深嵌巖樁內(nèi)力測(cè)試試驗(yàn)研究分析

摘要：基于大噸位堆重靜載試驗(yàn)技術(shù)，根據(jù)合肥某超高項(xiàng)目樁基的靜載荷測(cè)試報(bào)告，對(duì)深嵌巖樁的側(cè)阻力和端阻力進(jìn)行了研究分析，主要內(nèi)容包括樁頂位移曲線分析、樁身內(nèi)力測(cè)試、樁側(cè)阻力與端阻力發(fā)揮特性和嵌巖側(cè)阻峰值強(qiáng)度研究等。研究結(jié)果表明，該地區(qū)深嵌巖樁的樁頂Q—S曲線主要是緩變型；樁側(cè)、樁端阻力發(fā)揮并不同步，在基樁不被破壞的前提下，隨著荷載的增加，樁端阻力不斷增大，樁側(cè)阻力的增加受到峰值的限制；巖層側(cè)阻峰值強(qiáng)度隨嵌巖深度增加而增大，增幅與嵌巖深徑比有關(guān)。

關(guān)鍵詞：嵌巖樁；樁側(cè)阻力；樁端阻力；靜載試驗(yàn)

0 引言

隨著超高層建筑的不斷增加，基樁的承載力要求越來(lái)越高，嵌巖樁具有承載力高、群樁效應(yīng)小、沉降收斂快等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。一般認(rèn)為當(dāng)基巖為硬質(zhì)巖石時(shí)，嵌巖深度為2-3倍樁徑時(shí)就能充分發(fā)揮巖石的地基承載力，軟巖地區(qū)基巖受到風(fēng)化作用影響，為滿足上部結(jié)構(gòu)承載力和變形的要求，嵌巖深度會(huì)有不同程度的增加。本文將嵌巖深度大于5倍樁徑的基樁稱為深嵌巖樁，這種樁在軟巖地區(qū)的超高層建筑中應(yīng)用廣泛而相關(guān)實(shí)測(cè)的靜載荷試驗(yàn)資料和理論研究還比較缺乏[1-5]。

合肥地區(qū)軟巖分布廣泛而相關(guān)的深嵌巖樁工程資料很少，對(duì)深嵌巖樁的內(nèi)力研究也缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。本文依托合肥市濱湖新區(qū)某518米超高層樁基檢測(cè)項(xiàng)目，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試樁樁頂沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過預(yù)埋鋼筋計(jì)法監(jiān)測(cè)樁身軸力，分析樁側(cè)和樁端阻力發(fā)揮作用的機(jī)理，研究嵌巖深度對(duì)嵌巖側(cè)阻峰值的影響。以期為深嵌巖樁在軟巖地區(qū)工程實(shí)踐中的內(nèi)力測(cè)試研究提供參考。

1 工程概況及土層

擬建場(chǎng)地位于合肥市濱湖新區(qū)，距巢湖較近，屬江淮沖洪平原地貌單元。工程主體地上部分110層，高518米，基樁承載力要求很高，采用大噸位噸重靜載試驗(yàn)技術(shù)對(duì)基樁承載力進(jìn)行測(cè)試，本文所選取的3根試樁最大加載值取36300kN。試樁均為鉆孔灌注樁，試樁SZ1樁頂標(biāo)高-5.5m，樁底標(biāo)高-44.5m，樁端持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁身彈性模量為2.78×104MPa；試樁均為鉆孔灌注樁，試樁SZ2樁頂標(biāo)高-7.5m，樁底標(biāo)高-47.5m，樁端持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁身彈性模量為2.97×104MPa；試樁均為鉆孔灌注樁，試樁SZ3樁頂標(biāo)高-6.5m，樁底標(biāo)高-45.5m，樁端持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁身彈性模量為2.86×104MPa；相關(guān)試樁參數(shù)見表1。

根據(jù)巖土工程勘察資料，場(chǎng)地地基土在勘察范圍內(nèi)主要由素填土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉砂、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖等6個(gè)工程地質(zhì)層及8個(gè)亞層組成。

2 測(cè)試方法及鋼筋計(jì)位置

本次試驗(yàn)基于大堆位堆重靜載試驗(yàn)技術(shù)。采用慢速維持荷載法進(jìn)行靜載試驗(yàn)，每級(jí)荷載取預(yù)估極限承載力的1/10，第一級(jí)加載量為分級(jí)荷載的2倍。施加后按第5、15、30、45、60min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔30min測(cè)讀一次。當(dāng)每一小時(shí)內(nèi)樁頂沉降量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次（從分級(jí)荷載施加后第30min開始，按1.5h連續(xù)三次每30min的沉降觀測(cè)值計(jì)算）時(shí)，可施加下一級(jí)荷載。卸載時(shí)，每級(jí)荷載維持1 h，按第15，30，60min測(cè)讀1次。卸載至零后，需測(cè)讀樁頂殘余沉降量，維持時(shí)間不得少于3h，測(cè)讀時(shí)間分別為第15min、30min，以后每隔30min測(cè)讀一次樁頂殘余沉降量[6-7]。加載反力裝置采用堆載配重平臺(tái)，堆載平臺(tái)實(shí)景見圖1。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 樁頂位移曲線

本次試驗(yàn)上部堆載噸位很大，在考慮大噸位堆重對(duì)樁周土產(chǎn)生附加應(yīng)力的基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)沉降觀測(cè)、靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)繪手段3種方法對(duì)樁頂沉降進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出樁頂荷載—樁頂位移曲線，如圖4所示。

分析曲線可以發(fā)現(xiàn)，3根長(zhǎng)嵌巖樁的沉降曲線都屬于明顯的緩變型，即隨著樁頂荷載的增加，樁頂位移也慢慢增大且增加的幅度也大體一致，曲線的斜 率近似呈直線分布。試樁樁頂荷載最大值在30000kN左右，樁頂最大沉降量在80mm到110mm之間。試樁SZ1嵌巖深度6.0m，加載最大加至27300kN時(shí)，樁頂最大沉降量為108.32mm；試樁SZ2嵌巖深度6.5m，加載最大加至29400kN時(shí)，樁頂最大沉降量為108.14mm；試樁SZ3嵌巖深度7.0m，加載最大加至36300kN時(shí)，樁頂最大沉降量為72.48mm。從曲線可以看出，在軟巖地區(qū)，嵌巖深度的增大，對(duì)沉降變形是比較有利的。隨著嵌巖深度的增加，其極限承載力隨之增加而相應(yīng)的樁頂位移反而較小。沉降曲線也比較平緩。

3.2 樁身內(nèi)力計(jì)算

將軸力值帶入式（3）和（4），可以得到樁端阻力以及不同深度處的樁側(cè)阻力。該試樁嵌巖段側(cè)阻和端阻力與樁頂荷載關(guān)系如圖6和圖7所示。當(dāng)荷載等級(jí)為27300kN時(shí)，樁端阻力達(dá)到最大值，為13390kN；當(dāng)荷載等級(jí)為23100kN時(shí)，巖層側(cè)阻力達(dá)到最大值，為265kPa，此時(shí)樁端阻力為8873kN，比端阻力所能達(dá)到的最大值小很多。

試樁SZ2、試樁SZ3和試樁SZ1土層條件相差不大，樁側(cè)阻力和端阻力發(fā)揮作用的趨勢(shì)基本一致。綜合分析試樁內(nèi)力測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著荷載等級(jí)的增加，樁身軸力、樁側(cè)阻力和樁端阻力都有不斷增大的趨勢(shì)；當(dāng)荷載增大到一定值后，樁側(cè)阻力達(dá)到峰值，其后有明顯的下降趨勢(shì)，峰值后所測(cè)樁側(cè)阻力可以作為其剩余強(qiáng)度；當(dāng)荷載等級(jí)一定時(shí)，隨著深度的增加，基樁所受到總的側(cè)阻力不斷增大，樁身軸力隨之減小；樁端阻力與側(cè)阻力發(fā)揮作用并不同步，在基樁不被破壞的前提下，隨著荷載的增加，樁端阻力隨之不斷增大，而樁側(cè)阻力的增加受到峰值的限制。

3.4 嵌巖深度與巖層側(cè)阻峰值強(qiáng)度

現(xiàn)有資料表明軟巖地基不存在最大嵌巖深度，但存在一個(gè)最佳嵌巖深度，該深度條件下的樁側(cè)摩阻力及樁端阻力發(fā)揮最為協(xié)調(diào)[8-9]。軟巖地區(qū)的最佳嵌巖深度目前沒有在規(guī)范

通過分析試樁側(cè)阻分布情況可以得到巖層側(cè)阻力的峰值。試樁SZ1嵌巖深度6.0m，嵌巖比為5.4，巖層側(cè)阻力達(dá)到峰值為265kPa；試樁SZ2嵌巖深度6.5m，嵌巖比為5.9巖層側(cè)阻力達(dá)到峰值為318kPa；試樁SZ3嵌巖深度7.5m，嵌巖比為6.8巖層側(cè)阻力達(dá)到峰值為342kPa。嵌巖深徑比和巖層側(cè)阻力峰值關(guān)系曲線如圖8所示。

分析曲線可以發(fā)現(xiàn)：試樁SZ2的嵌巖深徑比試樁SZ1增大8.3%，嵌巖側(cè)阻峰值增大20.0%；試樁SZ3的嵌巖深徑比試樁SZ2增大15.8%，嵌巖側(cè)阻峰值增大7.5%。嵌巖深度對(duì)巖層側(cè)阻峰值強(qiáng)度影響很大，本次試驗(yàn)3根試樁嵌巖深徑比均大于5，隨著深度的增加，巖層側(cè)阻峰值強(qiáng)度增大，而增加幅度減少。

4 結(jié)論

3根試樁的測(cè)試要求符合工程實(shí)際，所取得的資料齊全，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，結(jié)論基本正確，可為該項(xiàng)目超高層建筑的樁基設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。

從樁頂加載過程中的位移曲線來(lái)看，3根長(zhǎng)嵌巖樁的沉降曲線都屬于明顯的緩變型；嵌巖深度的增大，對(duì)沉降變形有利，符合軟巖地區(qū)嵌巖樁的一般規(guī)律。

樁端阻力與側(cè)阻力發(fā)揮是不同步的，嵌巖側(cè)阻達(dá)到峰值后出現(xiàn)下降。在基樁不被破壞的前提下，隨著荷載的增加，樁側(cè)阻力先于端阻力達(dá)到峰值，端阻力不斷增大。

在軟巖地區(qū)，嵌巖樁的樁徑一定時(shí)，嵌巖深度增加有利于嵌巖側(cè)阻峰值強(qiáng)度；嵌巖深徑比超過5時(shí)，這種增幅作用減弱。在后續(xù)研究中，可以進(jìn)一步分析樁側(cè)阻力和端阻力發(fā)揮最為協(xié)調(diào)時(shí)的嵌巖深徑比大小，從而為工程實(shí)踐提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀陳凡，徐天平.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003：16-21.

[2] 羅騏先，王五平.樁基工程檢測(cè)手冊(cè)第三版[M].北京：人民交通出版社，2010：22-25.

[3] Jori Osterberg. New device for load testing driven piles and drilled shaft separates friction and end beating[J].Piling and Deep Foundations， 1989，21（6）：421-427.

[4] LIU Jin-li， QIU Ming-bing. Bearing capacity and deformation behaviour of pile groups in soft soil and design of composite foundation with settlement-reducing piles[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2008， 30（1）：51–55.

[5]A. S. Vesic. Expansion of cavity in infinite soil ass[J]. Jour Soil Mech FoundDiv. ASCE. 1972， 98（3）：265-289.

[6] GB50007-2011.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

[7] JGJ106-2014.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].2014.

[8] 張建新，吳東云，杜海金.嵌巖樁承載性狀和破壞模式的試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2013， 23（2）： 320-323.

[9] 王守忠.大直徑鉆（沖）孔嵌巖灌注樁垂直承載性能的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，1999（4）：58-61.

作者簡(jiǎn)介：

李天寶（19XX– ），男，高級(jí)工程師，主要從事樁基檢測(cè)方面的工作。