西安地區鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗研究

吳群昌

(西安市勘察測繪院,陜西西安 710054)

西安地區鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗研究

吳群昌?

(西安市勘察測繪院,陜西西安 710054)

針對西安市三環路系統工程特點和建設場地巖土工程條件,選擇有代表性的三個場地進行大直徑、大噸位鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗研究。通過試樁試驗確定了單樁豎向抗壓極限承載力和樁周土極限側摩阻力等參數。經過對試驗結果的分析研究,對工程樁基的設計、施工提出了科學合理的建議。

鋼筋混凝土鉆孔灌注樁;試樁試驗;極限承載力標準值;側摩阻力標準值

1 引 言

西安市三環路系統工程是西安市“十五”期間重點建設項目,全線數座互通式立交和跨河大橋均采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。為給設計提供依據和優化工程樁施工參數,保證樁基工程達到技術先進、經濟合理和安全可靠的目標,建設方要求工程樁施工前在有代表性的三個場地進行試樁試驗研究。通過試樁試驗確定的樁側摩阻力值普遍比《建筑樁基技術規范》的建議值高30%～50%。

2 工程概況及巖土工程條件

2.1 工程概況

擬建的西安市三環路系統東三環官廳立交橋位于西安市東郊灞橋區官廳村,試驗場地位于官廳村西;擬建的三環路系統北三環呂小寨立交橋位于西安市北郊北繞城高速未央路收費站西南側,試驗場地位于北繞城高速未央路收費站西南側;擬建的三環路系統西三環西戶路立交橋位于西安市西南郊小曹里村西,試驗場地位于小曹里村西。

2.2 場地巖土工程條件

根據巖土工程勘察報告,官廳場地地貌單元屬灞河一級階地,地形平坦,屬非自重濕陷性黃土場地,地基濕陷等級為Ⅰ級(輕微)。場地地下水水位深度4.50 m,屬潛水類型。

呂小寨場地地貌單元屬渭河南岸一級階地。場地地下水地下水水位埋深8.60 m,屬潛水類型。該場地為非自重濕陷性黃土場地,地基濕陷等級為Ⅰ(輕微)級。

表1 場地地層物理力學性質指標統計表

西戶路場地地貌單元屬皂河一級階地。場地屬非自重濕陷性黃土場地,地基濕陷等級為Ⅰ級(輕微)。

場地各主要地層的物理力學性質指標如表1所示。

3 試樁試驗

3.1 試驗點的布置及要求

根據設計要求,各試驗場地均布置試樁2根,錨樁6根,樁徑1 200 mm,樁長38.0 m。施工采用機械旋挖鉆成孔工藝,水下灌注混凝土成樁,樁身混凝土強度等級C25。試樁及錨樁樁身主筋配置:樁頂至18.0 m處30Φ25,自18.0 m～36.0 m處15Φ25。試樁編號為S1～S6,其中S1和S2為官廳場地、S3和S4為呂小寨場地、S5和S6為西戶路場地。

3.2 試驗內容及要求

通過對試驗場地6根試樁進行樁孔成孔質量測試、樁身完整性的低應變反射波法和聲波透射法檢測、單樁靜載荷試驗和樁身內力測試。提供樁孔孔深、孔徑、孔斜和孔底沉渣厚度、單樁豎向抗壓極限承載力和樁周土極限側摩阻力等參數,并對試樁樁身完整性進行分類。

3.3 試樁試驗方法及技術要求

試樁試驗依據《建筑基樁檢測技術規范》和《建筑樁基技術規范》進行。成孔質量測試采用孔徑儀、孔斜儀、沉渣測定儀,對試樁成孔質量進行樁孔深度、孔徑、沉渣厚度和垂直度檢測。成樁質量測試方法為低應變彈性波反射法和超聲波透射法。樁周土側摩阻力測試采用HXG-1型鋼筋應力計,在試樁樁身主筋預定位置上綁扎鋼筋應力計。鋼筋應力測試與靜載荷試驗同步進行,靜載荷試驗加載前讀取鋼筋應力計初讀數,每級荷載施加后及樁頂沉降穩定后各測量一次讀數。各鋼筋應力計的埋深位于地層分界處。鋼筋應力計埋設參數如表2所示。

表2 鋼筋應力計埋設參數表

續表2

4 試樁試驗結果分析評價

4.1 成孔質量檢測結果

依據《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202-2002),由表3可見,6根試樁成孔質量的樁孔深度、孔徑、沉渣厚度和垂直度偏差均滿足規范及設計要求,平均孔徑為1 184 mm～1 230 mm。

表3 試樁樁孔成孔質量測試結果匯總表

4.2 成樁質量測試結果

(1)樁身低應變測試結果

依據規范,從6根試樁S1～S6的低應變反射波實測曲線分析看,6根試樁樁底反射信號清晰可見,表明試樁樁身結構完整,均屬Ⅰ類樁。試樁S1和S2實測混凝土縱波波速在2 846 m/s～2 900 m/s之間;試樁S3和S4實測混凝土縱波波速在2 780 m/s～2 840 m/s之間;試樁S5和S6實測混凝土縱波波速在2 930 m/s～3 010 m/s之間。

(2)樁身聲波透射法測試結果

根據對該場地6根試樁成樁質量的聲波透射法測試曲線綜合分析,6根試樁樁身結構均完整,均屬Ⅰ類樁。

4.3 單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果

根據靜載荷試驗資料分析,試樁S1～S2在20 000 kN荷載下,Q～s曲線均呈緩變狀,未達到極限破壞狀態,樁頂最終沉降量分別為12.83 mm、13.03 mm,如圖1所示。依據國家行業標準《建筑基樁檢測技術規程》,2根試樁在試驗條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為20 000 kN。試樁S3～S4在15 000 kN荷載下,Q～s曲線均呈緩變狀,未達到極限破壞狀態,樁頂最終沉降量分別為16.31 mm、15.18 mm,如圖2所示。依據國家標準,2根試樁在試驗條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為15 000 kN。試樁S5～S6在18 000 kN荷載下,Q～s曲線均呈緩變狀,未達到極限破壞狀態,樁頂最終沉降量分別為17.75 mm、19.18 mm,如圖3所示。依據國家標準,2根試樁在試驗條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為18 000 kN。

圖1 S1、S2載荷試驗Q～s曲線

圖2 S3、S4載荷試驗Q～s曲線

圖3 S5、S6載荷試驗Q～s曲線

4.4 樁身內力測試結果

(1)樁身軸力測試結果

根據鋼筋應力計實測數據及各鋼筋應力計的率定曲線參數,可確定出鋼筋籠主筋的軸向力。

根據鋼筋與混凝土應變諧調條件,可按下式計算出各斷面處的樁身軸力。

式中:Qi——樁身第i斷面處軸力(kN);

Ai—第i斷面處樁身截面面積(m2),根據實測孔徑計算;

Ei—第i斷面處樁身材料彈性模量(kPa)。

從實測資料計算結果繪制的樁身軸力分布圖4～圖6看,在樁頂荷載作用下,各樁身軸力均隨深度的增加而遞減,到樁端時已很小,反映出各樁均以摩擦樁為主的承載特性。

圖4 S1、S2樁身軸力分布圖

圖5 S3、S4樁身軸力分布圖

圖6 S5、S6樁身軸力分布圖

(2)樁周土側摩阻力測試結果

根據計算的樁身軸力分布圖可得到樁身各測點截面的軸力Qi(kN)。

樁第i斷面與第i+1斷面間的側摩阻力qsi(kPa)可按下式計算:

式中:u——樁身周長(m),根據實測孔徑平均值(m)計算。

li——第i斷面與第i+1斷面之間的樁長(m)。

根據計算得到的各試樁在試驗極限承載力下的地基土側摩阻力發揮值如表4所示。

計算得到的各試樁在試驗極限承載力下的樁端阻力發揮值很小,反映試樁承載力尚有潛力。

5 結論與建議

通過對西安市三環路系統鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗分析研究。得出下列結論:

(1)三環路系統6根試樁成孔質量的樁孔深度、孔徑、沉渣厚度和垂直度偏差均滿足設計及有關規范要求。

(2)三環路系統6根試樁樁身完整,均為Ⅰ類樁。

(3)三環路系統鋼筋混凝土鉆孔灌注樁在試驗條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為:官廳場地20 000 kN、呂小寨場地15 000 kN、西戶路場地18 000 kN。

(4)根據樁身內力測試結果分析研究,建議該鋼筋混凝土鉆孔灌注樁在試驗荷載下的樁側摩阻力參照表5采用。試樁試驗測試的樁側極限摩阻力比《建筑樁基技術規范》的建議值普遍高30%～50%(個別地層低于規范建議值)。

表4 地基土側摩阻力發揮值(單位/kPa)

表5 側摩阻力建議值(單位/kPa)

(5)在樁身內力測試結果的基礎上,經綜合分析研究,建議該鋼筋混凝土鉆孔灌注樁設計樁長調整為36 m,為工程樁設計提供了可靠的依據。

[1] 姜規模,張思玉,韋顯呈.鋼筋混凝土鉆孔灌注樁應用研究[J].巖土工程界,2009(8).

[2] 李豐,吳群昌,姜規模等.西安市三環路系統鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗研究[A].第三屆全國巖土與工程學術大會論文集[C].中國地質學會,中國巖石力學與工程學會,中國建筑學會,中國土木工程學會,2009(6).

[3] 姜規模,吳群昌,蔡金選等.西安市某工程鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗研究[A].第八屆全國工程地質大會論文集[C].中國地質學會,2008(10).

[4] GB50007-2002.建筑地基基礎設計規范[S].

[5] GB50010-2002.混凝土結構設計規范[S].

[6] JGJ106-2003 J256-2003.建筑基樁檢測技術規范[S].

[7] JGJ94-2008.建筑樁基技術規范[S].

[8] GB50202-2002.建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].

An Experimental Research on Reinforced Concrete Drill-hole Pile Testing of the Third Ring Road System in Xi’an City

Wu Qunchang
(Xi’an Institute of Prospeotng&Mapping,Xi’an 710054,China)

According to the characteristics of the system engineering of the Third Ring Road in Xi’an city and the geotechnical conditions of construction site,the trial pile tests were carried out on the typical three sites with large diameter and large-tonnage reinforced concrete drill-hole pile.The parameters,such as vertical resist compression ultimate bearing capacity and the ultimate friction resistance of single pile,were determined.In addition,the suggestions to constructing and design of boundation piles were proposed based on the analysis of the experimental results.

reinforced concrete drill-hole pile;trial pile test;the standard value of the ultimate bearing capacity;the standard value of the friction resistance

2014—03—18

吳群昌(1964—),男,高級工程師,主要從事巖土工程技術工作。