垂直度對PHC管樁承載力的影響現場試驗研究

摘要 PHC管樁是高速公路軟土路基常用的處治方案，其承載性能關系到路基的穩定性和安全性。在實際施工過程中，受施工場地、機械設備等因素影響，PHC管樁垂直度較難控制，從而影響其承載力。為解決該問題，文章以廣東某在建高速公路工程為研究對象，通過采用現場靜載試驗和垂直度檢測等方法，研究垂直度對PHC管樁承載力的影響。結果顯示，垂直度對PHC管樁承載力具有顯著影響，垂直度偏差越大，承載力越低。因此，工程施工過程中應嚴格控制垂直度，以保證PHC管樁的承載性能。

關鍵詞 PHC管樁；承載力；垂直度；試驗研究

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0113-03

0 引言

管樁在施工過程中因場地及機械設備限制，施工質量難以保證，施工過程中易出現管樁樁身斷裂或傾斜等情況，嚴重影響管樁承載力。管樁垂直度對管樁承載力的影響作用明顯，為進一步研究管樁垂直度與承載力的變化關系，該文通過現場靜載試驗及試驗前后管樁垂直度的對比研究[1-3]，較好地分析垂直度對管樁承載力的影響，對管樁施工管控起到一定的指導作用。

1 試驗場地地質條件及現場試驗設計

某在建高速軟基段[4]主要分布在沖積平原，軟土分布面積廣、埋深淺、層厚大。用于試驗研究的路段管樁設計長度為25 m，管樁直徑為300 mm，單樁承載力設計值為310 kN，填高3.4～7.3 m，軟土厚度為11.5～24.7 m，軟土埋深0.5～7.8 m，主要軟土層為淤泥、淤泥質粉質黏土。具體軟土物理力學性質參數見表1所示：

試驗檢測方案的制定如下：

（1）根據現場實際情況，選擇地質和填土高度有代表性的路段進行管樁垂直度檢測。

（2）在已完成垂直度檢測的管樁中，根據垂直度檢測結果在同一路段中按照垂直度從小到大各選一根管樁進行單樁靜載試驗[2]。

（3）對靜載試驗后的管樁再次進行垂直度檢測，對比分析極限荷載作用下管樁垂直度的變化規律。

2 試驗結果分析及對比研究

2.1 管樁垂直度檢測結果

在已選路段中，共完成了78根管樁的垂直度檢測。根據檢測結果，有9根管樁（12%）的垂直度小于1%，垂直度為1%～2%的管樁共28根（36%），垂直度為2%～3%的管樁共17根（22%），垂直度為3%～4%的管樁共16根（20%），有8根管樁（10%）的垂直度大于4%。具體見表2所示：

根據檢測結果，對部分路段的管樁位移矢量進行合成分析，見圖1所示：

從圖1可知，管樁在荷載作用下，偏移并未朝向某一個固定方向，垂直度檢測的位移矢量呈現不規律特點。

2.2 管樁靜載試驗檢測結果

分別選取垂直度為1.11%、2.11%、3.19%、4.13%的4根管樁（編號為1#、2#、3#、4#）進行靜載試驗。管樁靜載試驗Q-s曲線圖見圖2～圖5所示：

從上述靜載試驗Q-s曲線圖可知：

1#樁：試驗加載到1 120 kN時，總沉降量突變，Q-s曲線出現明顯陡降段，綜合分析該樁的極限承載力為Qu=1 040 kN。

2#樁：試驗加載到960 kN時，總沉降量突變，Q-s曲線出現明顯陡降段，綜合分析該樁的極限承載力為Qu=880 kN。

3#樁：試驗加載到800 kN時，總沉降量突變，Q-s曲線出現明顯陡降段，綜合分析該樁的極aGucDFPh36KFd/O7i4EwsrQxHLC5pQFxJlFO1NmR9v8=限承載力為Qu=720kN。

4#樁：試驗加載到240 kN時，總沉降量突變，Q-s曲線出現明顯陡降段，s～lgt曲線不規則，綜合分析該樁的極限承載力為Qu=200 kN。

1#～4#樁的靜載試驗極限承載力結果詳見表3所示：

從表3可知，管樁承載力隨著管樁垂直度的增大而減小，當管樁垂直度增大到一定范圍后管樁承載力會急劇降低。從該試驗數據來看，當管樁垂直度超過4%時，管樁承載力會急劇下降。

2.3 靜載前后管樁垂直度對比分析

對已做靜載試驗的1#～4#樁再次進行垂直度檢測，得出靜載試驗后的管樁垂直度，對比分析靜載前后深度與側向總位移的變化規律，詳見表4及圖6～圖7所示：

從圖6可知，1#管樁靜載試驗前后H-S曲線總位移變化趨勢一致，相對位移很小，說明在垂直度相對較小的情況下，極限荷載作用在管樁上并不會導致垂直度變大。從圖7可知，4#管樁靜載試驗前后H-S曲線隨著深度的增加，總位移變化越來越大，說明了在垂直度較大的情況下（該試驗是4%），荷載作用后的垂直度變得更大。結合靜載試驗結果可知，當垂直度達到一定范圍時，管樁承載力會急劇降低。

3 結語

該文通過現場試驗結果，研究了管樁垂直度與管樁承載力之間的關系，得出結論如下：

（1）管樁承載力隨垂直度增大而不斷減小。管樁垂直度增大到一定范圍后承載力會急劇降低。經該文試驗，垂直度超過4%時，管樁承載力損失達72%。

（2）在垂直度相對較小情況下，荷載作用不會導致管樁垂直度變大；在垂直度較大情況下，荷載對垂直度產生顯著影響，荷載增加會加快管樁傾斜，使垂直度逐漸變大，并使管樁承載力急劇降低。

（3）荷載作用下管樁偏移位移矢量呈現不規律的特點，荷載的增加并不會使管樁朝某一固定方向偏移。

（4）管樁施工設備自重、高度均較大，須保證設備停泊位置的地基強度及平整度滿足施工需要，避免設備傾斜、下沉影響管樁垂直度。

（5）管樁應采用機械連接，避免焊接接頭在施打過程中的偏移對垂直度產生影響。

參考文獻

[1]譚祥韶. 軟土地區PHC管樁垂直度檢測與施工控制[J]. 水運工程，2018（7）： 206-209.

[2]劉吉福， 郭舒洋， 肖昌建. 管樁垂直度偏差檢測及其對豎向承載力的影響[J]. 廣東公路交通，2015（5）： 39-42.

[3]任重， 周婧. PHC管樁在水閘基礎冬季施工的垂直度控制[J]. 吉林水利，2013（7）： 58-60.

[4]蘇敏.高速公路擴建工程軟土地基管樁施工擠土效應及單樁承載力研究[D].廣州：華南理工大學，2013.

收稿日期：2024-05-30

作者簡介：李熠（1989—），男，碩士，工程師，主要從事高速公路改擴建建設施工管理工作。