戚墅堰站站房鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試驗研究

田旭亮

[摘 要] 為了保證戚墅堰站站房修建的安全，對修建區(qū)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁進(jìn)行試驗研究，對各鋼筋混凝土鉆孔灌注樁樁身結(jié)構(gòu)完整性和高應(yīng)變評價單樁極限承載力進(jìn)行檢測，結(jié)果表明：各檢測樁樁身結(jié)構(gòu)完整，樁身完整性類別判定均為“Ⅰ”類；各試驗樁極限承載力特征值滿足設(shè)計要求。

[關(guān)鍵詞] 鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試驗極限承載力

1.工程概況

擬建的新建鐵路上海至南京城際軌道戚墅堰站房場地位于江蘇省常州市戚墅堰車站站區(qū)內(nèi)。工程由中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司設(shè)計。工程樁基施工由中鐵建工集團(tuán)戚墅堰站項目部完成。

工程樁總數(shù)260根（其中站房58根，雨棚202根），設(shè)計樁身混凝土C30。站房工程樁設(shè)計要求樁徑800mm，樁長為19m和20m的單樁豎向抗壓承載力特征值為1300kN；樁徑800mm，樁長為22m~25m的單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1850kN；

雨棚工程樁設(shè)計要求樁徑700mm，樁長為17m的兩種類型樁單樁豎向抗壓極限承載力特征值為1300kN和1400kN。雨棚工程樁設(shè)計要求樁徑700mm，樁長為16m的單樁豎向抗壓極限承載力特征值為1300kN。

本次檢測內(nèi)容包括低應(yīng)變檢測與高應(yīng)變檢測2部分[1-4]，其中完成了樁徑800mm的工程樁低應(yīng)變檢測181根，樁徑700mm的工程樁低應(yīng)變檢測48根；完成了樁徑800mm的工程樁高應(yīng)變檢測10根，樁徑700mm的工程樁高應(yīng)變檢測21根。

2.現(xiàn)場檢測條件

擬建場地地質(zhì)鉆孔及地質(zhì)剖面(共分為9層)等資料簡述如下：

(1)人工填土：褐黃色、灰褐色、灰黑色，由工業(yè)、生活垃圾混合物組成，夾少量碎石及碎磚塊，局部夾少量腐朽物，該土層厚度約0.5~6.7m。

(2)粉質(zhì)黏土：局部粘土，褐黃色夾少量灰白色、灰黃色，硬塑，局部可塑，夾少量鐵錳結(jié)核，局部夾少量姜石及薄層粉土，該土層厚度較均勻，厚度約0.5~5.6m。fak=150kPa ，qsik =85kPa，qpk=1000kPa。

(3)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，流塑，該土層局部分布，厚度約2.1~6.1m。fak=70kPa ，qsik =11kPa。

(4)粉質(zhì)黏土：褐黃色、深灰色、淺灰色，軟塑，局部夾薄層粉土，厚度為1.9~7.4m。fak=110kPa ，qsik =40kPa，qpk=200kPa。

(5)粉質(zhì)黏土：深灰色、淺灰色，可塑，局部硬塑，夾少量鐵錳結(jié)核，該土層厚度較均勻，厚度為1.6~6m。fak=140kPa ，qsik =70kPa，qpk=900kPa。

(6)粉質(zhì)黏土：灰黃色、褐黃色，硬塑，夾少量鐵錳結(jié)核，局部夾少量姜石及薄層粉土，該土層厚度較均勻，站房范圍內(nèi)厚度為5.8~17.15m。fak=160kPa ，qsik =86kPa，qpk=1000kPa。

(7)粉質(zhì)黏土：深灰色、淺灰色，軟塑，局部可塑，夾少量鐵錳結(jié)核，局部夾少量姜石及薄層粉土，該土層厚度均勻，厚度為4~11.3m。fak=110kPa ，qsik =40kPa，qpk=400kPa。

(8)粉質(zhì)黏土：局部粘土，灰黃色、褐黃色，硬塑，夾少量鐵錳結(jié)核，局部夾少量姜石及薄層粉土，該土層最小揭露深度為5m，最大揭露深度為18.27m，該層鉆孔未揭穿。fak=160kPa ，qsik =85kPa，qpk=1500kPa。

(9)粉土：褐黃色、深灰色、淺灰色，中密，飽和，含云母碎片、少量貝殼及少量植物腐朽根系，局部夾薄層細(xì)砂及薄層粘性土，該土層呈透鏡體狀局部分布于⑻層中，厚度為2~9.1m ，fak=120kPa ，qsik =45kPa，qpk=750kPa。

本區(qū)地下水的主要類型為第四系孔隙潛水。水位受季節(jié)及氣候條件的影響較大，主要受大氣降水及地表水的補給，根據(jù)多年鉆探資料，地下水埋深0.2~2.3m。第（8）1層粉土層內(nèi)地下水具有弱承壓水性質(zhì)。

根據(jù)JZ-V09-B18、JZ-V09-B9、JZ-V09-FB1孔所取水樣的水質(zhì)分析結(jié)果，按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）評價，擬建場地環(huán)境屬III類。綜合判定場地地下水和土對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕；土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕性；地表水及地下水對干濕交替處鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有弱腐蝕性；地下水及地表水對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕。

3.檢測方法及原理

3.1低應(yīng)變動力檢測方法

低應(yīng)變檢測儀器采用美國PDI公司生產(chǎn)的P.I.T樁身完整性檢測儀，檢測方法為反射波法。

反射波法的原理：將樁視為一維彈性桿件，給樁頂施加一脈沖力，產(chǎn)生的應(yīng)力波沿樁身向下傳播，當(dāng)遇到樁阻抗(ρA C)變化處將產(chǎn)生反射和透射。根據(jù)應(yīng)力波反射規(guī)律分析樁身結(jié)構(gòu)完整性。

反射波法的檢測方法為：將樁頭鑿去浮漿，在樁頂安裝加速度傳感器，并用力棒錘擊樁頂，樁頂受到瞬態(tài)脈沖作用后，在樁身產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波，通過傳感器采集應(yīng)力波在樁身中的反射信號，儲存在PIT采集器中，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行分析，從而得到樁身結(jié)構(gòu)完整性的分析結(jié)果。

3.2高應(yīng)變檢測的原理及方法

高應(yīng)變動力檢測法原理：將樁視為一勻質(zhì)彈性桿件，當(dāng)能量較大的力波F(t)作用于樁頂時，引起樁-土體系的振動，根據(jù)采集到的速度和力信號，通過實測曲線擬合法進(jìn)行分析，得到單樁豎向抗壓極限承載力值。這里提到的實測曲線擬合法，其原理是利用實測得到的速度和力曲線中任一條曲線為邊界條件，假定樁身各段的計算參數(shù)（包括土阻力、最大彈性位移、彈性模量等）計算出另一條曲線，并將計算結(jié)果同實測曲線進(jìn)行比較，經(jīng)過反復(fù)比較、迭代、不斷修正假定的各參數(shù)，直至計算結(jié)果同實測曲線基本一致。此時即可得到較精確的承載力值。

高應(yīng)變動力檢測方法為：采用吊車起吊重量為40kN的重錘夯擊樁頂，使樁產(chǎn)生一定量的沉降，在樁頂下1.2m處對稱安裝兩組傳感器（應(yīng)變和加速度），分別采集樁截面速度和力信號。將信號儲存在采集器中，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行波動方程分析，從而求解單樁豎向極限承載力。