孔底沉渣厚度對(duì)水下鉆孔灌注樁承載力影響的探討與研究

商衛(wèi)東,孫運(yùn)青,武坤倫

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司,河北 石家莊 050031)

水下鉆孔灌注樁是目前使用較為普遍的地基處理樁基形式,樁基規(guī)范對(duì)鉆孔灌注樁的質(zhì)量控制規(guī)定較為詳細(xì),雖然允許鉆孔灌注樁有一定的沉渣厚度,但是由于施工水平對(duì)樁基承載力的影響較大,尤其對(duì)孔底沉渣的要求,較為嚴(yán)格,各樁下的樁底沉渣厚度不會(huì)相同[1]。筆者想通過一組特定的試驗(yàn)來(lái)說明,孔底沉渣對(duì)樁的承載力的影響之大[2],孔底沉渣不但影響樁端阻力的發(fā)揮同時(shí)影響樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮[3]。

1 試樁施工

試驗(yàn)場(chǎng)地由上至下主要地層分別為:素填土,細(xì)砂,中砂,淤泥質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土,粉砂,砂質(zhì)粘性土,全風(fēng)化花崗巖,強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

本次試驗(yàn)的試驗(yàn)樁共3根,樁徑φ 1000mm,樁長(zhǎng) s1-1#為 33m,s1-2#為38m,s1-3#為40m,樁的設(shè)計(jì)豎向極限承載力均為1200 t。本次機(jī)械成孔試驗(yàn)樁選用R622旋挖鉆機(jī)。在成孔、下設(shè)完成導(dǎo)管后,對(duì)s1-1#和s1-2#進(jìn)行二次清孔,測(cè)得孔底沉渣小于5cm時(shí),開始澆筑混凝土成樁。對(duì)s1-3#樁在下設(shè)完導(dǎo)管后,從導(dǎo)管中向孔內(nèi)倒入大約0.2 m3中細(xì)砂,使其產(chǎn)生15cm～20cm的孔底沉渣,本孔在灌注前測(cè)得孔底沉渣為26cm,開始灌注混凝土成樁。

2 試樁實(shí)驗(yàn)

本次試驗(yàn)對(duì)3根試樁(s1-1#、s1-2#、s1-3#)進(jìn)行了綜合試樁,對(duì)試樁進(jìn)行豎向抗壓靜載試驗(yàn),同時(shí)在樁身預(yù)埋安裝應(yīng)力測(cè)量元件測(cè)定樁周各土層的側(cè)阻力和端阻力。

靜載試驗(yàn)前,為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠和試驗(yàn)的正常進(jìn)行,在試驗(yàn)樁(機(jī)械成孔灌注樁)成孔后,對(duì)其成孔質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè),其成孔質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,在試樁和反力樁(錨樁)澆注完后,對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)。

靜載試驗(yàn)結(jié)束后,為查明樁身質(zhì)量、樁底沉渣厚度以及樁端持力層巖土性狀[4],對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行了鉆孔抽芯檢測(cè)。

2.1 抽芯試驗(yàn)

(1)s1-1#、s1-2#樁樁身混凝土連續(xù)、完整,樁身混凝土膠結(jié)好,抽檢混凝土芯強(qiáng)度代表值均滿足C30的要求。樁底有10mm沉渣,實(shí)際樁長(zhǎng)與施工記錄樁長(zhǎng)基本相符。樁端支承于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

(2)s1-3#樁樁身混凝土連續(xù)、完整,樁身混凝土膠結(jié)好,抽檢混凝土芯強(qiáng)度代表值均滿足C30的設(shè)計(jì)要求。樁底有250mm沉渣,符合施工前的預(yù)計(jì)值,抽芯檢測(cè)出實(shí)際樁長(zhǎng)與施工記錄樁長(zhǎng)基本相符。樁端支承于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

2.2 樁身低應(yīng)變

三根樁低應(yīng)變顯示樁身完整。

2.3 靜壓實(shí)驗(yàn)

(1)s1-1#試樁豎向抗壓

試驗(yàn)總加載量為 12000 kN,累計(jì)沉降量為51.66mm,Q～s曲線平緩,無(wú)明顯陡降段,s～lgt曲線緩變,見圖1。

綜合分析,該樁的豎向抗壓極限承載力為Qu=11819 kN。

圖1 s1-1#試樁 Q～s曲線s～lgt曲線

(2)s1-2#試樁豎向抗壓

試驗(yàn)總加載量為13000 kN,累計(jì)沉降量為48.01mm,Q～s曲線平緩,無(wú)明顯陡降段,s～lgt曲線緩變,見圖2。

綜合分析,該樁的豎向抗壓極限承載力為Qu=13000 kN。

(3)s1-3#試樁豎向抗壓

試驗(yàn)總加載量為7000 kN,累計(jì)沉降量為51.77mm,沉降量大,加載至6000 kN時(shí)Q～s曲線出現(xiàn)陡降段,s～lgt曲線尾部明顯向下彎,見圖3。

綜合分析,該樁的豎向抗壓極限承載力為Qu=5000 kN。

2.4 樁身內(nèi)力測(cè)試

樁身內(nèi)力測(cè)試采用滑動(dòng)測(cè)微計(jì)進(jìn)行測(cè)試[5]。在樁身預(yù)埋安裝應(yīng)力測(cè)量元件測(cè)定樁周各土層的側(cè)阻 力和端阻力。

圖2 s1-2#試樁 Q～s曲線s～lgt曲線

圖3 s1-3#試樁 Q～s曲線s～lgt曲線

2.4.1 s1-1#樁身內(nèi)力測(cè)試

從樁頂荷載與摩阻力端阻力關(guān)系曲線圖(圖4)可以看出,當(dāng)樁頂荷載為8400 kN時(shí),總摩阻力已經(jīng)接近極限值,9600 kN時(shí)達(dá)到極限值,總摩阻力基本不再增長(zhǎng),極限總摩阻力為7500 kN左右。當(dāng)樁頂荷載達(dá)到最大時(shí)(12000 kN)總摩阻力為7537 kN,約占總荷載的63%。

圖5為樁身總壓縮量(累計(jì)變形)及樁頂沉降量(s)與荷載(Q)關(guān)系曲線,其差值為樁端位移。從圖上可以看出12000 kN時(shí)樁端沉降達(dá)36mm。

圖4 s1-1#樁頂荷載與摩阻力及端阻力曲線

圖5 s1-1#樁頂沉降及累計(jì)變形與樁荷載關(guān)系曲線

2.4.2 s1-2#樁身內(nèi)力測(cè)試

圖6為s1-2#樁軸向力和摩阻力曲線。

從圖6中可看出,當(dāng)樁頂荷載為10000 kN時(shí),總摩阻力接近極限荷載,樁頂荷載12000 kN時(shí)達(dá)極限,總摩阻力為8600 kN,至13000 kN時(shí),總摩阻力基本不再增長(zhǎng)。樁頂荷載至13000 kN時(shí),總摩阻力為8607 kN,占總荷載的66%。

圖6 s1-2#樁頂荷載與摩阻力及端阻力曲線

圖7為樁身總壓縮量(累計(jì)變形)及樁頂沉降量(s)與荷載(Q)關(guān)系曲線,其差值為樁端位移,樁頂荷載為13000 kN時(shí),樁端沉降為28.42mm。

2.4.3 s1-3#樁身內(nèi)力測(cè)試

圖8為樁身總壓縮量(累計(jì)變形)及樁頂沉降量(s)與荷載(Q)關(guān)系曲線,其差值為樁端位移。7000 kN時(shí)樁端位移為42.37mm。

圖9為各級(jí)荷載下樁頂荷載與摩阻力及端阻力關(guān)系曲線。圖中表明在樁頂荷載6000 kN時(shí),總摩阻力達(dá)到極限。

圖7 s1-2#樁頂沉降及累計(jì)變形與樁頂荷載關(guān)系曲線

圖8 s1-3#樁頂荷載與沉降、變形關(guān)系曲線圖

圖9 s1-3#樁頂荷載與摩阻力及端阻力關(guān)系曲線圖

3 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,將3根實(shí)驗(yàn)樁的總體結(jié)果列表見表1。

表1 最大荷載時(shí)摩阻力與端阻力及樁身沉降一覽表

分析這組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知:

(1)比較試樁s1-1#與s1-2#,二者設(shè)計(jì)極限承載力一樣,樁徑一樣,沉渣厚度一致(均為10mm),其最大單位摩阻力變化率為3.39%,端阻力變化率為1.64%,單位端阻力變化率為1.93%,端阻力/樁頂荷載變化率為10.06%;

(2)比較試樁s1-3#與s1-2#,設(shè)計(jì)極限承載力一樣,樁徑一樣,沉渣厚度相差很多,s1-2#沉渣厚度為10mm,s1-3#沉渣厚度為250mm,其最大單位摩阻力變化率為 45.15%,端阻力變化率為69.92%,單位端阻力變化率為69.56%,端阻力/樁頂荷載變化率為39.05%。

4 結(jié) 語(yǔ)

影響樁承載力發(fā)揮的因素很多,孔底沉渣厚度、樁側(cè)泥皮的存在、施工工藝、施工質(zhì)量、混凝土質(zhì)量等會(huì)導(dǎo)致樁承載力變化[6]。本文僅從孔底沉渣厚度的角度出發(fā),探討了沉渣厚度對(duì)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的影響[7]。在相同地層中施工混凝土水下鉆孔灌注樁,當(dāng)設(shè)計(jì)極限承載力相同、樁徑相同時(shí),端承摩擦樁極限承載力受到孔底沉渣厚度的影響是巨大的,從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出,孔底沉渣厚度不但影響樁端阻力發(fā)揮,同時(shí)也影響樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮。孔底沉渣厚度變大時(shí),樁側(cè)摩阻力與樁端阻力發(fā)揮程度同時(shí)降低。但沉渣厚度與樁承載力的定量關(guān)系及發(fā)揮程度還需有關(guān)專家學(xué)者做進(jìn)一步的研究。

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