樁端后注漿大直徑超長鉆孔灌注樁現(xiàn)場試驗研究

楊長城

（上海市建筑科學(xué)研究院，上海 200032）

樁端后注漿大直徑超長鉆孔灌注樁現(xiàn)場試驗研究

楊長城

（上海市建筑科學(xué)研究院，上海 200032）

通過對3根端后注漿大直徑超長灌注樁的現(xiàn)場試驗，采用雙循環(huán)法進(jìn)行加載，采用沉降桿法測試工程樁頂、樁底的沉降，同時通過應(yīng)力計測試樁身不同斷面的軸力。為研究軟土地區(qū)大直徑超長灌注樁提供有價值的數(shù)據(jù)。試驗表明：樁底沉降較小，最大加載時約為3mm，試樁頂?shù)睦塾嫵两祹缀跞坑蓸渡韷嚎s量產(chǎn)生；樁端后注漿處理后，由于樁底沉降較小，樁身樁土相對位移減小，使樁側(cè)土層摩阻力相對于不考慮后注漿時有明顯提高，提高比例約為40%~50%，樁端阻力約占總承載力的24%。

大直徑超長灌注樁；樁端后注漿；雙循環(huán)；現(xiàn)場試驗

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.031

1 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展，出現(xiàn)越來越多的超高層建筑，在軟土地區(qū)，大多采用大直徑超長鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)形式，而樁端后注漿是提高大直徑超長灌注樁的有效手段。文獻(xiàn)[1]等綜合分析上海地區(qū)十余項工程的樁端后注漿灌注樁測試資料，對樁端后注漿大直徑超長灌注樁的樁端承載特性進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2]-[5]基于現(xiàn)場試驗，研究了大直徑超長灌注樁受荷狀態(tài)、承載性能及荷載傳遞機理等問題。

文章基于工程現(xiàn)場載荷試驗實測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步研究樁端后注漿大直徑超長灌注樁承載變形特性、荷載傳遞機理及樁身壓縮性狀等問題。

2 工程概況

某工程位于上海市徐匯區(qū)，云錦路以東、龍耀路以南、規(guī)劃十路以西、規(guī)劃七路以北所圍地塊內(nèi)。項目主塔樓為約280m的超高層地標(biāo)寫字樓。本場地地貌屬于濱海平原地貌類型，場地內(nèi)地勢較平坦，地基土層及參數(shù)如表1所示。

3 試驗方案

本工程抗壓試樁采用鉆孔灌注樁，樁徑為準(zhǔn)1000mm，樁長為82.8m，持力層為⑨2層粉細(xì)砂。樁身混凝土強度為水下C45，試樁采用樁端后注漿，注漿量5t。試驗樁共3組，采用6錨樁法，試錨樁布置圖（見圖1）。試樁的預(yù)估最大加載值24600kN，實際加載時，根據(jù)工程樁有效樁頂標(biāo)高處的荷載值達(dá)到23500kN為控制條件。試樁概況如表2所示。

圖1 試錨樁平面布置圖

表1 地層特性表

表2 試樁信息

抗壓試驗采用雙循環(huán)[6]加載方式：

1）第一周期

加荷：0.2P→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P(維持24h)，P為最大加載量。

卸荷：0.7P→0.6→0.4P→0.2P→0。

2）第二周期

加荷：0.2P→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P→0.8P→0.9P→P；

卸荷：P→0.8P→0.6P→0.4P→0.2P→0。

注：P為預(yù)估最大加載值（24600kN）。實際加載時，根據(jù)工程樁有效樁頂標(biāo)高處的荷載值（23500kN）為控制條件，適當(dāng)增加荷載量。

在工程樁樁頂處（相對標(biāo)高-18.9m）及樁底采用沉降桿法量測樁身各級荷載作用下的沉降變形。同時進(jìn)行樁身軸力測試，每根試樁樁身布置11個測試斷面，分別在樁頂以下0.5m、19.4m（工程樁頂標(biāo)高以下0.5m）、20m、24m、35m、38m、49m、58m、68m、79m、82.3m，其中：20m、24m、35m、38m、49m、58m、68m、79m，分別表示土層④2-1、④2-2、⑤1、⑤3-1、⑤3-2、⑤3-3中部、⑤3-3、⑨1的界面位置。每個測試斷面對稱布置3個應(yīng)力計，以獲得樁身軸力及樁側(cè)摩阻力。

測試數(shù)據(jù)計算方法如下：

1）應(yīng)變計算

根據(jù)現(xiàn)場試驗測得的應(yīng)力計頻率fi，求出每個應(yīng)力計不同荷載階段的壓力P和應(yīng)變εs：

式中，Pij為第j斷面第i級荷載下的鋼筋計壓力，Kj為第j斷面鋼筋計標(biāo)定系數(shù)，f0j為第j斷面鋼筋應(yīng)力計初始讀數(shù)，fij為第j斷面第i級荷載下的鋼筋應(yīng)力計讀數(shù)，Bj為第j斷面鋼筋計標(biāo)定系數(shù)，εsij為第j斷面第i級荷載下的鋼筋應(yīng)力計應(yīng)變，Asj為第j斷面鋼筋應(yīng)力計斷面積，Es為鋼筋應(yīng)力計彈性模量。

2）樁身軸力計算

當(dāng)進(jìn)行樁抗壓試驗時，根據(jù)混凝土和鋼筋變形協(xié)調(diào)條件，可求出樁身斷面軸力Qij：Qij=εsij·（Es·Agj·nj+Ec·（Aj-Agj·nj））

式中，Qij為第j斷面第i級荷載下的樁身軸力；Agj為第j斷面單根主筋面積；nj為第j斷面主筋數(shù)量；Aj為第j斷面樁孔面積（根據(jù)測孔資料確定）；Ec為混凝土彈性模量。

3）樁側(cè)分層摩阻力和樁端端阻力計算

樁頂各級荷載下的各樁側(cè)分層摩阻力和端阻力計算如下：

式中，qsij為第i級荷載下第j斷面至j+1斷面樁側(cè)摩阻力；qpi為第i級荷載下樁的端阻力；uj為第j斷面至j+1斷面樁身周長(根據(jù)測孔資料確定)；lj為第j斷面至第j+l斷面樁長；，Qn為樁端的軸力，An為樁端面積。

（1）樁身軸力

試樁在各級荷載下的各斷面軸力變化曲線，如圖2所示。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，試樁的承載力開始階段基本由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，隨著試驗逐級加載，樁側(cè)摩阻力由淺到深逐漸發(fā)揮；試驗加載至第8級荷載（22140kN）后，樁端阻力開始發(fā)揮，隨著試驗繼續(xù)加載，端阻力逐漸增大，繼續(xù)增加的試驗荷載基本由端阻力承擔(dān)。

圖2 各試樁樁身軸力分布曲線

根據(jù)試驗結(jié)果，各試樁在最大試驗荷載下，3根試樁TP1-1、TP1-2、TP1-3，工程樁樁頂處軸力分別為24099kN、23571kN和23670kN，滿足工程樁樁頂標(biāo)高處的荷載值（23500kN）控制要求。

（2）樁側(cè)摩阻力、端阻力

根據(jù)圖3試驗結(jié)果，各試樁在相應(yīng)試驗最大荷載下，工程樁樁身段各土層樁側(cè)摩阻力如表3所示。

表3 最大荷載下工程樁樁身段樁側(cè)土層摩阻力

由表3可知，樁端后注漿處理后，由于樁底沉降較小，樁身樁土相對位移減小，使樁側(cè)土層摩阻力相對于不考慮后注漿時有明顯提高，提高比例約為40%~50%。

各試樁在最大試驗荷載下，工程樁樁身段樁側(cè)總摩阻力、樁端阻力見表4。

表4 最大荷載下工程樁樁身段樁側(cè)總摩阻力和端阻力

由表4可知，在最大試驗荷載時，3根試樁在工程樁樁身段，樁身總摩阻力約占總承載力的76%，樁端阻力約占總承載力的24%。表明樁端后注漿技術(shù)改善了灌注樁的樁端承載特性，大幅度提高了樁端土體的承載能力和變形特性，為樁端阻力的發(fā)揮提供了條件[7-8]，使超長樁的端阻力有較高發(fā)揮。

4 結(jié)語

文章通過對3根樁端后注漿大直徑超長灌注樁的現(xiàn)場試驗，得到了如下幾點結(jié)論：

1）對承載能力要求較高的大直徑超長灌注樁，采用雙循環(huán)法靜載試驗，第1循環(huán)時需恒載24h，能更真實模擬基樁受荷條件，為設(shè)計提供更可靠的試驗結(jié)果。

2）因靜載試驗一般在自然地坪進(jìn)行，而設(shè)計更關(guān)心的是工程樁頂標(biāo)高處的承載力，因此，根據(jù)工程樁頂處的軸力測試結(jié)果，控制試驗最終加載值，更符合設(shè)計要求。文中3根試樁的工程樁頂處軸力分別為24099kN、23571kN和23670kN，滿足設(shè)計23500kN的控制要求。

3）由于樁端后注漿技術(shù)改善了大直徑超長灌注樁的樁端承載特性，大幅度提高了樁端土體的承載能力和變形特性。文中3根試樁，假設(shè)不考慮樁端后注漿，試樁的極限承載力約為14700kN，而由試驗結(jié)果可知，樁端后注漿后試樁的極限承載力提高約69%以上，說明樁端后注漿對超長樁的樁身及樁側(cè)摩阻力提高有顯著效果。

4）通過沉降桿法量測樁身不同斷面的沉降，發(fā)現(xiàn)樁端后注漿灌注樁的樁底沉降較小，最大加載時約為3mm，試樁頂?shù)睦塾嫵两祹缀跞坑蓸渡韷嚎s量產(chǎn)生。在荷載24600kN時，樁身實測壓縮量約為33mm，按理論計算約為47mm。表明樁身仍基本處于彈性變形階段，承載力主要由樁身摩擦力提供。

5）樁端后注漿處理后，由于樁底沉降較小，樁身樁土相對位移減小，使樁側(cè)土層摩阻力相對于不考慮后注漿時有明顯提高，提高比例約為40%~50%。在最大試驗荷載時，3根試樁在工程樁樁身段，樁身總摩阻力約占總承載力的76%，樁端阻力約占總承載力的24%。

【1】岳建勇，等.上海軟土地區(qū)樁端后注漿灌注樁單樁極限承載力估算方法探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009(S1)：721-724.

【2】王衛(wèi)東，李永輝，吳江斌.上海中心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2011(12)：1817-1826.

【3】劉開富，等.軟土地區(qū)樁端后注漿灌注樁豎向承載性能試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2013(S2)：1054-1057.

【4】李永輝，吳江斌.基于載荷試驗的大直徑超長樁承載特性分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2011(5)：895-902.

【5】吳祖咸，等.樁端后注漿大直徑超長鉆孔灌注樁承載力的試驗研究[J].建筑技術(shù)，2010(10)：896-897.

【6】唐升貴，等.膨脹土中雙循環(huán)加卸載法樁靜載試驗[J].巖土工程界，2007(11)：59-61.

【7】蔣建平，高廣運，章楊松.樁端巖土強度提高對超長樁樁身總側(cè)阻力的強化效應(yīng)研究[J].巖土力學(xué)，2009(9)：2609-2615.

【8】蔣建平.大直徑超長樁的承載潛力問題探討[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006(3)：333-338.

Field Test Research on Large-diameter and Extra-long Bored Piles with Pile-end Post-grouting

YANGChang-cheng
(ShanghaiResearchInstituteofBuildingSciences,Shanghai200032,China)

In this paper ,field test on 3 large-diameter and extra-long bored piles of pile-end post-grouting, adopts double circulation method to load, the settlement barmethod is used tomeasure the pile settlement of pile top and bottom.At the same time, the axial force of pile in different sections is testedwith the stressmeter.Therewill provide valuable data for research in soft soil areawith large-diameter and extra-longbored pile.Thisfield test showsthat the settlement of pile bottom is small, only about 3mm under maximum load, cumulative settlement of pile top almost entirely is produced by the pile compression; After the pile-end post grouting, due to the settlement of pile bottom is small, relative displacement between pile and soil is reduced, the pile side friction resistance of the soil layer is obviouslyhigher thanwithout considering post-grouting, improving the ratio of about40%~50%, the pile end resistance accounted for about 24% of totalcapacity.

large-diameterandextra-longboredpile;pile-endpost-grouting;doublecirculation;fieldtest

TU473.1+6

A

1007-9467（2016）07-0050-03

2016-7-2

楊長城（1981~），男，湖南懷化人，工程師，從事巖土工程樁、地基方面的試驗研究，（電子信箱）keleccy@163.com。