基于黃河沖洪積地層試樁試驗(yàn)優(yōu)化樁基承載力設(shè)計(jì)的研究

黃 薛， 曾純品， 雷炳霄， 郭長恩

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

樁基靜載試驗(yàn)是工程建設(shè)過程中對樁基承載力進(jìn)行檢測的最基本、最可靠的方法，能夠準(zhǔn)確、直觀、有效地確定樁基承載能力[1-3]。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和勘察方法、手段的局限性，單樁極限承載力預(yù)估值往往與實(shí)際情況相差較大，造成工程造價(jià)增加，工期延長；另外，在場地占地面積大、樁基數(shù)量多時(shí)，需要試樁數(shù)量相對就多，但考慮工程樁可能存在設(shè)計(jì)變更，樁長、樁徑會有變化，變更后的工程樁無法直接利用試樁結(jié)果，無法有效確定工程樁承載力設(shè)計(jì)值。

本文以東營某工程為例，基于黃河沖洪積地層試樁試驗(yàn)成果，建立在相同樁頂標(biāo)高(-5.7 m)條件下單樁極限承載力實(shí)測平均值與樁底標(biāo)高(可以換算成樁長)的關(guān)系曲線，為優(yōu)化工程樁設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和方法[4-6]，可為類似地質(zhì)條件的工程設(shè)計(jì)及建立區(qū)域樁基承載力數(shù)據(jù)庫提供借鑒。

1 工程概況

某工程位于東營市東營區(qū)西城區(qū)，總規(guī)劃用地面積為17.5公頃(17.5萬m2)，總規(guī)劃建筑面積約為80.6萬m2，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu),地下室采用框架結(jié)構(gòu)。

主要包括1棟五星級酒店、3棟寫字樓、13棟高層住宅樓及配套公建等；基礎(chǔ)類型為樁筏基礎(chǔ),樁基工程采用鉆孔灌注樁，非后注漿工藝，樁徑全部為800 mm，樁長不等。

2 工程地質(zhì)概況

場地在地貌單元上屬黃河沖積平原，地形較平坦，地面標(biāo)高3.74～5.53 m。環(huán)境條件相對較簡單，地下水位較淺，平均地表以下1.8 m左右。

在勘察深度范圍(70.0 m)內(nèi)，場地第四系地層自上至下由全新統(tǒng)(Q4)人工填土及沖洪積成因的粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂及上更新統(tǒng)(Q3)粉土、粉質(zhì)粘土、砂類土組成，大致分為14大層。各巖土層地層結(jié)構(gòu)、分布規(guī)律見圖1，樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。根據(jù)液化判定結(jié)果，綜合判定擬建場地液化等級為嚴(yán)重，進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，②、③1、③2、④、④2、⑤1、⑤2等液化土層樁基參數(shù)受液化影響應(yīng)進(jìn)行折減。

圖1 場地典型地質(zhì)剖面圖

3 樁基試驗(yàn)

3.1 試樁技術(shù)指標(biāo)

試樁采用鉆孔灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C50，主筋材質(zhì)為HRB400，保護(hù)層厚度為55 mm，進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，布設(shè)單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)樁26根，技術(shù)指標(biāo)見表2。試驗(yàn)樁根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)加載至樁側(cè)與樁端的巖土阻力達(dá)到極限狀態(tài)，加、卸載方式按4.3.3條確定，采用慢速維持荷載法，按4.3.5條進(jìn)行每級荷載的加載和測讀[7]。

表2 鉆孔灌注樁試樁技術(shù)指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)成果分析

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)4.4.2條，對于緩變型Q-s曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取s=40 mm對應(yīng)的荷載值；當(dāng)樁長>40 m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮量；對直徑≥800 mm的樁，可取s=0.05D(D為樁端直徑)對應(yīng)的荷載值；對于試樁Q-s曲線未出現(xiàn)陡降段，且s-lgt曲線尾部未出現(xiàn)明顯向下彎曲，取最大試驗(yàn)荷載值為其單樁豎向抗壓極限承載力。本試樁試驗(yàn)SZ1、SZ2、組1、組2、組3符合緩變型Q-s曲線；SZ3、組5、組6符合后者。試樁組3-1緩變型Q-s曲線見圖2，各級荷載s-lgt曲線見圖3；試樁成果見表3。

圖2 試樁組3-1 Q-s曲線

從圖2看，試樁實(shí)測值大于根據(jù)勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)估算確定的單樁設(shè)計(jì)預(yù)估承載力值；從表3分析，在相同樁長、樁徑條件下，試樁單樁極限承載力實(shí)測值與預(yù)估值對比增加了6.36%～20.19%,滿足設(shè)計(jì)要求，但兩者相差較大。

圖3 試樁組3-1 s-lgt曲線

樁號設(shè)計(jì)預(yù)估承載力/kN實(shí)際最大加荷量/kN實(shí)測單樁極限承載力/kN樁頂累計(jì)位移/mm單樁極限承載力實(shí)測值比預(yù)估值增加量/%實(shí)測單樁極限承載力平均值/kNSZ1-1SZ1-2SZ1-3SZ1-462008000732144.0818.08729046.7717.58718035.4315.81721048.4516.297250SZ2-1SZ2-2SZ2-3SZ2-470009000812534.6116.07795646.8513.66798437.8514.06800834.1314.408018SZ3-1SZ3-2SZ3-3SZ3-430003600360031.0220.00360032.9120.00360029.2120.00360027.0320.003600組1-1組1-2組1-3900012000957268.976.36986864.449.64978866.058.769743組2-1組2-29200120001024363.1111.34982765.216.8210035組3-1組3-262008000729858.0517.71735260.9618.587325組4-1組4-231203750375021.3320.1918.4520.193750組5-1組5-2組5-331203750375023.3520.1924.1920.1923.4420.193750組6-1組6-239804780478025.6020.1023.1420.104780

主要原因?yàn)閳龅馗髦饕貙恿W(xué)性質(zhì)存在非均質(zhì)性，以及在各主要地層中分布范圍、厚度大小不等的透鏡體，以及勘察手段和方法的局限性，無法準(zhǔn)確提供地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)參數(shù)，造成單樁極限承載力預(yù)估值偏小[8-11]。

4 工程樁樁基承載力優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于場地占地面積較大，建筑物較多，工程樁數(shù)量大，且試樁單樁極限承載力預(yù)估值與實(shí)測值相差較大，需要發(fā)掘場地地質(zhì)條件的潛力，在相同樁長、樁徑條件下，提高工程樁承載力，達(dá)到減少樁數(shù)、節(jié)省工程造價(jià)的目的。為了優(yōu)化工程樁設(shè)計(jì)，發(fā)掘地質(zhì)條件的潛力，根據(jù)試樁試驗(yàn)成果建立在相同樁頂標(biāo)高(-5.7 m)條件下單樁極限承載力實(shí)測平均值與樁底標(biāo)高(可以換算成樁長)的關(guān)系曲線，試樁SZ1、SZ2采用等樁長換算成樁頂標(biāo)高-5.7 m的條件。根據(jù)關(guān)系曲線確定的單樁極限承載力實(shí)測平均值與樁底標(biāo)高(可以換算成樁長)的對應(yīng)關(guān)系，優(yōu)化工程樁承載力設(shè)計(jì)值；根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)進(jìn)行工程樁驗(yàn)收檢測，檢測結(jié)果符合設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的工程樁在相同樁長、樁徑條件下承載力提高約10%，達(dá)到發(fā)掘地質(zhì)條件的潛力、提高工程樁承載力、減少樁數(shù)、節(jié)省工程造價(jià)的目的[12-14]。單樁極限承載力值與樁底標(biāo)高關(guān)系見圖4，優(yōu)化后的工程樁承載力見表4。

圖4 單樁極限承載力值與樁底標(biāo)高關(guān)系Q-H曲線

5 結(jié)語

本工程試樁成果雖然滿足設(shè)計(jì)要求，但試樁單樁極限承載力實(shí)測值與預(yù)估值對比增加了6.36%～20.19%,兩者相差較大。為了優(yōu)化工程樁設(shè)計(jì)，發(fā)掘地質(zhì)條件的潛力，根據(jù)試樁試驗(yàn)成果建立在相同樁頂標(biāo)高(-5.7m)條件下單樁極限承載力實(shí)測平均值與樁底標(biāo)高(可以換算成樁長)的關(guān)系曲線，優(yōu)化工程樁設(shè)計(jì)，進(jìn)行了工程樁驗(yàn)收檢測，檢測結(jié)果符合設(shè)計(jì)，達(dá)到提高工程樁承載力、減少樁數(shù)、節(jié)省工程造價(jià)的目的。相關(guān)試驗(yàn)方法、優(yōu)化樁基承載力設(shè)計(jì)的方法可為類似地質(zhì)條件的工程設(shè)計(jì)及建立區(qū)域樁基承載力數(shù)據(jù)庫提供借鑒。

表4 工程樁承載力設(shè)計(jì)值取值