傳遞特性分析

在不同分級樁頂抗壓荷載作用下，各測試斷面的樁身軸力值如表3 所示。樁身軸力沿入土深度的分布情況如圖2 所示。

圖2 抗壓試樁樁身軸力分布圖

表3 最大荷載下抗壓試樁樁身軸力實測值 kN

從圖2 可以看出，樁頂位置的軸向壓應力最大。無效段設置雙層護筒隔離樁周土，因此樁頂軸向壓應力占樁頂荷載 100 %。樁端部的軸向壓應力最小，從第 1 級到第 11 級荷載，樁端部軸向壓應力占樁頂荷載的比例從 1.30 %、3.20 % 上升到 8.60 %、9.70 %。對于相同的入土深度，軸向壓應力隨樁頂荷載的增加而增大，增大的幅度隨入土深度的加大而逐漸減小。

2.2 樁端阻力分析

樁端阻力與樁身所處土層的性質、長徑比、休止期、樁端進入持力層深度等多種因素有關，各種因素又不是單一作用，而是相互影響，較為復雜。其中樁身所處土層的性質和樁端進入持力層的深度是較為重要的因素［3］。

本項目中，不同的分級荷載作用下，樁端阻力占相應樁頂壓力的比例如表4 所示。

表4 各級樁頂荷載下抗壓試樁端阻力/樁頂壓力的發展趨勢

從表4 可以看出，隨著樁頂壓力的增加，樁端阻力/樁頂壓力的比例逐漸增加，從一開始的 1.24 %、3.20 % 上升到 8.64 %、9.69 %，也就是說，當樁頂壓力達到本次測試最大值時，樁端阻力發揮的比例也達到最大到約 10 %。樁端阻力占比較小，因此屬于摩擦樁。

通過分析抗壓樁樁端阻力的實測數據可見，在樁頂最大荷載作用下，端阻力為 1 806.1 kPa 和 2 025.1 kPa。對比工程地質勘察報告，⑩1粉質黏土夾粉土層的極限端阻力為 700 kPa，后注漿端阻力增強系數為 2.2。本試樁工程采用后注漿工藝，因此，根據工程地質勘察報告對應的極限端阻力為 1 540 kPa。但實測端阻力比地勘報告的極限端阻力要大，兩根樁的樁端阻力約為工程地質勘察報告給出極限值的 117 % 和 132 %，結果可為大直徑組合后注漿鉆孔灌注樁的豎向承載特性分析提供依據，并為該地區后續樁基設計提供更加充足的試驗分析。

2.3 樁側摩阻力分析

抗壓試樁在不同的樁頂荷載壓力下，沿不同入土深度，樁身側摩阻力分布情況如圖3 所示。

抗壓試樁側摩阻力發揮趨勢如圖4 所示。

圖4 抗壓試樁側摩阻力發揮圖

由圖3 和圖4 所示，側摩阻力的發揮和樁頂壓力有一定的關系，施加的樁頂荷載越大，則樁身側摩阻力越大。其中，對于 KYSZ1，斷面 2-3 的側摩阻力發揮的最好，在相同的樁頂荷載壓力下側摩阻力最大，其次是斷面 3-4；對于 KYSZ2，在樁頂荷載施加的前半段，斷面 2-3 的側摩阻力發揮的較好，到了樁頂荷載施加的后半段，斷面 3-4 的側摩阻力被激發，超越斷面 2-3，成為側摩阻力最大的斷面。

由此可見，對于該地區，斷面 2-3 和 3-4 對抗壓試樁的側摩阻力發揮的意義較大。結合工程地質勘察報告，斷面 2-3 對應的土層主要是是 ⑥1 粉質黏土、⑥2粉質黏土夾粉土。斷面 3-4 對應的土層是⑦2 粘質粉土夾粉質黏土、⑦3 粉質黏土；斷面 4-5，對應的土層是 ⑧1 粉質黏土、⑧2 粉質黏土夾粉土。

通過分析抗壓樁樁側阻力的實測數據可見，在樁頂最大荷載作用下，抗壓樁側摩阻力為 9 582.78 kN 和9 472.60 kN，占樁頂荷載總量的 91.26 % 和 90.21 %。根據地質勘察報告中給出的各層土樁側極限摩阻力和后注漿端阻力增強系數，計算得出，組合后注漿抗壓樁樁側摩阻力極限值為 9 639.80 kN。實測抗壓樁樁側摩阻力最大值與地質勘察報告給出的極限值的比值為 0.99 和 0.94。

3 抗拔樁承載特性試驗數據分析

3.1 樁身軸力傳遞特性分析

在不同分級樁頂抗拔荷載作用下，各測試斷面的樁身軸向應力如表5 所示。樁身軸力沿入土深度的分布情況如圖5 所示。

表5 抗拔試樁樁身軸力實測值 kN

從圖5 可以看出，抗拔樁樁身軸力分布情況與抗壓試樁基本一致。因無效段設置雙層護筒隔離樁周土，因此樁頂軸向應力占樁頂荷載 100 %。樁端部的軸向應力最小，從第 1 級到第 8 級荷載，樁端部軸向應力占樁頂荷載的比例從 0.29 % 分別上升到 0.40 %、0.52 %，與抗壓試樁樁端應力相比，占比較小，這是由于抗壓樁樁端部承受一定程度的端阻力所致。在相同的入土深度，軸向應力隨樁頂荷載的增加而增大，增大的幅度隨入土深度的加大而逐漸減小。

3.2 樁側摩阻力分析

抗拔試樁在不同的樁頂上拔荷載作用下，沿不同入土深度，繪制抗拔試樁側阻力沿入土深度的變化，樁身側摩阻力分布情況如圖6 所示。

圖6 抗拔試樁側摩阻力分布圖

抗拔試樁樁身側摩阻力發揮趨勢如圖7 所示。

圖7 抗拔試樁側摩阻力發揮趨勢

由圖6 和圖7 所示，抗拔試樁側摩阻力和抗壓試樁的發揮規律基本一致。側摩阻力的發揮和樁頂上拔荷載有一定的關系，施加的樁頂荷載越大，則樁身側摩阻力越大。對于 KBSZ1 和 KBSZ2，斷面 2-3 的側摩阻力發揮的最好，在相同的樁頂荷載壓力下，側摩阻力最大，其對應的土層主要是是 ⑥1 粉質黏土、⑥2 粉質黏土夾粉土。

不同的是，對于 KBSZ1，隨著樁頂施加的上拔荷載增加，斷面 4-5 的側摩阻力上漲較快，在樁頂荷載較大時，已經超越斷面 3-4。由此可見，對于該地區的抗拔試樁，斷面 2-3 對側摩阻力的發揮意義最大。

通過分析抗拔樁樁側阻力的實測數據可見，在樁頂最大荷載作用下，抗拔樁側摩阻力為 4 915.59 kN 和4 896.51 kN，占樁頂荷載總量的 94.53 % 和 94.16 %，根據地質勘察報告中給出的各層土樁側極限摩阻力、后注漿端阻力增強系數和抗拔系數，計算得出，抗壓樁樁側摩阻力極限值為 6 747.86 kN。實測抗壓樁樁側摩阻力最大值與地質勘察報告給出的極限值的比值均為 0.73。由于抗壓樁和抗拔樁的荷載傳遞機理有所不同，樁側摩阻力的特點也有所差異，造成差異的原因也很多［4-6］，以上結果可為后續設計提供依據。

4 結語

本文分別對抗壓和抗拔試樁進行受力狀態下樁身應力的測試，分析蘇州地區大直徑組合后注漿鉆孔灌注樁的豎向承載特性，得出以下結論。

1）抗壓樁和抗拔樁的樁身軸力發揮規律基本一致。樁頂位置的軸力最大，樁端位置的軸力最小。抗壓試樁從第 1 級到第 11 級荷載，樁端部軸向壓應力占樁頂荷載的比例從 1.30 % 和 3.20 % 分別上升到 8.60 % 和 9.70 %。抗拔試樁從第 1 級到第 8 級荷載，樁端部軸向應力占樁頂荷載的比例從 0.29 % 分別上升到 0.40 % 和 0.52 %，在相同的入土深度，軸向應力隨樁頂荷載的增加而增大，增大的幅度隨入土深度的加大而逐漸減小。

2）抗壓樁和抗拔樁的樁身側摩阻力發揮規律基本一致。側摩阻力的發揮和樁頂荷載有一定的關系，施加的樁頂荷載越大，樁身側摩阻力越大。在樁頂最大荷載作用下，抗壓樁側摩阻力和抗拔樁側摩阻力分別約占樁頂荷載總量的 91 %、94 %。斷面 2-3 和 3-4 對該地區的抗壓試樁的側摩阻力發揮的意義較大，對于該地區的抗拔試樁，斷面 2-3 對側摩阻力的發揮意義最大。

3）對于抗壓試樁，隨著樁頂壓力的增加，樁端阻力/樁頂壓力的比例逐漸增加，當樁頂壓力達到最大值測試時，樁端阻力發揮的比例也最大，達到約 10 %。樁端阻力占比較小，因此屬于摩擦樁。

4）對比實測數據與地質勘察報告數據，抗壓樁實測端阻力比地質勘查報告給出的極限端阻力要大，約為工程地質勘察報告給出極限值的 131 %，結果可為設計后續的工程樁設計提供依據。

5）在樁頂最大荷載作用下，實測抗壓樁樁側摩阻力最大值和實測抗拔樁樁側摩阻力，與地質勘察報告給出的極限計算值的比值分別為 0.94 和 0.73，可為后續設計提供依據。