雙護筒技術在大直徑灌注樁靜載試驗中的應用研究

陳旻，上官京靈，鄭思偉，林浩

（1福建省建筑科學研究院，福建福州 350108；2福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建福州 350108）

0 引言

對于有地下室的樁基工程，無論是為設計提供依據的試驗樁靜載試驗，還是工程樁驗收靜載試驗，最為理想的情況都是在基坑設計底標高處進行，如此得到的數據是最準確的，不用修正就可以直接應用。但受到基坑支護條件、水文地質條件以及施工工序、工期、安全等因素的限制，在實際工程中基本不會采用先開挖再試樁的施工工序[1]。而在地面實施的靜載試驗測得的單樁極限承載力受到開挖段樁側摩阻力的影響，無法直接反映樁頂設計標高處基樁的實際承載力。

為了消除開挖段樁側摩阻力的影響，工程界展開了這方面的研究。通常的方法是，采用地勘報告提供的各土層樁身側摩阻力經驗數據，計算出開挖段樁身總側阻力，再將靜載試驗獲得的單樁極限承載力扣減，從而得到有效樁長的單樁極限承載力，該法直接、簡單，但地勘報告提供的數值偏保守，計算得到的開挖段樁身總側阻力明顯偏低，使得扣減后的單樁極限承載力偏高，特別是對有深地下室的基樁，誤差更大。較為常用的方法是，在樁頂設計標高處預埋測力傳感器，經測試計算得到該處的樁身軸力，該法得到的單樁承載力較為準確，但對傳感器的埋設、防護、測試要求較高。也有國內學者提出在靜載試驗前將開挖段樁周土進行松動，以消減開挖段的樁側摩阻力影響[2]，但其松動只是部分消減樁側摩阻力，仍不準確，還有可能危及靜載試驗堆載平臺的安全。而雙護筒技術是在開挖段利用內外護筒將開挖段樁身與樁周土隔離，以達到消除開挖段側摩阻力的目的[3]，該方法完全消除了開挖段樁側摩阻力的影響，可以得到準確的有效樁長的單樁承載力。對于深地下室的大直徑灌注樁靜載試驗，雙護筒技術尤為適用。以往的雙護筒技術采用內外護筒依次吊裝放置的方式，增加了施工難度，且雙護筒下端沒有密封，使得內外護筒之間的間隙部分被泥土填充，產生額外的樁側摩阻力，降低了雙護筒的隔離效果[4]。在本次工程實踐中，采用雙護筒上下端預先密封并一次性吊裝到位的方法，減小了施工難度，同時利用靜載試驗預壓，使得內外護筒分離，消除了對開挖段樁側摩阻力的影響，可為類似的基樁靜載試驗提供參考。

1 工程及試驗概況

該項目位于福州三江口附近，為超高層建筑，塔樓，地上40層，地下3層，埋深約17m，樁基設計等級為甲級。擬建場地巖土層自上而下分別為：①素填土：松散～稍密、稍濕～濕；②-1淤泥質土（混砂）：流塑飽和；②-2（泥質）粉砂：稍密～中密；③中砂：稍密～中密，飽和；③-1淤泥質土（夾砂）：流塑，飽和，高壓縮性；④淤泥質土：流塑，飽和，高壓縮性；④-1中砂：稍密～中密；④-2粉質黏土：可塑～硬塑，濕；⑤粉質黏土：可塑～硬塑，濕；⑥淤泥質土：流塑，飽和，高壓縮性；⑦全風化花崗巖：散體狀，極破碎，極軟巖；⑧強風化花崗巖I：散體狀，極破碎，極軟巖；⑨強風化花崗巖Ⅱ：碎裂狀，極破碎，軟巖～較軟巖；⑩中風化花崗巖：塊狀，較破碎～較完整，較軟～堅硬。

設計擬采用鉆孔灌注樁，設計樁徑1000mm，樁身混凝土設計強度等級為C50（水下），施工樁長約76 m，有效樁長約60 m，試樁附加段約16 m，單樁豎向抗壓承載力特征值11000 kN，試樁最大試驗荷載24000 kN，設計樁端持力層為⑧強風化花崗巖Ⅰ，采用樁端和樁側復式后注漿工藝。

在擬建的塔樓下施工3根試驗樁，試驗樁采用雙護筒技術，目的是隔離試樁附加段樁周土層的樁側摩阻力，各試樁參數如表1所示，樁周土層分布情況見圖1。試樁施工流程為：施工準備階段→樁孔放樣及定位護筒埋設→鉆至基坑底標高位置→吊裝雙護筒→鉆進至設計樁頂標高→成孔質量檢測→吊裝鋼筋籠→灌注混凝土→后注漿→除去雙護筒頂部連接→單樁豎向抗壓靜載試驗。

表1 試樁參數

圖1 試樁樁周土層分布圖（m）

2 靜載試樁雙護筒技術

2.1 雙護筒隔離樁側摩阻力原理

靜載試驗一般在地面實施，由于受到地下室范圍內附加樁段的樁側摩阻力的影響，無法直接得到有效樁長的單樁極限承載力。而雙護筒技術，即利用內外兩個護筒隔離附加段的樁周摩阻力，使得試樁靜載試驗不受附加段樁周摩阻力的影響，從而可直接獲得有效樁長的單樁極限承載力。

2.2 雙護筒結構設計參數

試樁外套筒內徑為1160mm，試樁內套筒內徑為1050mm，內外套筒壁厚均為12mm，內外鋼套筒每隔4m設置環形的防失穩支撐肋，支撐肋與內套筒焊接，支撐肋與外套筒內壁間距為2mm，保證內外護筒中軸線及圓心重合，鋼材焊縫高度不小于10mm。雙護筒結構簡圖見圖2。為防止混凝土及注漿漿液沿內外護筒之間上涌，雙套筒頂部及底部用鋼管焊接密封，雙護筒一次性吊裝至樁頂設計標高位置。試樁雙護筒技術隔離示意圖見圖3。

圖2 雙護筒結構簡圖

圖3 試樁雙護筒技術隔離示意圖

2.3 雙護筒間隙阻隔措施

試驗樁在成孔時需要泥漿護壁，一般雙護筒分開吊裝放入樁孔時，泥土會從護筒底部進入內外護筒之間的空隙中，另外，如果隔離措施不到位，在灌注混凝土階段，也會使混凝土進入空隙中。當混凝土及水泥漿凝固時，內外護筒將聯結成一個整體，仍然存在附加段的樁側摩阻力會使得單樁豎向抗壓靜載試驗樁數據不準確。因此，阻隔措施是否到位是雙護筒技術在靜載試驗應用中至關重要的一環。

（1）內外護筒頂部及底部利用圓形鋼圈焊接內外護筒，內護筒底部與圓形鋼圈采用點焊及膨脹膠連接，使雙護筒形成一個密閉的整體結構（圖4），泥漿液及混凝土無法進入內外護筒之間的空隙。

圖4 雙護筒實景照片

（2）外護筒焊接吊耳見圖5。吊裝外護筒時，圓形鋼管焊接處不受力破壞接縫，保證密閉性的同時，可以進行整體吊裝，一次到位。

圖5 外護筒吊耳

（3）靜載開始前，去除上部焊接結構，內護筒頂高于外護筒頂，預加載最大試驗荷載的10%左右，樁身上部產生位移，即可破壞雙護筒底部的焊接結構，使得內外護筒在靜載試驗過程中處于分離狀態。

3 試驗過程及結果分析

單樁豎向抗壓靜載試驗按《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106—2014）第4章的相關條款進行[5]，試驗反力由預制塊堆重反力裝置提供，試驗加荷采用慢速維持荷載法。內護筒設置4個位移傳感器，觀測樁頂沉降量，外護筒也設置4個位移傳感器，觀測外護筒沉降量。試驗結果表明，3根試驗樁的外護筒沉降量基本為0。由此可知，采用雙護筒技術的試樁外護筒未受到附加荷載的作用。因此，內外護筒之間有效隔離了附加段樁側摩阻力對靜載數據的影響，雙護筒技術具有可行性。各試樁靜載試驗結果見表2，Q-s曲線見圖6。

表2 各試樁靜載試驗結果匯總表

圖6 各試樁靜載試驗Q-s曲線

4 結語

本文采用雙護筒技術，將雙護筒上下端密封，并一次性吊裝到位，避免了護筒下端泥土進入對隔離效果的影響。靜載試驗開始前，先去除護筒上部的焊接結構，后用預加載破壞雙護筒底部的焊接結構，使得內外護筒處于分離狀態。靜載試驗過程中，在外護筒頂部設置位移傳感器，觀測外護筒沉降量，用于判斷開挖段側摩阻力的消除情況。

雙護筒技術將開挖段樁身與樁周土隔離，消除了開挖段樁側摩阻力的影響，可以得到準確的有效樁長的單樁極限承載力。對于深地下室的大直徑灌注樁的靜載試驗，雙護筒技術尤為適用。