南通富水地層鉆孔灌注樁承載特性研究

高同礦，崔笛，曾輝

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，南京210000）

1 引言

目前，鉆孔灌注樁在我國樁基工程中大量應用，然而富水地層由于其高滲透性的地質條件，將鉆孔灌注樁作為抗拔樁設計，為樁基礎理論研究和工程實際應用帶來了巨大的挑戰，設計時難以做到兼顧經濟與合理【1】。一些工程在設計時過高估算了鉆孔灌注樁豎向抗拔承載力，導致工程安全隱患問題較多，嚴重時甚至會引發一系列工程事故【2】；更多的工程會采取保守設計來估算承載力，這就導致工程造價過高，極大地浪費了工程成本【3】。因此，開展富水地層鉆孔灌注樁抗拔承載特性研究，有助于為今后富水地層鉆孔灌注樁設計提供參考并節約工程成本【4】。

2 工程概況

本試驗依托工程為南通市軌道交通2號線一期土建施工03標火車站。南通火車站為南通市城市軌道交通2號線一期工程的第2座車站，位于寧啟鐵路股道北側地塊內（順達路以南與安達路以北），南北向敷設，為地下3層島式站。車站全長約225.2m，車站主體標準段基坑深約23.8m，基坑寬約24.3m；小里程盾構井段基坑深約25.1m，大里程盾構井段基坑深約25.1m，基坑寬約28.4m。鉆孔灌注樁設計樁徑為1m，樁長為30m，共計115根（工程樁74根，立柱樁41根）。采用HRB400、HPB300鋼筋，混凝土采用水下C35。

3 豎向抗拔靜載試驗

3.1 試驗原理

南通富水地層鉆孔灌注樁豎向抗拔靜載試驗裝置分為靜載反力裝置、加載裝置、位移觀測裝置。靜載反力裝置采用天然地基提供支座反力。加載裝置采用JCQ-503B型靜載測試儀。加載系統采用2臺500t千斤頂加載。位移觀測裝置采用4個量程為50mm的位移傳感器進行測量，安裝在樁頂往下40cm處，均固定于基準梁，基準梁在獨立的基準樁上安裝。

本試驗目的是測試南通富水地層鉆孔灌注樁豎向抗拔極限承載力是否滿足設計要求。試驗按JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》中的規定進行。

本試驗選取KBZ-25和KBZ-26 2根樁進行試驗，樁徑1 000mm，樁長30m，持力層為砂質粉土夾粉質黏土，混凝土強度C35。

3.2 試驗步驟

1）按照慢速維持荷載法進行試驗。

2）每個等級的荷載是估算極限荷載的1/10，第1個等級的荷載是分級荷載的2倍。

3）每 級 加 載 后，在 第5min、15min、30min、45min、60min各測量讀數1次后，之后每30min測量讀數1次。

4）樁頂上拔量不超過0.1mm/h，并連續出現2次（從施加分級荷載后第30min開始，按1.5h連續3次每30min的上拔觀測值計算），即可加載下一級。

5）發生以下情況之一時，可以終止加載：

（1）某級荷載作用下的樁頂上拔量大于前一級上拔荷載作用下的上拔量5倍；

（2）當樁頂累計上拔量超過100mm時；

（3）鋼筋應力達到鋼筋強度設計值或某根鋼筋拉斷。

（4）達到設計要求的最大上拔荷載值。

6）保持每個等級的荷載1h，對樁頂上拔量在第15min、30min、60min進行測量讀數后，可以卸下一等級的荷載。卸載至零后，對樁頂殘余上拔量進行測量讀數并保持3h，測量讀數時間為第15min、30min，之后每30min測量讀數1次【5】。

4 抗拔承載特性分析

4.1 試驗數據

南通富水地層鉆孔灌注樁KBZ-25、KBZ-26 2根試驗樁豎向抗拔靜載試驗數據記錄于表1和表2。

表1 KBZ-25樁豎向抗壓靜載試驗數據匯總表

表2 KBZ-26樁豎向抗壓靜載試驗數據匯總表

為了更加直觀地分析研究南通富水地層鉆孔灌注樁抗拔承載特性的規律，繪制KBZ-25和KBZ-26試驗樁的樁頂沉降與樁頂荷載關系圖（Q-s曲線）、樁頂沉降與歷時關系圖（s-lgt曲線），如圖1～圖4所示。

圖1 Q-s曲線（KBZ-25樁）

圖2 s-lgt曲線（KBZ-25樁）

圖3 Q-s曲線（KBZ-26樁）

4.2 承載特性研究

圖4 s-lgt曲線（KBZ-26樁）

根據KBZ-25和KBZ-26鉆孔灌注樁試驗數據繪制的Q-s和s-lgt曲線，成果匯總如表3所示。

表3 試驗成果匯總表

分析南通富水地層鉆孔灌注樁Q-s和s-lgt曲線（圖1～圖4），可以得出以下結論：

由圖1可以看出，對于KBZ-25樁，在前3級荷載（762～1 534kN）作用下，Q-s曲線變化緩慢，基本呈一條傾斜直線，即位移量與加載量之間基本呈線性關系；加載到第9級荷載3 810kN的過程中，斜率逐漸增大，沒有明顯劇烈變化的時段，可以得出KBZ-25樁單樁豎向抗拔極限承載力值為3 810kN。

由圖3可以看出，對于KBZ-26樁，在前4級荷載（762～1 905kN）作用下，Q-s曲線曲線變化緩慢，基本呈一條傾斜直線，即位移量與加載量之間基本呈線性關系；加載到第9級荷載3 810kN的過程中，斜率逐漸增大，沒有明顯劇烈變化的時段，可以得出KBZ-26樁單樁豎向抗拔極限承載力值為3 810kN。

分析圖2可得，對于KBZ-25樁，按規定荷載級別加載到第1級荷載762kN時，樁頂累計上拔量為0.53mm；加載到第3級荷載1 524kN時，樁頂累計上拔量為1.89mm；繼續加載到第9級荷載3 810kN（抗拔極限承載力）時，樁頂累計上拔量為16.08mm。卸載后測得樁頂回彈量為9.42mm，樁頂殘余上拔量為6.66mm。

分析圖4可得，對于KBZ-26樁，按規定荷載級別加載到第1級荷載762kN時，樁頂累計上拔量為0.46mm；加載到第3級荷載1 524kN時，樁頂累計上拔量為1.13mm；繼續加載到第9級荷載3 810kN（抗拔極限承載力）時，樁頂累計上拔量為13.43mm。卸載后測得樁頂回彈量為6.89mm，樁頂殘余上拔量為6.54mm。

進一步分析知，當荷載集中在762～1 905kN，即上拔量與加載量之間基本呈線性關系時，s-lgt曲線接近為一條直線，且樁頂沉降數值較小，表明前4級加載隨著歷時的增加，樁頂累計沉降基本保持穩定。

當荷載持續增加直至抗拔極限承載力時，s-lgt曲線變化幅度開始增加，接近為一條傾斜的直線，這一階段樁頂沉降數值較大，逐漸接近最大位移量，少部分樁沉降出現回彈現象。當加載到第9級，即達到抗拔極限承載力值3 810kN時，KBZ-25樁和KBZ-26樁的s-lgt曲線均達到峰值，且變化幅度較其他級數更為劇烈。

5 結語

本文對南通富水地層鉆孔灌注樁抗拔承載特性做了較為全面的研究。本文研究針對高滲透富水地層，對鉆孔灌注樁豎向抗拔靜載試驗做了詳細介紹，分析了富水地層鉆孔灌注樁樁頂沉降和荷載以及時間的關系，研究了富水地層鉆孔灌注樁抗拔承載特性，有助于為今后富水地層鉆孔灌注樁設計提供參考。