超大噸位基樁靜載試驗(yàn)加載時(shí)對(duì)樁周土的影響范圍

許 丹

(中鐵十一局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430064)

超大噸位基樁靜載試驗(yàn)加載時(shí)對(duì)樁周土的影響范圍

許 丹

(中鐵十一局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430064)

針對(duì)廣州某中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下空間鉆孔灌注樁的超大噸位靜載試驗(yàn)，分析了靜載試驗(yàn)加載過(guò)程中Q-s曲線和樁周土體的位移變化。分析表明：當(dāng)荷載小于試樁豎向承載力特征值時(shí)，試樁的豎向剛度幾乎保持不變。試驗(yàn)加載時(shí)，越靠近大梁的土體出現(xiàn)卸荷回彈的現(xiàn)象越明顯，同時(shí)樁周土體由于剪切作用會(huì)發(fā)生沉降，兩者作用同時(shí)發(fā)生造成樁周一定范圍內(nèi)土體隆起，加載時(shí)對(duì)樁周土體的影響范圍可定為4 d。

超大噸位；靜載試驗(yàn)；樁周土；地基回彈

0 前 言

樁基礎(chǔ)能夠提供較大的承載力，并且可以有效地減少上部結(jié)構(gòu)的沉降，使得其成為在民用與工業(yè)建筑、橋梁、港灣及海洋建筑物中應(yīng)用最為廣泛的一種基礎(chǔ)形式。基樁靜載試驗(yàn)是目前為止檢驗(yàn)基樁豎向抗壓極限承載力的最準(zhǔn)確、可靠的方法[1]。隨著科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)的高速發(fā)展，高層、超高層建筑物、跨江跨海特大橋梁、大型深水碼頭等建設(shè)越來(lái)越多，上部結(jié)構(gòu)對(duì)基樁的承載力和變形的要求越來(lái)越高，迫使基樁向大直徑、超大直徑、長(zhǎng)樁、超長(zhǎng)樁等趨勢(shì)發(fā)展，從而也促進(jìn)了基樁靜載試驗(yàn)由大噸位向超大噸位的方向發(fā)展。許多學(xué)者針對(duì)基樁大噸位靜載試驗(yàn)進(jìn)行了大量研究。胡慶立等[2]研究了大直徑樁的豎向承載力性能；趙春風(fēng)等[3]分析了廣東地區(qū)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的承載特性和荷載傳遞機(jī)制。本文以廣州市某中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下空間鉆孔灌注樁為例，研究其在超大噸位靜載試驗(yàn)加載過(guò)程對(duì)樁周土豎向位移的影響范圍。

廣州市某中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下空間位于番禺區(qū)南村鎮(zhèn)，地表為市政道路，地下為商業(yè)建筑，地下室及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要解決構(gòu)件承載力、抗裂及結(jié)構(gòu)整體抗浮等問(wèn)題。擬建的樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，以中(微)風(fēng)化巖層為持力層。場(chǎng)地巖性有花崗混合巖和砂巖兩種，基底巖性為花崗混合巖地區(qū)，要求樁端持力層為微(中)風(fēng)化巖層，樁端天然抗壓強(qiáng)度為29 MPa。

1 試驗(yàn)設(shè)備安裝與測(cè)試方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝

試樁的樁徑為1.8 m，樁長(zhǎng)為22 m，基樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值為44 000 kN。試驗(yàn)前對(duì)支墩下臥土層進(jìn)行換填處理(換填深度為2 m)并經(jīng)過(guò)分層鋪填，分層壓實(shí)，在壓實(shí)后的墊層上現(xiàn)澆0.5 m厚的C40鋼筋混凝土墊板，每側(cè)墊板的長(zhǎng)×寬=18 m×5 m。

本試驗(yàn)采用10個(gè)千斤頂并聯(lián)同步加載，布置千斤頂時(shí)，使其合力中心與上覆重物的重心和樁的橫截面形心重合，并保證合力方向與樁和托梁垂直。

圖1為靜載試驗(yàn)樁周土變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖，樁帽上S點(diǎn)為基樁的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)稱布置在樁帽上；1～12號(hào)為樁周土體位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，12個(gè)位移計(jì)的數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)前端機(jī)由物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)傳輸至位移分析儀上；G1～G4 4點(diǎn)為基準(zhǔn)梁的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；S1～S4 4點(diǎn)為基準(zhǔn)梁以外土體的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每條測(cè)線上相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離為1 m，1號(hào)、4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)離樁帽左邊緣的距離為0.2 m，7號(hào)、10號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)離樁帽右邊緣的距離為0.2 m；F1、F2、F33點(diǎn)為大梁的撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

1.2 測(cè)試方法

本次靜載試驗(yàn)，試樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值為44000 kN，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)[4]，加載方式采用慢速維持荷載法，逐級(jí)等量加載，分級(jí)荷載為最大加載值的1/10，即4 400 kN，前兩級(jí)加載量為分級(jí)荷載的兩倍，加載達(dá)到44 000 kN且樁頂沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，終止加載。加載時(shí)，使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無(wú)沖擊，卸載至零后，測(cè)讀樁頂殘余沉降量。

圖1 靜載試驗(yàn)樁周土變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 Q-s曲線分析

試樁的Q-s曲線如圖2所示。

圖2 試樁Q-s曲線

Q為每級(jí)加載的荷載，s為樁頂位移。試樁最終加載至44 000 kN，樁頂沉降維持穩(wěn)定后，沉降量為35.68 m，卸載后回彈量為10.44 mm，回彈率為29.26%。當(dāng)荷載小于22 000 kN(試樁豎向承載力特征值)時(shí)，試樁的豎向剛度幾乎保持不變；荷載達(dá)到22 000 kN時(shí)，剛度突然變小；當(dāng)荷載超過(guò)22 000 kN時(shí)，剛度逐漸減小。

第1級(jí)加載后位移增量較大，是由于樁側(cè)摩阻力剛開始發(fā)揮，樁端阻力尚未形成，樁帽下土體壓縮對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩擦力；第2級(jí)、第3級(jí)加載后位移增量減小，是因?yàn)闃渡淼膭偠容^大，樁身壓縮量較小，樁端沉渣被壓實(shí)，樁端阻力逐漸變大，第3級(jí)加載完成后樁端沉渣壓實(shí)量達(dá)到最大。第4～8級(jí)加載完成后位移增量又逐漸加大，這是由于荷載量增大，導(dǎo)致樁的刺入量和彈塑性形變量增大。

2.2 加載過(guò)程中樁周土體位移分析

對(duì)于超大噸位靜載試驗(yàn)，加載過(guò)程中基準(zhǔn)梁會(huì)隨著基準(zhǔn)墩的沉降而下移，以A條測(cè)線為例，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移等于各測(cè)點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)的位移加上該點(diǎn)處基準(zhǔn)梁的位移(G1點(diǎn)的位移)，根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置可繪制出每次加載完成后的位移圖(見圖3)。

1 第1級(jí)加載； 2 第2級(jí)加載； 3 第3級(jí)加載； 4 第4級(jí)加載；5 第5級(jí)加載； 6 第6級(jí)加載； 7 第7級(jí)加載； 8 第8級(jí)加載

結(jié)合圖1試樁尺寸與各測(cè)點(diǎn)之間的距離分析得知以下幾點(diǎn)。

1) 每次加載完成后，樁體沉降與樁周土體沉降有較大差異。每級(jí)加載完成后，距試樁中心2.78 d(d為試樁直徑)范圍內(nèi)的土體沉降均很明顯，且離樁帽越近，沉降越大。第一級(jí)加載完成后，同一測(cè)線上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移幾乎相同，之后的每一級(jí)加載后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移增量較前幾級(jí)加載最為明顯。

2) A測(cè)線上3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降小于2號(hào)和G1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降；同樣可以觀測(cè)到，在樁帽右邊，距試樁中心1.67 d處，土體出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。第八級(jí)加載完成且樁頂沉降達(dá)到穩(wěn)定后，測(cè)得大梁上F1、F2、F33點(diǎn)撓度，說(shuō)明試驗(yàn)加載時(shí)，上覆重物被千斤頂頂起，越靠近千斤頂?shù)奈恢茫罅罕豁斊鸬膿隙仍酱螅娇拷罅海馏w出現(xiàn)卸荷回彈的現(xiàn)象越明顯，同時(shí)加載過(guò)程中樁周土體由于剪切作用發(fā)生沉降，兩者同時(shí)發(fā)生造成樁周一定范圍內(nèi)土體隆起。

3) 加載過(guò)程中距試樁中心1.67～2.78 d范圍內(nèi)的土體的相對(duì)位移不大。距試樁中心3.3 d范圍以外的土體沉降很小，因此對(duì)于超大噸位靜載試驗(yàn)，加載過(guò)程對(duì)樁周土體的影響范圍可定為4 d。

3 結(jié) 論

通過(guò)廣州市某中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下空間的鉆孔灌注樁的超大噸位靜載試驗(yàn)，研究了靜載試驗(yàn)加載過(guò)程中樁身和樁周土體的位移變化，得到了以下結(jié)論。

1) 當(dāng)荷載小于試樁豎向承載力特征值時(shí)，試樁的豎向剛度幾乎保持不變；荷載超過(guò)試樁豎向承載力特征值時(shí)，剛度逐漸減小。

2) 每級(jí)加載完成后，距離試樁中心2.78 d范圍內(nèi)的土體沉降均很明顯，且離樁帽越近沉降越大。第一級(jí)加載完成后，同一測(cè)線上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移幾乎相同，最后一級(jí)加載完成后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移增量較前幾級(jí)加載最為明顯。

3) 試驗(yàn)加載時(shí)，地面堆載物被千斤頂頂起，越靠近千斤頂?shù)奈恢茫罅罕豁斊鸬膿隙仍酱螅娇拷罅旱耐馏w出現(xiàn)卸荷回彈的現(xiàn)象就越明顯，同時(shí)試樁加載過(guò)程中樁周土體由于剪切作用會(huì)發(fā)生沉降，兩者作用同時(shí)發(fā)生造成樁周一定范圍內(nèi)土體隆起。對(duì)于超大噸位靜載試驗(yàn)，加載過(guò)程對(duì)樁周土體的影響范圍可定為4 d。

[1] 劉明維. 樁基工程[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社, 2015.

[2] 胡慶立, 張克緒. 大直徑樁的豎向承載性能研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2002, 24(4): 491-495.

[3] 趙春風(fēng), 李俊, 邱志雄, 等. 廣東地區(qū)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁荷載傳遞特性試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2015, 34(4): 849-855.

[4] JGJ106-2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

Research on the Influence Range of Soil Around Pile by Extra-tonnage Pile Foundation Static Test

XU Dan

(The11thChinaRailwayBureauGroupCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430064,China)

The Q-s relationship curves and the concrete displacement variation of the soil around pile had been analyzed. The results show that when the load value was lower than single-pile vertical endurance value features, the rigidity of pile almost keep unchanged. During the loading process, the soil that more near to beam, the unloading rebound deformation was more obvious, at this time, the soil that around pile started settle because of shear stress. The two effects both were happening at the same time caused the soil within certain limits around pile behaved heaving. The influence sphere of the soil around pile during loading process maybe 4 d.

Extra-tonnage; Static test; Soil around pile; Rebound of foundation

2017-02-18

廣東省應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2015B020238014)

許丹(1987-)，男，湖北荊州人，工程師，研究方向：地基與地基基礎(chǔ)、隧道等方面的研究，電話：13682258341，E-mail：359335962@qq.com.

TU473.1

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.057