大直徑鉆孔灌注樁基靜載荷試驗研究

劉汝斌　董擎

摘要：天津濱海國際機(jī)場配套地下交通中心基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁，試樁所處的地質(zhì)條件復(fù)雜。為了準(zhǔn)確獲得樁基極限承載力值及分層土阻力值，對其中的四根試樁進(jìn)行單樁豎向和抗拔抗承載力試驗，基于實測數(shù)據(jù)對在大直徑鉆孔灌注樁的樁側(cè)阻力及樁端阻力進(jìn)行了分析，為以后類似地質(zhì)條件下的大直徑鉆孔灌注樁的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：灌注樁；靜載荷試驗；自平衡法；承載力；土阻力

1.工程概況及地質(zhì)條件

天津濱海國際機(jī)場擴(kuò)建配套交通中心工程，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。按照設(shè)計要求S-1、S-2樁進(jìn)行豎向抗壓試驗，預(yù)估單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值22636kN；S-3、S-4樁進(jìn)行豎向抗拔試驗，預(yù)估單樁豎向抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為21356kN試樁資料見表1.1。

2.試驗方法

2.1單樁豎向抗壓靜載荷試驗方法及原理

單樁豎向抗壓靜載荷試驗采用壓重平臺反力裝置，即由壓重平臺提供反力通過試樁鋼梁及6臺500T并聯(lián)液壓千斤頂對試樁進(jìn)行豎向抗壓荷載試驗。試驗采用靜載荷測試儀，采用壓力傳感器直接測定壓力，試樁沉降量采用四塊位移傳感器記錄?；鶞?zhǔn)梁采用鋼質(zhì)，長14米。

2.2靜載（自平衡法）原理

自平衡測樁法是在樁身平衡點位置安設(shè)荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下部各自承載力。

自平衡測樁法的主要裝置是一種經(jīng)特別設(shè)計可用于加載的荷載箱。它主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成。頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移棒。將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆搗混凝土成樁。

試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發(fā)生變位，促使樁側(cè)阻力及樁端阻力的發(fā)揮，見圖2-2。

荷載箱中的壓力可用壓力表測得，荷載箱的向上、向下位移可用位移傳感器測得。因此，可根據(jù)讀數(shù)繪出相應(yīng)的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”，根據(jù)向上、向下Q-s曲線判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形。

自平衡試驗開始后，荷載箱產(chǎn)生的荷載沿著樁身軸向往上、往下傳遞。假設(shè)基樁受荷后，樁身結(jié)構(gòu)完好（無破損，混凝土無離析、斷裂現(xiàn)象），則在各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量，通過量測預(yù)先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋應(yīng)變計，可以實測到各鋼筋應(yīng)變計在每級荷載作用下所得的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，可以推出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，那么相應(yīng)樁截面微分單元內(nèi)的應(yīng)變量亦可求的。由此便可求得在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。

3.試驗結(jié)果及分析

3.1單樁豎向抗壓靜載荷試驗

S1和S2號試樁實測Q-s曲線如圖3-1所示。

S1和S2試樁的土阻力測試結(jié)果如圖3-2所示。

S1試樁的單樁豎向抗壓極限承載力實測值等于24400kN。通過土阻力測試，在極限狀態(tài)下，總側(cè)摩阻力為20211.5kN，占極限承載力的82.8%；端阻力為4190.0kN，占極限承載力的17.2%。

S2試樁的單樁豎向抗壓極限承載力實測值等于24400kN。通過土阻力測試，在極限狀態(tài)下，總側(cè)摩阻力為20088.6kN，占極限承載力的823%；端阻力為4310.3kN，占極限承載力的17.7%。

3.2單樁豎向抗拔靜載荷（自平衡法）試驗

S3和S4號試樁實測Q-s曲線及等效樁頂Q-s曲線如圖3-3和圖3-4所示。

S1和S2試樁的土阻力測試結(jié)果如圖3-5所示。

現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，根據(jù)文獻(xiàn)和文獻(xiàn)各試樁分析結(jié)果見表3.1。

S3試樁的單樁豎向抗拔極限承載力實測值等于25000kN。通過土阻力測試，在極限狀態(tài)下，總側(cè)摩阻力為23450.7kN，占極限承載力的93.8%；端阻力為1556.5kN，占極限承載力的6.2%。

S4試樁的單樁豎向抗拔極限承載力實測值等于25000kN。通過土阻力測試，在極限狀態(tài)下，總側(cè)摩阻力為23461.8kN，占極限承載力的93.8%：端阻力為1546.6kN，占極限承載力的6.2%。

3.3正負(fù)摩阻力的對比

S1、S2試樁是抗壓樁，S3、S4是抗拔，抗壓樁側(cè)土阻力是正摩阻力，抗拔樁側(cè)土阻力是負(fù)摩阻力。根據(jù)S2試樁和S3試樁的土阻力測試結(jié)果，對比相同土層中樁的正負(fù)摩阻力。根據(jù)樁側(cè)土阻力測點布置圖可知，S2試樁的測點5、8、9分別對應(yīng)S3試樁的測點2、5、6，下面分別對比兩根樁的3個測點的正負(fù)摩阻力，如圖6～8所示。

在相同荷載相同土層中，抗拔樁的單位面積側(cè)摩阻力（負(fù)摩阻力f₁）要小于抗壓樁的單位面積側(cè)摩阻力（JE摩阻力f₂）。圖6中，f₁/f₂平均值為0.707；圖7中，f₁/f₂平均值為0825；圖8中，f₁/f₂平均值為0.852。

4.結(jié)論與建議

4.1根據(jù)文獻(xiàn)分析計算：本場地2組試樁的單樁豎向抗壓極限承載力實測值均為24400kN，故取2組試樁單樁豎向極限承載力實測值的平均值作為本場地單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。減去根據(jù)上海市城市建設(shè)設(shè)計研究院提供的該場地《工程勘察報告》估算側(cè)摩阻約為1688kN，加上增加樁身混凝土的重量1233kN，故本場地單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為23945kN。

4.2根據(jù)文獻(xiàn)和文獻(xiàn)分析計算：S3單樁豎向抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為23562kN，S4單樁豎向抗拔極限承載力為23562kN，S5單樁豎向抗拔極限承載力為26062kN。

4.3相同荷載同一土層中單樁的單位面積負(fù)摩阻力與單位面積正摩阻力之比在0.8左右。