預應力管樁單樁極限承載力動靜測試研究分析

邵晶晶

1 概述

某工程包括15棟住宅樓，地上18層～24層，地下1層，剪力墻結構，基礎擬采用預應力高強混凝土管樁。工程樁施工前，先進行試樁施工，樁型為PHC-AB500(100)型預應力高強混凝土管樁，施工工藝為靜壓。為得到較好的試樁效果，在同一場地、同一樁徑條件下，試樁共設計3組，每組3根，樁長分別為20.0 m，25.0 m，35.0 m。為了比較準確的確定試樁極限承載力并為今后工程樁驗收確定依據，本次試樁檢測對3組9根試樁分別進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗以及高應變動力測試。

2 場地工程地質條件

根據建設單位提供的《巖土工程勘察報告》所示:場地地基土沉積時代及成因類型自上而下依次為:

第②1層亞層粉土()。褐黃色，含云母、煤屑、氧化物，搖振反應中等，無光澤，干強度低，韌性低。呈飽和狀態，稍密～中密狀。壓縮系數 a1－2=0.12 MPa－1～0.15 MPa－1，具中等壓縮性;標貫試驗實測值N=10擊～13擊。

該層厚度2.3 m ～4.7 m，平均厚度3.14 m，層底埋深16.2 m ～17.6 m，層底標高756.79 m ～757.81 m。

第②2層亞層粉細砂。褐黃色，含云母、石英、氧化物，呈稍密～中密狀，標貫試驗實測值N=13.0擊～21.0擊;靜力觸探錐尖阻力 qc=3.2 MPa～8.4 MPa，側阻力 fs=78 kPa～106 kPa。該層厚度5.10 m ～12.0 m，平均厚度8.51 m，層底埋深19.5 m ～23.8 m，層底標高749.94 m～755.11 m。該層與②1層亞層粉土、②3層亞層粉質粘土呈互層狀。

第②3層亞層粉質粘土褐黃色，含云母、煤屑、氧化物等，局部呈粉土質，無搖振反應，稍有光滑，干強度中等，韌性中等。呈飽和狀態，具中等壓縮性;標貫試驗實測值N=11擊～16 擊。該層厚度1.7 m ～4.2 m，平均厚度2.88 m，層底埋深20.2 m ～23.8 m，層底標高749.94 m ～753.80 m。

3 單樁豎向抗壓靜載試驗結果

1)第一組樁長20.0 m靜載荷試驗結果見表1。

表1 第一組樁長20.0 m靜載荷試驗結果

根據第一組3根試樁(樁長20.0 m)單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果，其平均值為2 480 kN，平均值的30%為744 kN，極差240 kN，極差小于平均值的30%。取其平均值2 480 kN為3根試樁(樁長20.0 m)單樁豎向抗壓極限承載力統計值。

2)第二組樁長25.0 m靜載荷試驗結果見表2。

根據第二組3根試樁(樁長25.0 m)單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果，其平均值為2 893 kN，平均值的30%為868 kN，極差560 kN，極差小于平均值的30%。取其平均值2 893 kN為3根試樁(樁長25.0 m)單樁豎向抗壓極限承載力統計值。

表2 第二組樁長25.0 m靜載荷試驗結果

3)第三組樁長30.0 m靜載荷試驗結果見表3。

表3 第三組樁長30.0 m靜載荷試驗結果

根據第三組3根試樁(樁長35.0 m)單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果，其平均值為3 400 kN，平均值的30%為1 020 kN，極差680 kN，極差小于平均值的30%。取其平均值3 400 kN為3根試樁(樁長35.0 m)單樁豎向抗壓極限承載力統計值。

結論分析:1)根據靜載荷試驗結果，3組試驗中每組試樁都有1根～2根試樁在試驗過程中發生破壞，位移量超過60 mm，但通過統計分析，其每組試驗所得測試數據極差都小于其平均值的30%，數據不離散，極限承載力統計值都比較穩定，所得數據比較可靠。2)縱向比較3組試驗數據，考慮到樁端面積相同，樁端土層性質差別不大，假定樁端承載力相同。比較第一組和第二組，樁徑不變、樁頂標高相同的條件下，樁長增加5.0 m，樁身側阻力面積增大7.85 m2，單樁豎向抗壓極限承載力統計值提高413 kN，平均每增加1延米樁長，承載力提高82.6 kN;比較第二組和第三組，同條件下，樁長增加10.0 m，單樁豎向抗壓極限承載力統計值提高507 kN，平均每增加1延米樁長，承載力提高50.70 kN。由此可見，相同條件下，增加樁長，并不能成正比例關系的提高單樁極限承載力，在試驗范圍內，樁長越長，承載力越大，但其提高幅度越小。3)考慮到樁長范圍內，主要以粉土和粉質粘土為主，個別層互層，土層性質差別不是很大，在土層性質差別較大的第②1層粉細砂層中，其層底埋深為19.5 m～23.8 m，在3組試樁樁長范圍內均有分布。故假設3組試樁，樁身側摩阻力均勻分布，考慮適當的樁端阻力，第一組試驗，平均每延米樁長提供約120 kN側摩阻力;第二組試驗，平均每延米樁長提供約110 kN側摩阻力;第三組試驗，平均每延米樁長提供約90 kN側摩阻力。由此可見，在樁長最小的第一組試驗中，其樁身側阻力得到了較其他兩組更充分的發揮，提供的每延米側阻力更高。4)由前面的分析可知，在同條件下，不考慮其他因素，樁長為20.0 m的試樁提供的單位承載力較高，樁長增加，其單樁極限承載力也相應的增加，但是增加效果會越來越不理想。同時，考慮到樁長為20.0 m的試樁，樁端可能位于第②1層粉細砂層，與其他樁端持力層相比較，更加理想，故綜合考慮工程樁采用樁長20.0 m將會更加經濟合理。

4 高應變動力測試

1)測試原理及方法。高應變測試是用重錘沖擊樁頂，使樁周土產生彈塑變形，通過采集樁頂附近截面的力和速度時程曲線，經應力波理論分析計算，得到樁的承載力。本次檢測采用PAK型打樁分析儀，采用6.5 t整體重錘，曲線分析采用凱司法。

2)測試結果。根據實測曲線，經采用凱司法分析，分析結果見表4。第一組3根試樁(樁長20.0 m)的單樁豎向抗壓承載力統計值為2 452.3 kN;第二組3根試樁(樁長25.0 m)的單樁豎向抗壓承載力統計值為2 888.6 kN;第三組3根試樁(樁長35.0 m)的單樁豎向抗壓承載力統計值為3 512 kN。

表4 凱司法分析結果

3)結果分析。a.根據測試結果，高應變動力測試所測得的單樁極限承載力隨樁長的變化規律與靜載荷試驗相同，即樁長為20.0 m的試樁提供的單位承載力較高，隨著樁長的增加，其單樁極限承載力增加值會越來越小。b.根據靜載荷試驗和高應變動力測試，兩種測試手段所測得的同一組試樁的單樁承載力相差不大，動力和靜力測試能夠取得很一致的結果。

5 結語

1)通過靜載荷試驗和高應變動力測試綜合分析，增加樁長，可以增加單樁極限承載力，但二者不成正比例關系，隨著樁長的增加，承載力提高幅度會越來越小。

2)在該場地，同一樁徑、同一樁頂標高條件下，單位延米提供的承載力值隨著樁長的增加而減小，樁長越短，樁周土的極限側摩阻力越發揮充分，單從經濟合理的角度考慮，建議工程樁采用20.0 m 樁長。

3)通過對靜載荷試驗結果和高應變動力測試結果對比分析，兩者測試結果幾乎相差無幾。考慮到高應變測試速度快、工期短、交叉作業少、測試現場條件簡單等優點，將來工程樁的大批量驗收工作，可考慮主要以高應變動力測試為主。

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