基坑開挖對抗拔樁影響的原位樁檢測分析★

王朝祥 張 超 李洪嘉

(1.遼寧有色基礎(chǔ)工程公司，遼寧 沈陽 110000； 2.遼寧省有色地質(zhì)局勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

基坑開挖對抗拔樁影響的原位樁檢測分析★

王朝祥1，2張 超1，2李洪嘉1，2

(1.遼寧有色基礎(chǔ)工程公司，遼寧 沈陽 110000； 2.遼寧省有色地質(zhì)局勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

基于基坑開挖不可避免地引起地基應(yīng)力場變化，導(dǎo)致樁—土接觸面法向應(yīng)力發(fā)生改變，從而降低抗拔樁承載力，對抗拔樁的變形也產(chǎn)生影響的情況，通過地表和不同開挖深度位置進(jìn)行原位樁靜載荷抗拔試驗(yàn)，對沈陽砂土地區(qū)抗拔樁在不同深度時(shí)的承載性能進(jìn)行了原位檢測分析，得出了一些有意義的結(jié)論。

基坑開挖，抗拔樁，靜載試驗(yàn)

0 引言

隨著沈陽城市建設(shè)的發(fā)展，相應(yīng)的深基坑工程越來越多，為滿足與上浮荷載受力平衡而設(shè)置基礎(chǔ)抗拔樁工程成為一種常見手段。但受施工限制，坑內(nèi)基樁需在基坑開挖前完成，上覆土層的大面積卸荷使抗拔樁承載性狀的確定變得復(fù)雜。深基坑由于大面積深開挖后開挖面以下土體豎向應(yīng)力降低，導(dǎo)致樁土界面法向應(yīng)力降低。同時(shí)，樁周土體由于豎向卸荷處于超固結(jié)狀態(tài)，其應(yīng)力場和位移場均發(fā)生改變。

通過地表和不同開挖深度位置進(jìn)行原位樁靜載荷抗拔試驗(yàn), 對沈陽砂土地區(qū)抗拔樁在不同深度時(shí)的承載性能進(jìn)行檢測分析。

1 試驗(yàn)概況

1.1 場地概況

試驗(yàn)場地位于沈陽市沈河區(qū)北京街東側(cè),哈爾濱路北側(cè),團(tuán)結(jié)路南側(cè),惠工廣場西側(cè)。場地地形平坦，地面高程介于30.17 m～46.15 m之間，場地北部基坑已開挖，相對高差大于15 m。場地西南部未開挖，地塊長200 m，寬90 m。豎向抗拔靜載試驗(yàn)位于場地西南部未開挖地段進(jìn)行。該場地地層主要由第四系全新統(tǒng)雜填土、粘性土、砂類土及碎石類土等地層組成。其各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。場地地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深3.0 m～15.80 m。

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場在地塊中間位置現(xiàn)灌注9根樁作為豎向抗拔靜載試驗(yàn)的試樁，按6 m點(diǎn)距方格網(wǎng)布置，再在試樁兩側(cè)3 m位置灌注2根錨樁作為反力支座，見圖1。

在地表處(未開挖)進(jìn)行3根樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，試樁編號分別為sy1，sy2，sy3，3根樁有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁頂標(biāo)高-16 m。對應(yīng)的4根錨樁編號分別為m1，m2，m3，m4，有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁頂標(biāo)高0 m。

在開挖8 m進(jìn)行3根樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，試樁編號分別為sy4，sy5，sy6，3根樁有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁頂標(biāo)高-16 m。對應(yīng)的4根錨樁編號分別為m5，m6，m7，m8，有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁頂標(biāo)高-8 m。

在開挖16 m(基坑底部)進(jìn)行3根樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，試樁編號分別為sy7，sy8,sy9，3根樁有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁頂標(biāo)高-16 m。對應(yīng)的4根錨樁編號分別為m9，m10，m11，m12，有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁頂標(biāo)高-16 m。

試驗(yàn)樁和反力支座錨樁采用長螺旋鉆機(jī)成孔管內(nèi)泵送混凝土后插鋼筋籠成樁的工藝成孔?？拱卧嚇恫捎秒p套管法實(shí)現(xiàn)開挖段樁與樁周土的隔離,套管頂標(biāo)高皆超出地面0.3 m,外套管內(nèi)徑660 mm,相對底標(biāo)高-16.0 m；內(nèi)套管內(nèi)徑460 mm,相對底標(biāo)高-16.5 m。試樁有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁直徑為400 mm，樁身混凝土采用C30。為防止試驗(yàn)中鋼筋發(fā)生屈服,布置14Φ22主筋,通長配筋，鋼筋采用HRB335級。反力支座錨樁不采用雙套管法灌注基樁，正常澆筑灌樁即可，有效樁長為10 m(進(jìn)入地下)，樁直徑為400 mm，樁身混凝土采用C30，布置10Φ22主筋，通長配筋，鋼筋采用HRB335級。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

靜載試驗(yàn)采用RS-JYB樁基靜載荷測試分析儀，利用反力樁做反力，通過電動油壓千斤頂加壓，荷載通過100 MPa壓力表量測。在未開挖(地表處)和開挖8 m處進(jìn)行豎向抗拔靜載試驗(yàn)時(shí)，記錄樁頂位移桿的位移。在開挖16 m處進(jìn)行3根樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)時(shí)在樁頂混凝土處設(shè)置2個位移傳感器記錄樁頂位移。

試驗(yàn)中預(yù)估極限承載力為1 200 kN，按JGJ 106建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范的方法進(jìn)行加載、判穩(wěn)和記錄數(shù)據(jù)。加荷等級分為12級，每級100 kN，其中第一級可取分級荷載的2倍，最大加荷值不限，以達(dá)到終止試驗(yàn)條件為準(zhǔn)。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)終止試驗(yàn)：

1)在某級荷載作用下，樁頂上拔量大于前一級上拔荷載作用下的上拔量5倍。2)按樁頂上拔量控制，當(dāng)累計(jì)樁頂上拔量超過100 mm時(shí)。3)按鋼筋抗拉強(qiáng)度控制，樁頂上拔荷載達(dá)到鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范加荷，在未開挖(地表處)、開挖8 m處和開挖16 m處(基坑底部)進(jìn)行抗拔靜載試驗(yàn)，將上拔載荷—上拔量關(guān)系曲線實(shí)測記錄列于表2。

表2 抗拔靜載試驗(yàn)上拔載荷—上拔量關(guān)系

以上9根樁的靜載試驗(yàn)均達(dá)到規(guī)范規(guī)定的終止加載條件，均出現(xiàn)了抗拔力極限值。

在未開挖處(地表)進(jìn)行的抗拔靜載試驗(yàn)，sy1，sy2，sy3 3根試樁的抗拔極限值均為1 300 kN，對應(yīng)的樁頂上拔量分別為4.35 mm，4.98 mm，5.02 mm。開挖8 m處進(jìn)行的靜載試驗(yàn)，sy4，sy5，sy6 3根試樁的抗拔極限值均為1 200 kN，對應(yīng)的樁頂上拔量分別為6.46 mm，6.91 mm，6.63 mm。開挖16 m處進(jìn)行的靜載試驗(yàn)，sy7，sy8，sy9 3根試樁的抗拔極限值均為1 100 kN，對應(yīng)的樁頂上拔量分別為8.22 mm，7.96 mm，8.71 mm。根據(jù)未開挖3根樁樁頂上拔量平均值分別與開挖8 m處3根樁樁頂上拔量平均值、開挖16 m處3根樁樁頂上拔量平均值進(jìn)行比較，可整理出不同開挖深度的抗拔樁對比Q—s曲線如圖2，圖3所示。

對比以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，開挖明顯降低了抗拔樁的抗拔承載力，相對于未進(jìn)行開挖時(shí)的極限承載力，開挖深度為8 m和16 m時(shí)的極限承載力平均值分別降低了7.7%和15.4%。

樁頂作用相同荷載時(shí)，隨著開挖深度的增加，樁頂位移增大。相對于未進(jìn)行開挖時(shí)的極限位移，開挖深度為8 m和16 m時(shí)的極限位移平均值分別增加了39.5%和73.6%。

由此看出，抗拔樁在基坑開挖后，開挖面以下土體經(jīng)歷豎向卸荷、回彈，樁土界面法向應(yīng)力降低，從而降低了界面的抗剪強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)致抗拔樁極限承載力及剛度的降低。隨著開挖深度的增加,土體回彈量逐漸增大,樁土相對位移增加,使得樁身預(yù)拉力有逐漸增加的趨勢；而在開挖深度增加的同時(shí),樁頂上覆土壓力減小,樁土之間的摩擦力有減小的趨勢。

3 結(jié)語

1)基坑開挖將導(dǎo)致坑內(nèi)土體產(chǎn)生卸荷回彈，從而帶動抗拔樁回彈，樁身上下部分分別承受正、負(fù)摩阻力，并在樁身產(chǎn)生軸向拉力。同時(shí)，樁土界面法向應(yīng)力降低，導(dǎo)致樁的極限抗拔承載力降低。2)采用覆土條件下的基樁承載力與剛度值是偏于不安全的。根據(jù)覆土條件下的靜載試驗(yàn)結(jié)果來確定基樁承載力，不僅要扣除開挖土層的側(cè)摩阻力，同時(shí)也要考慮基坑開挖卸荷對樁側(cè)摩阻力的影響。3)隨著基坑開挖深度的增加，相對于未進(jìn)行開挖時(shí)的極限承載力，開挖深度為8 m和16 m時(shí)的極限承載力分別降低了7.7%和15.4%。4)隨著基坑開挖深度的增加，相對于未進(jìn)行開挖時(shí)的極限位移，開挖深度為8 m和16 m時(shí)的極限位移平均值分別增加了39.5%和73.6%。

[1] 黃茂松,任 青,王衛(wèi)東,等.深層開挖條件下抗拔樁極限承載力分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007,29(11):1689-1695.

[2] 胡 琦,凌道盛,陳云敏,等.深基坑開挖對坑內(nèi)基樁受力特性的影響分析[J].巖土力學(xué),2008,29(7):1965-1970.

[3] 陳錦劍,王建華,范 巍,等.抗拔樁在大面積深開挖過程中的受力特性分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2009,31(3):402- 407.

[4] 酈建俊,黃茂松,王衛(wèi)東,等.開挖條件下抗拔樁承載力的離心模型試驗(yàn)[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010,32(3):388-396.

In-situ pile detection and analysis of excavation of foundation pit against the influence of uplift piles★

Wang Chaoxiang1，2Zhang Chao1，2Li Hongjia1，2

(1.LiaoningNonferrousFoundationEngineeringCompany,Shenyang110000,China；2.LiaoningAcademyofNonferrousGeologyBureauSurvey,Shenyang110013,China)

Excavation of foundation pit can inevitably cause foundation stress field changes and then lead the normal stress of pile-soil interface changes, so as to reduce the bearing capacity of uplift pile and influence the deformation of tension piles. In this essay will detect and analyze the load-carrying properties of uplift pile which at different depth in the sandy region of Shenyang through the test of in-situ pile static load pull-out at the surface and different excavation depth position, some meaningful conclusions are drawn.

excavation of foundation pit, uplift pile, static test

2014-12-27 ★：沈陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：F13-165-9- 00)

王朝祥(1963- )，男，教授級高級工程師

1009-6825(2015)08-0071-02

TU463

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