沖孔灌注樁和PHC管樁豎向承載性能對比試驗(yàn)研究

朱杰清，陳美洛，江 豐，黃文義

(福建省電力勘測設(shè)計院，福建福州 350000)

近年來，我國在東南沿海地區(qū)廣泛興建大型火電廠，為了滿足工程的需要，地基土往往要承受大面積的堆載作用。為了使地基承載力達(dá)到建筑荷載的要求，在電廠建設(shè)中廣泛采用樁基礎(chǔ)。而在眾多的樁基中，沖孔灌注樁和PHC管樁的應(yīng)用較為廣泛。因此，對比研究這兩種樁的承載性能很有必要。

到目前為止，已有不少前人對灌注樁和PHC管樁各自的豎向承載性能進(jìn)行過研究和總結(jié)。如宋建軍［1］，曹稱宇［2］，施峰［3］，朱向榮［4］，徐洪濤［5］等人分別對管樁和灌注樁的豎向承載性能進(jìn)行分析研究，而這些研究中都只針對一種樁，對比沖孔灌注樁和PHC管樁豎向承載性能的研究則很少。因此，有必要開展這方面的相關(guān)研究。

1 試驗(yàn)概況

本文來源于工程實(shí)踐，即莆田某電廠試樁工程，電廠規(guī)劃建設(shè)8臺350 MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，本期建設(shè)4臺350 MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，屬重要大型電廠。為確定適合電廠場地的樁基形式及各巖土層樁基設(shè)計指標(biāo)，故進(jìn)行基樁試驗(yàn)。

1.1 樁基參數(shù)和地質(zhì)條件

各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1，試樁參數(shù)見表2。

1.2 試驗(yàn)方法

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，逐級施加荷載，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載，直至試驗(yàn)終止，然后分級卸載到零。具體作法參照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ 106—2003及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94—94有關(guān)要求制定。

表1 各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)匯總

表2 試樁參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

因篇幅所限，本文分別取沖孔灌注樁的S1-2樁，S4-1樁和PHC管樁的S2-1樁的數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行分析。典型的Q -S曲線見圖1和圖2，側(cè)摩阻力和端阻力統(tǒng)計見表3和表4。

圖1 S1-2樁Q--S曲線示意

圖2 S4-1樁Q- S曲線示意

表3 S1-2樁在各級荷載作用下的側(cè)阻力與端阻力統(tǒng)計

表4 S4-1樁在各級荷載作用下的側(cè)阻力與端阻力統(tǒng)計

2.1 沖孔灌注樁在豎向荷載作用下的承載特性

從S1-2樁的Q -S曲線圖1可知，曲線形態(tài)屬于陡降型，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，確定該樁極限承載力為3 571 kN。該樁承載性質(zhì)屬摩擦樁，樁端承載力遠(yuǎn)低于設(shè)計預(yù)估值。據(jù)此推斷:該樁樁端未在堅(jiān)硬持力層中或樁端存在厚度較大的軟弱層(如沉渣等)。從S4-1樁Q -S曲線圖2可知，這根樁的Q -S曲線形態(tài)屬于緩變型，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，該樁極限承載力為10 000 kN，承載力特征值按其極限承載力一半為5 000 kN。

對比分析圖1，圖2和表1，表2可知:①第一組試樁S1-2的樁身應(yīng)力總體比第四組試樁S4-1和S4-2低50%左右。②兩組試樁樁身應(yīng)力曲線相似，均隨深度分布呈遞減趨勢。兩者間的關(guān)系接近于線性，且各級荷載作用下的應(yīng)力曲線接近平行。③第一組試樁的端阻力所占比例總體比第四組高，從前面的相關(guān)試驗(yàn)，進(jìn)一步分析，第一組試樁樁端并沒有進(jìn)入設(shè)計的持力層，樁底的沉渣可能比較厚，導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力全部發(fā)揮，達(dá)到極限狀態(tài)。接下來的樁頂荷載則全部由樁底承擔(dān)，所以Q -S曲線中出現(xiàn)比較大的沉降，荷載無法維持穩(wěn)定。④從承載性能上看，第一組試樁屬于摩擦樁，第四組試樁則屬于端承摩擦樁，地層情況相同，進(jìn)一步證實(shí)第一組試樁樁端沒有進(jìn)入設(shè)計的持力層或樁底沉渣比較厚。

2.2 PHC管樁在豎向荷載作用下的承載特性

從圖3可知，S2-1樁的Q -S曲線形態(tài)屬于緩變型，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，確定該樁極限承載力為4 666 kN。

圖3 S2-1樁Q -S曲線示意

2.3 鉆芯法試驗(yàn)

S1-2試樁鉆孔總進(jìn)尺34.22 m，檢測樁長31.82 m，取混凝土芯樣31.75 m，取芯率99.8%，樁混凝土芯樣連續(xù)、完整，表面較光滑;芯樣多呈中—長柱狀，混凝土膠結(jié)較好，斷口基本吻合;樁身2.84～4.01 m見寬約1～3 cm的蜂窩裂隙，裂隙面混凝土膠結(jié)差;芯樣局部側(cè)面見少量小氣孔、小裂隙。

骨料為碎石，粒徑約2～4 cm，分布基本均勻。

樁混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值fcu=30.5 MPa＞30.0 MPa，混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。

在鉆進(jìn)31.82～33.78 m時，無法鉆取芯樣，根據(jù)鉆探循環(huán)水沉淀物和該樁旁邊的補(bǔ)勘鉆孔K1-2，應(yīng)為花崗巖破碎帶，巖性以中風(fēng)化為主;33.78～34.22 m為中風(fēng)化花崗巖，巖芯呈柱狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬、新鮮。

取芯及鉆孔結(jié)果證實(shí)，該試樁樁底存在較大厚度的沉渣，下伏花崗巖破碎帶，樁底距完整的中風(fēng)化花崗巖頂面1.96 m。

S1-3試樁鉆芯結(jié)果與S1-2樁類似。鉆孔34.80 m，檢測樁長28.53 m，取混凝土芯樣28.45 m，取芯率99.7%，樁混凝土芯樣連續(xù)、完整。

鉆芯法綜合分析結(jié)果:S1-2，S1-3樁樁身完整性為Ⅱ類樁，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，樁端入巖深度未達(dá)到設(shè)計要求。

3 結(jié)論

1)從3組試樁的Q -S曲線可知，進(jìn)入樁端持力層的沖孔灌注樁極限承載力為10 000 kN，而兩組PHC管樁的極限承載力的算術(shù)平均值分別為4 805 kN和3 140 kN，沖孔灌注樁的極限承載力比管樁要高。鉆芯試驗(yàn)結(jié)果，說明第一組沖孔灌注樁極限承載力較低的原因是樁端沒有進(jìn)入設(shè)計的持力層或樁底沉渣比較厚。

2)兩組PHC管樁的回彈率在70% ～80%左右，都很高，說明這兩組樁的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力均未達(dá)到極限狀態(tài)。第四組沖孔灌注樁的回彈也有35%左右，說明該樁處于彈性變形狀態(tài)，承載力未發(fā)揮至極限，兩種樁的單樁承載力都有一定的安全儲備。

3)通過對比樁身側(cè)摩阻力和端阻力分布，兩組沖孔灌注樁屬于摩擦樁，兩組PHC管樁屬于摩擦端承樁，說明PHC管樁的樁端持力層能充分發(fā)揮承載力作用，而沖孔灌注樁對樁端持力層的利用則沒有那么充分。

4)兩組沖孔灌注樁和兩組PHC管樁的樁身應(yīng)力曲線相似，均隨深度分布呈遞減趨勢，兩者間的關(guān)系接近于線性且各級荷載作用下的應(yīng)力曲線接近平行。在各級荷載作用下，四組樁各截面處的樁身應(yīng)力均隨著荷載的增大而增大。

［1］ 宋建軍．錘擊預(yù)應(yīng)力管樁單樁豎向承載力的試驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，1999，29(8):44-48．

［2］ 曹稱宇．預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁軸向承載力計算［J］．水運(yùn)工程，2000，322(11):13-14．

［3］ 施峰．PHC管樁荷載傳遞的試驗(yàn)研究［J］．巖土工程學(xué)報，2004，24(1):95-99．

［4］ 朱向榮，葉俊能，姜賢放，等．沉管灌注筒樁的承載特性淺析［J］．巖土工程學(xué)報，2003，25(5):538-542．

［5］ 徐洪濤，任勝建，張永秀．超長鉆孔灌注樁承載能力可靠度研究［J］．鐵道建筑，2010(6):44-46．