大直徑嵌巖樁承載性能的試驗(yàn)分析

余　鵬，李　矗

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安　710076)

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大直徑嵌巖樁承載性能的試驗(yàn)分析

余鵬，李矗

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安710076)

摘要：大直徑嵌巖樁具有單樁承載力高、沉降小、抗震性能好的特點(diǎn)，因此愈來愈廣泛的運(yùn)用于各種工程項(xiàng)目中，但其承載性能一直是工程界所關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。根據(jù)焦桐高速泌陽段的兩根嵌巖試樁的測(cè)試結(jié)果對(duì)大直徑嵌巖樁的承載性能進(jìn)行了分析，并結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范對(duì)嵌巖樁單樁豎向極限承載力的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值作了比較，總結(jié)了各規(guī)范中計(jì)算方法的不足之處。

關(guān)鍵詞：大直徑嵌巖樁；承載性能；現(xiàn)行規(guī)范

1工程概況

本文以焦桐高速某橋梁樁基的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托，對(duì)大直徑嵌巖樁的承載特性進(jìn)行分析。試樁共兩根，編號(hào)為1#，2#，對(duì)樁側(cè)土、樁端土通過自平衡靜載試驗(yàn)來測(cè)定其荷載傳遞參數(shù)；對(duì)樁端進(jìn)行壓漿處理，通過埋設(shè)于樁身和樁端的量測(cè)元件得出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)比壓漿前后嵌巖樁的承載性能的變化。試樁參數(shù)見表1，試樁所處位置主要地質(zhì)情況見表2。

表1　試樁參數(shù)

表2　試樁主要地層概況表

2測(cè)試結(jié)果及分析

試樁在鋼筋籠制作過程中，將荷載箱、油壓管道、注漿管道等裝置一起焊接在預(yù)定的位置，并將位移棒從荷載箱的上、下載荷板上引出到地面，試驗(yàn)時(shí)，從地面用高壓油泵通過高壓油管對(duì)荷載箱施加油壓對(duì)外部樁體施加壓力，通過記錄安裝在測(cè)試桿上的電子百分表的數(shù)據(jù)就可以得到上下樁的位移。圖1是測(cè)試所用的自平衡荷載箱，圖2為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器安裝情況。

加載方式采用慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)荷載作用下，上﹑下兩段樁均達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后再加下一級(jí)荷載，直到試樁達(dá)到極限狀態(tài)，當(dāng)一段樁未達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，應(yīng)繼續(xù)加至兩段樁均達(dá)到極限狀態(tài)，然后分級(jí)卸載到零。

清孔完畢后將帶有測(cè)試元件的鋼筋籠放置孔內(nèi)進(jìn)行混凝土灌注，待樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的70%以上后，進(jìn)行第一次測(cè)試；對(duì)試樁進(jìn)行后壓漿處理后進(jìn)行第二次測(cè)試。

1#試樁按預(yù)估加載值2×6 564 kN，共分15級(jí)進(jìn)行加載。第一次測(cè)試時(shí)，當(dāng)加載至第十五級(jí)(2×6 564 kN)時(shí)，樁體向上位移為5.00 mm，向下位移為1.14 mm。圖3為1#試樁第一次測(cè)試的荷載位移曲線。第二次測(cè)試，當(dāng)加載至第十五級(jí)時(shí)，樁體向上位移為2.67 mm，向下位移為1.39 mm，圖4為1#試樁第二次測(cè)試的荷載位移曲線。

2#試樁按預(yù)估加載值2×5 122 kN，共分15級(jí)進(jìn)行加載。第一次測(cè)試時(shí)，當(dāng)加載至第十五級(jí)時(shí)，樁體向上位移為3.84 mm，向下位移為3.10 mm。圖5為2#試樁第一次測(cè)試的荷載位移曲線。第二次測(cè)試，當(dāng)加載至第十五級(jí)時(shí)，樁體向上位移為1.41 mm，向下位移為0.58 mm。圖6為2#試樁第二次測(cè)試的荷載位移曲線。

在樁承載力自平衡測(cè)試中，測(cè)定了荷載箱的荷載、垂直方向向上和向下的變位量，以及樁體在不同深度的應(yīng)變值。通過樁的應(yīng)變和斷面剛度，可以計(jì)算出軸向力分布，進(jìn)而求出不同深度的樁側(cè)摩阻力，利用荷載傳遞解析方法，將樁側(cè)摩阻力與變位量的關(guān)系、荷載箱荷載與向下變位量的關(guān)系，換算成樁頭荷載對(duì)應(yīng)的荷載—沉降關(guān)系，見圖7、8。

圖1　1#試樁第一次測(cè)試荷載位移曲線

圖2　1#試樁第二次測(cè)試荷載位移曲線

圖3　2#試樁第一次測(cè)試荷載位移曲線

圖4　2#試樁第二次測(cè)試荷載位移曲線

圖5　1#試樁等效P—S曲線

圖6　2#試樁等效P—S曲線

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出。

(1)在慢速維持加載法的自平衡試驗(yàn)中，試樁的位移均很小，遠(yuǎn)小于40 mm，說明大直徑嵌巖樁能很好的克服不良地質(zhì)條件，樁頂位移能滿足工程要求，尤其是這兩根大直徑嵌巖樁位于橋墩的位置，其體現(xiàn)出來的工程應(yīng)用價(jià)值就更加明顯。

(2)兩根試樁的嵌巖深度不一樣，但都有很大的嵌巖比，嵌巖比的不同，對(duì)兩根試樁的沉降影響并不明顯，即便是在壓漿之后，情況仍是如此。說明這兩根試樁在設(shè)計(jì)時(shí)過于保守，追求了如此之大的嵌巖深度，造成了工程的浪費(fèi)。

(3)可以發(fā)現(xiàn)，壓漿之后，降低了嵌巖樁的樁頂沉降，說明后壓漿的補(bǔ)強(qiáng)作用能較好的作用于嵌巖樁。特別當(dāng)工程地質(zhì)條件惡劣時(shí)，后壓漿技術(shù)是控制沉降的優(yōu)選方法。

(4)可以看出，壓漿前在不大的外荷載條件下，曲線有一個(gè)明顯的陡降階段，爾后沉降才慢慢趨于平緩。說明2#試樁的樁底有沉渣，荷載傳遞到樁底的時(shí)候，由于沉渣的影響，使得嵌巖樁樁頂沉降突然加大。而壓漿之后的曲線是平滑的緩變型，表明漿液對(duì)樁底薄弱層有加固作用，在樁底形成了強(qiáng)度較大的壓漿復(fù)合體，減少了樁頂沉降。

3對(duì)規(guī)范計(jì)算值的分析

現(xiàn)行規(guī)范中，包括《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)和《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)，可以針對(duì)本次試樁的地質(zhì)條件，計(jì)算出嵌巖樁單樁承載力。表3是規(guī)范計(jì)算值與實(shí)際用值的對(duì)比情況。

表3　單樁承載力對(duì)比表

從表3中可以看出，實(shí)際用值與《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)的計(jì)算值最接近，其余的規(guī)范計(jì)算值則相差較大，而此兩根試樁的單樁承載力的實(shí)際用值就是依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2002)的計(jì)算公式取得的。但我們應(yīng)該注

意到這兩根試樁在測(cè)試時(shí)位移值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于40 mm的允許值，只是測(cè)試到預(yù)估值就停止了加載。因此可以看出這些現(xiàn)行的規(guī)范所計(jì)算的值都偏于保守，并不能真正的反映嵌巖樁單樁承載力，增加了工程成本。

其實(shí)從各個(gè)規(guī)范的計(jì)算公式中我們不難發(fā)現(xiàn)：

(1)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中只考慮樁端阻力，忽略側(cè)阻力，顯然這是不符合嵌巖樁的荷載傳遞機(jī)理的。隨著樁的長徑比和嵌巖深度的增加，計(jì)算值愈來愈偏小，甚至?xí)霈F(xiàn)嵌巖后的極限承載力計(jì)算值比不嵌巖時(shí)還要小的不合理情況。

(2)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中只考慮樁端阻力和嵌巖段側(cè)阻力，忽略土層側(cè)阻力，這就導(dǎo)致在計(jì)算一些上覆土層土質(zhì)良好而且嵌入土層較深的樁基承載力時(shí)會(huì)偏小。同時(shí)，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中并沒有進(jìn)行側(cè)阻力和端阻力隨嵌巖深度變化而作出的修正。

(3)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中綜合考慮土層，巖層側(cè)阻力和樁端阻力，單從計(jì)算模式來講，其符合了嵌巖樁的荷載傳遞規(guī)律；但從計(jì)算結(jié)果來看，和實(shí)測(cè)結(jié)果偏差仍然較大，因此也有待于完善。

4結(jié)論

(1)大直徑嵌巖樁能很好的克服不良地質(zhì)條件，樁頂位移很小，能滿足工程要求。

(2)過大的嵌巖深度對(duì)樁基的實(shí)際性能提高不明顯，反而造成了浪費(fèi)。

(3)壓漿之后，降低了嵌巖樁的樁頂位移，說明后壓漿的補(bǔ)強(qiáng)作用能較好的作用于嵌巖樁。

(4)現(xiàn)行規(guī)范中，僅有《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》考慮了上覆土層的側(cè)阻力，其單樁承載力的計(jì)算模式符合嵌巖樁的荷載傳遞規(guī)律，但計(jì)算值仍和實(shí)際情況偏差較大(偏于保守)，需要進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-09-14

作者簡介：余鵬，從事路基路面設(shè)計(jì)工作。

中圖分類號(hào)：U442

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)05-0115-02