基于某鋼鐵基地試驗區的樁基性能研究

徐萬祥

山東正元工程檢測有限公司，山東 濟南 250101

某鋼鐵基地位于黃海之濱，擬建場地分為陸域和水域兩部分，地質條件復雜，地基土工程性質差異較大，地下水埋藏淺，且20m深度內的砂土在7度地震條件下具有輕微-中等液化的可能性，難以滿足擬建建（構）筑物對地基承載力及變形要求，勘察報告建議對場地地基土進行處理。為使地基處理具有針對性、經濟性及可靠性，并有可靠的各項參數供地基處理設計時采用，需要盡快在陸域場地內具有代表性的地質條件地段進行強夯置換、一般強夯及樁基礎的試驗工作，文章重點研究了該鋼鐵基地試驗區的樁基試驗。

1 工程概況

根據試驗樁設計要求，2#試驗區試驗樁對單樁豎向抗壓極限承載力、測定樁的分層側阻力和端阻力、單樁豎向抗拔極限承載力、單樁水平承載力、基樁的極限側阻力和極限端阻力等指標進行檢測，還要檢測樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置，為后期樁基的施工提供設計參數，擬采用單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗、單樁水平靜載試驗、樁身內力測試、高應變法檢測、低應變法檢測等手段綜合研究樁基性能。

2 樁基試驗內容及方法

2.1 單樁豎向抗壓靜荷載試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗的目的是確定單樁豎向抗壓極限承載力，測定樁的分層側阻力和端阻力。采用錨樁橫梁反力裝置，用油壓千斤頂以慢速維持荷載法加卸載，用RS-JYC 型靜荷載測試儀控制荷載示值，并用位移傳感器測量各級荷載樁頂沉降量。試驗采用慢速維持荷載法，每一級荷載下沉量達到穩定標準后再加下一級荷載；每級荷載施加后按第5min、15min、30min、45min、60min 測讀樁頂沉降量，以后每隔30min 測讀一次；每1h 內的樁頂沉降量不超過0.1mm，并連續出現兩次時視為樁頂沉降速率達到相對穩定標準，再施加下一級荷載；當滿足規范要求條件時，如樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5 倍，終止加荷條件。

2.2 單樁豎向抗拔靜載試驗

單樁豎向抗拔靜載試驗的目的是確定單樁豎向抗拔極限承載力。試驗裝置采用反力樁提供支座反力，反力架系統具有1.2 倍的安全系數。試驗采用慢速維持荷載法，每一級荷載下沉量達到穩定標準后再加下一級荷載，直至試驗終止；每級加載量為最大加荷值的1/10，其中第一級可取分級荷載的2 倍；每級加荷后第一個小時內第5min、15min、30min、45min、60min 觀 測 一 次 讀 數， 然 后 每30min 測讀一次；每小時不超過0.1mm，并連續出現兩次，達到相對穩定可加下一級荷載；當滿足規范要求條件時，如樁頂上拔量大于前一級上拔荷載作用下的上拔量5 倍，終止加荷條件。

2.3 單樁水平靜載試驗

單樁水平靜載試驗的目的是確定單樁水平承載力。試驗裝置由錨樁提供反力，用油壓千斤頂施加水平推力，在千斤頂與試樁接觸處安置一球形鉸座，以保證千斤頂作用力能水平通過樁身軸線，用精密壓力表控制荷載示值，用大量程百分表測量各級荷載樁身水平位移。每級荷載施加后，4min測讀水平位移，然后卸荷至零，停2min后測讀殘余水平位移，至此為完成一個加卸載循環，每級荷載完成5 次循環。

2.4 樁身內力測試

樁身內力測試的目的是確定基樁的極限側阻力和極限端阻力等指標。采用鋼弦式傳感器和CTY-202型振弦測試儀，傳感器埋設于樁身2m、5m、8m、11m、14m、17m、20m、23m處，在焊接時時要采取隔熱措施，以防損壞傳感器。在不同分級荷載下，內力測試嚴格按CTY-202 型振弦測試儀相關要求嚴格進行。

3 鋼鐵基地試驗區的樁基性能研究

3.1 單樁豎向抗壓靜荷載試驗研究

通過對C-1 試驗樁進行單樁豎向抗壓靜荷載試驗（見表1），C-1 試驗樁（長螺旋鉆孔灌注樁，Ф800mm）的單樁豎向抗壓極限承載力為2400kN；其Q-s 曲線斜率隨著荷載的增加而逐漸變大。當荷載增加至3000kN 時，樁頂最大沉降量為118.09mm，終止加荷，曲線尾部出現明顯陡降段。卸載后最大回彈量為5.92mm，回彈率為5.0%。s-lgt 曲線隨著荷載的增加曲線間距由密變疏，當荷載增加至3000kN時，曲線尾部出現明顯向下彎曲現象（見圖1）。

表1 C-1 試驗樁單樁豎向抗壓靜荷載試驗結果

圖1 C-1 試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗Q-s 曲線、s-lgt 曲線

3.2 單樁豎向抗拔靜載試驗研究

通過單樁豎向抗拔靜載試驗（見表2），D-2 和D-4 試驗樁U-δ 曲線隨著荷載的增加，曲線斜率逐漸增大。當荷載加至2800kN，曲線出現陡降段，累計樁頂最大上拔量分別為63.87mm 和79.53mm，終止加荷。卸荷后，樁頂最大回彈量為14.10mm，回彈率17.7%。其δ-lgt 曲線隨著荷載的增加，曲線間距自下而上由密變疏，曲線尾部出現明顯向上彎曲現象（見圖2）。

3.3 單樁水平靜載試驗研究

根據水平靜載試驗H-t-Y0曲線和H-△Y0/△H 曲線綜合確定，D-1 和D-3 試驗樁的單樁水平臨界荷載為180kN，水平極限承載力為240kN（見圖3）。

3.4 樁身內力測試研究

通過對各試驗樁進行的內力測試及軸力分析，各樁基樁身所受軸力隨著深度的增加逐漸減小，其衰減速率亦隨深度增加逐漸增大。C-1 試樁極限荷載2400kN 時，樁的側阻力為2389kN，占總荷載的99.5%；樁端阻力為11.0kN，占總荷載的0.50%。

表2 單樁豎向抗拔極限承載力確定表 單位：kN

圖2 D-2 試驗樁的單樁豎向抗拔靜荷載試驗U-δ 曲線、δ-lgt曲線

圖3 D-1 試驗樁的單樁水平靜荷載試驗H-t-Y0 曲線、H-ΔY0/ΔH 曲線

4 結論

綜上所述，通過對鋼鐵基地試驗區的樁基檢測和樁基性能研究可知：（1）C-1 試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力為2400kN；（2）D-2、D-4 試驗樁的單樁豎向抗拔極限承載力為2600kN。（3）D-1、D-3 試驗樁的單樁水平臨界荷載為180kN，水平極限承載力為240kN。