預(yù)應(yīng)力管樁單樁極限承載力動靜測試研究分析

邵晶晶

1 概述

某工程包括15棟住宅樓，地上18層～24層，地下1層，剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)擬采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。工程樁施工前，先進(jìn)行試樁施工，樁型為PHC-AB500(100)型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，施工工藝為靜壓。為得到較好的試樁效果，在同一場地、同一樁徑條件下，試樁共設(shè)計3組，每組3根，樁長分別為20.0 m，25.0 m，35.0 m。為了比較準(zhǔn)確的確定試樁極限承載力并為今后工程樁驗收確定依據(jù)，本次試樁檢測對3組9根試樁分別進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗以及高應(yīng)變動力測試。

2 場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)建設(shè)單位提供的《巖土工程勘察報告》所示:場地地基土沉積時代及成因類型自上而下依次為:

第②1層亞層粉土()。褐黃色，含云母、煤屑、氧化物，搖振反應(yīng)中等，無光澤，干強(qiáng)度低，韌性低。呈飽和狀態(tài)，稍密～中密狀。壓縮系數(shù) a1－2=0.12 MPa－1～0.15 MPa－1，具中等壓縮性;標(biāo)貫試驗實測值N=10擊～13擊。

該層厚度2.3 m ～4.7 m，平均厚度3.14 m，層底埋深16.2 m ～17.6 m，層底標(biāo)高756.79 m ～757.81 m。

第②2層亞層粉細(xì)砂。褐黃色，含云母、石英、氧化物，呈稍密～中密狀，標(biāo)貫試驗實測值N=13.0擊～21.0擊;靜力觸探錐尖阻力 qc=3.2 MPa～8.4 MPa，側(cè)阻力 fs=78 kPa～106 kPa。該層厚度5.10 m ～12.0 m，平均厚度8.51 m，層底埋深19.5 m ～23.8 m，層底標(biāo)高749.94 m～755.11 m。該層與②1層亞層粉土、②3層亞層粉質(zhì)粘土呈互層狀。

第②3層亞層粉質(zhì)粘土褐黃色，含云母、煤屑、氧化物等，局部呈粉土質(zhì)，無搖振反應(yīng)，稍有光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等。呈飽和狀態(tài)，具中等壓縮性;標(biāo)貫試驗實測值N=11擊～16 擊。該層厚度1.7 m ～4.2 m，平均厚度2.88 m，層底埋深20.2 m ～23.8 m，層底標(biāo)高749.94 m ～753.80 m。

3 單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果

1)第一組樁長20.0 m靜載荷試驗結(jié)果見表1。

表1 第一組樁長20.0 m靜載荷試驗結(jié)果

根據(jù)第一組3根試樁(樁長20.0 m)單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果，其平均值為2 480 kN，平均值的30%為744 kN，極差240 kN，極差小于平均值的30%。取其平均值2 480 kN為3根試樁(樁長20.0 m)單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值。

2)第二組樁長25.0 m靜載荷試驗結(jié)果見表2。

根據(jù)第二組3根試樁(樁長25.0 m)單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果，其平均值為2 893 kN，平均值的30%為868 kN，極差560 kN，極差小于平均值的30%。取其平均值2 893 kN為3根試樁(樁長25.0 m)單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值。

表2 第二組樁長25.0 m靜載荷試驗結(jié)果

3)第三組樁長30.0 m靜載荷試驗結(jié)果見表3。

表3 第三組樁長30.0 m靜載荷試驗結(jié)果

根據(jù)第三組3根試樁(樁長35.0 m)單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果，其平均值為3 400 kN，平均值的30%為1 020 kN，極差680 kN，極差小于平均值的30%。取其平均值3 400 kN為3根試樁(樁長35.0 m)單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值。

結(jié)論分析:1)根據(jù)靜載荷試驗結(jié)果，3組試驗中每組試樁都有1根～2根試樁在試驗過程中發(fā)生破壞，位移量超過60 mm，但通過統(tǒng)計分析，其每組試驗所得測試數(shù)據(jù)極差都小于其平均值的30%，數(shù)據(jù)不離散，極限承載力統(tǒng)計值都比較穩(wěn)定，所得數(shù)據(jù)比較可靠。2)縱向比較3組試驗數(shù)據(jù)，考慮到樁端面積相同，樁端土層性質(zhì)差別不大，假定樁端承載力相同。比較第一組和第二組，樁徑不變、樁頂標(biāo)高相同的條件下，樁長增加5.0 m，樁身側(cè)阻力面積增大7.85 m2，單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值提高413 kN，平均每增加1延米樁長，承載力提高82.6 kN;比較第二組和第三組，同條件下，樁長增加10.0 m，單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值提高507 kN，平均每增加1延米樁長，承載力提高50.70 kN。由此可見，相同條件下，增加樁長，并不能成正比例關(guān)系的提高單樁極限承載力，在試驗范圍內(nèi)，樁長越長，承載力越大，但其提高幅度越小。3)考慮到樁長范圍內(nèi)，主要以粉土和粉質(zhì)粘土為主，個別層互層，土層性質(zhì)差別不是很大，在土層性質(zhì)差別較大的第②1層粉細(xì)砂層中，其層底埋深為19.5 m～23.8 m，在3組試樁樁長范圍內(nèi)均有分布。故假設(shè)3組試樁，樁身側(cè)摩阻力均勻分布，考慮適當(dāng)?shù)臉抖俗枇?，第一組試驗，平均每延米樁長提供約120 kN側(cè)摩阻力;第二組試驗，平均每延米樁長提供約110 kN側(cè)摩阻力;第三組試驗，平均每延米樁長提供約90 kN側(cè)摩阻力。由此可見，在樁長最小的第一組試驗中，其樁身側(cè)阻力得到了較其他兩組更充分的發(fā)揮，提供的每延米側(cè)阻力更高。4)由前面的分析可知，在同條件下，不考慮其他因素，樁長為20.0 m的試樁提供的單位承載力較高，樁長增加，其單樁極限承載力也相應(yīng)的增加，但是增加效果會越來越不理想。同時，考慮到樁長為20.0 m的試樁，樁端可能位于第②1層粉細(xì)砂層，與其他樁端持力層相比較，更加理想，故綜合考慮工程樁采用樁長20.0 m將會更加經(jīng)濟(jì)合理。

4 高應(yīng)變動力測試

1)測試原理及方法。高應(yīng)變測試是用重錘沖擊樁頂，使樁周土產(chǎn)生彈塑變形，通過采集樁頂附近截面的力和速度時程曲線，經(jīng)應(yīng)力波理論分析計算，得到樁的承載力。本次檢測采用PAK型打樁分析儀，采用6.5 t整體重錘，曲線分析采用凱司法。

2)測試結(jié)果。根據(jù)實測曲線，經(jīng)采用凱司法分析，分析結(jié)果見表4。第一組3根試樁(樁長20.0 m)的單樁豎向抗壓承載力統(tǒng)計值為2 452.3 kN;第二組3根試樁(樁長25.0 m)的單樁豎向抗壓承載力統(tǒng)計值為2 888.6 kN;第三組3根試樁(樁長35.0 m)的單樁豎向抗壓承載力統(tǒng)計值為3 512 kN。

表4 凱司法分析結(jié)果

3)結(jié)果分析。a.根據(jù)測試結(jié)果，高應(yīng)變動力測試所測得的單樁極限承載力隨樁長的變化規(guī)律與靜載荷試驗相同，即樁長為20.0 m的試樁提供的單位承載力較高，隨著樁長的增加，其單樁極限承載力增加值會越來越小。b.根據(jù)靜載荷試驗和高應(yīng)變動力測試，兩種測試手段所測得的同一組試樁的單樁承載力相差不大，動力和靜力測試能夠取得很一致的結(jié)果。

5 結(jié)語

1)通過靜載荷試驗和高應(yīng)變動力測試綜合分析，增加樁長，可以增加單樁極限承載力，但二者不成正比例關(guān)系，隨著樁長的增加，承載力提高幅度會越來越小。

2)在該場地，同一樁徑、同一樁頂標(biāo)高條件下，單位延米提供的承載力值隨著樁長的增加而減小，樁長越短，樁周土的極限側(cè)摩阻力越發(fā)揮充分，單從經(jīng)濟(jì)合理的角度考慮，建議工程樁采用20.0 m 樁長。

3)通過對靜載荷試驗結(jié)果和高應(yīng)變動力測試結(jié)果對比分析，兩者測試結(jié)果幾乎相差無幾?？紤]到高應(yīng)變測試速度快、工期短、交叉作業(yè)少、測試現(xiàn)場條件簡單等優(yōu)點，將來工程樁的大批量驗收工作，可考慮主要以高應(yīng)變動力測試為主。

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