某住宅樓樁基承載力不足分析

文/王彥芳 甘肅第五建設(shè)集團公司建筑勘察設(shè)計院　甘肅天水　741018

某住宅樓樁基承載力不足分析

文/王彥芳 甘肅第五建設(shè)集團公司建筑勘察設(shè)計院甘肅天水741018

文中通過與某住宅樓實際工程中混凝土灌注樁承載性測驗結(jié)果相結(jié)合，分析出在該工程中出現(xiàn)樁基承載力不足的主要原因，并研究了影響樁基承載力的必要因素，其中包含樁體材料特性、樁-土摩擦特性、樁體周圍土體特性和持力層土特性等，然后探討了這些特性對于樁基Q-S曲線的變化規(guī)律。根據(jù)檢測結(jié)果，在本次工程中，影響樁基承載力的主要因素是樁基底部未干凈清理而出現(xiàn)軟弱層，并且持力層強度不足也是樁基承載力不足的主要影響因素。

住宅樓樁基；承載力；沉降

引言

樁基是建筑結(jié)構(gòu)中進行應(yīng)力傳送的地下結(jié)構(gòu)，不但要確保建筑結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性和安全性，同時也應(yīng)充分發(fā)揮出樁基的經(jīng)濟和技術(shù)效益，因此，怎樣科學(xué)設(shè)定出樁基承載力是進行樁體設(shè)計的重要技術(shù)性問題之一。文中在對某住宅樓進行樁基測驗時發(fā)現(xiàn)部分樁存在沉降量較大，承載力未滿足設(shè)計值需要等狀況（如圖1中所示）。因為混凝土樁在運作時機理較為復(fù)雜，且樁的承載性受長度、徑長、材料彈性模量、樁-土摩擦性質(zhì)、樁周圍土體和樁體端部持力層土體力學(xué)特性等眾多因素所影響，然而每個因素其對于樁基承載力影響的程度要視具體工程而定。文中以該住宅樓樁作為研究對象，與靜載檢測報告結(jié)合，分析了樁基承載力在豎向載荷下各個因素的影響情況，從而分析出了樁基承載力不足的主要原因。

圖1　樁受豎向載荷下的Q-S曲線圖

1、住宅樓樁基抗壓靜載荷抽樣試驗分析

1.1加載方式

設(shè)計單樁承載力特征值2890kN，工程樁驗收檢測時，加載量不應(yīng)小于設(shè)計要求的單樁承載力特征值的2倍進行加載，設(shè)計單樁承載力特征值2640kN的兩倍為5780kN，故本次把5780kN分10級加載，首次加荷量可取分級加荷量的2倍為1156kN，以后每級分別累加578kN，當(dāng)樁頂加荷量累計至設(shè)計要求的最大加荷量5780kN時，可終至加載，然后分級卸載至零。分級加荷量分述如下：首次加載①-②1156kN、③1734kN、④2312kN、⑤2890kN、⑥3468kN、⑦4046kN、⑧4624kN、⑨5202kN、⑩5780kN

1.2試驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

隨機抽取B2#、B35#、B50#進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗，其中：B2#樁和B50#樁，由于在自然含水量狀態(tài)下，當(dāng)樁頂豎向最大加荷量達(dá)到5202kN時，樁頂總沉降量為80.31mm，由于樁頂累計沉降量超過80mm，因此終止加載；而B35#樁：在自然含水量狀態(tài)下，當(dāng)樁頂豎向最大加荷量達(dá)到2312kN時，樁頂總沉降量為81.42mm，由于樁頂累計沉降量超過80mm，因此終止加載。具體的單樁豎向抗壓載荷承載力狀況與測驗結(jié)果如下表中所示。

表1　單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果匯總表

由表中可知，B2#和B50#工程樁的沉降量隨所加靜載荷的變化曲線呈緩變型，不存在明顯的陡降段，S-lgt曲線隨時間變化沉降量變化較為平緩，S～lgQ曲線隨荷載的增加其斜率呈緩慢變化。而B35#工程樁在首次加荷1156KN時，樁體就呈直續(xù)下降趨勢（Q～S曲線呈陡變型）；當(dāng)下呈量達(dá)到67.26mm時、下沉量才趨于穩(wěn)定，Q～S曲線呈緩變型，無明顯的陡降段，S-lgt曲線隨時間變化沉降量變化較為平緩，S～lgQ曲線隨荷載的增加其斜率呈緩慢變化，并且根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011、《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014第4.4.2條規(guī)定并結(jié)合附圖Q～S、s-lgt、S～lgQ曲線和單樁荷載—沉降數(shù)據(jù)匯總表分析，該試樁在自然含水量狀態(tài)下的單樁豎向抗壓極限承載力取S等于0.05D對應(yīng)荷載值為1536kN，承載力出現(xiàn)明顯不足，因此，必須要加強對導(dǎo)致該樁基出現(xiàn)承載力不足的因素進行分析，并提出切實有效的加固措施，以確保工程質(zhì)量。

2、住宅樓樁基承載力不足的影響因素分析

在具體開展單樁豎向抗壓承載力試驗檢測過程中，樁基混凝土的澆筑時間均已滿足試驗的齡期要求，并且試驗前后均做了基樁完整性檢測，樁身完整性基本良好，前后無明顯變化，試驗后檢查樁頭，無破損壓裂等現(xiàn)象，由此可排除基樁自身質(zhì)量問題引起的變形沉降。因此，導(dǎo)致住宅樓裝機承載力不足的原因主要包括下面幾個方面。

2.1沉渣因素的影響

首先而言，樁底部沉渣的法向勁度系數(shù)受樁底部土層的軟弱程度影響，所以其也會對與樁基承載力帶來極大影響，伴隨樁基沉渣法向勁度系數(shù)降低，樁體的沉降量會變大，然而在樁底沉渣法向勁度系數(shù)降低至某一特定值后，樁基沉降變化量將會緩慢增大。而在該住宅樓樁基實際工程中，當(dāng)工程樁在首次加荷1156KN時，其Q～S曲線呈陡變型，且樁身呈直續(xù)下降的趨勢，當(dāng)下沉量達(dá)到67.26mm時，下沉量才趨于穩(wěn)定，Q～S曲線呈緩變型，說明該工程樁底部有約為67.26mm厚的極軟弱層，導(dǎo)致樁基沉渣法向勁度系數(shù)降低，因此，導(dǎo)致該工程中樁基出現(xiàn)承載力不足等情況，所以應(yīng)先考慮極可能是由于未清理干凈的樁底沉渣所致。

2.2夾層的影響

其次考慮樁底持力層中有軟弱夾層或透鏡體。圖2中展示出樁底土層在彈性模量不同的情況下樁體的Q-S曲線圖，當(dāng)將持力層的彈性模量減少至原有的2/3、1/3和/1/6之時，樁的沉降量則變?yōu)樵嫉?.5、2.8和5倍之多，即隨著樁基底端持力土層彈性模量的增大，其沉降量會變小，樁體端部阻力便增大，而相應(yīng)樁基的承載性將升高。而在該工程中，根據(jù)加載情況分析，該層為極軟弱層，屬于泥或粉細(xì)砂等類型，層厚較薄，彈性模量較小，且處在樁端，因此，極易在成孔過程中穿透，故在實際施工過程中出現(xiàn)該現(xiàn)象的可能性較小。在相同樁側(cè)土狀況下，如果樁體端部持力層的強度較高，則側(cè)向阻力會比持力層強度較低樁體要高，反之亦然。

圖2　持力層在彈性模量不同條件下Q-S曲線圖

2.3側(cè)摩阻力的影響

通過各類有關(guān)樁體側(cè)摩阻力規(guī)范中的取值標(biāo)準(zhǔn)能夠得出，當(dāng)樁體周圍土體狀況相同時，因施工工藝的差異，其側(cè)摩阻力也會出現(xiàn)不同，原因主要是由于施工工藝不同時，對于樁-土臨界處的影響形式與程度會有不同。對打入型樁，在沉樁時會擠壓樁周圍土層而使其更為密室，所以側(cè)摩阻力較大；而泥漿護壁鉆孔灌注型樁，在施工時會擾動樁身周圍土體，使孔壁的應(yīng)力放出，可能將于樁-土臨界部位產(chǎn)生泥夾層，從而使得樁側(cè)摩阻力減小。而對各類預(yù)制型樁，因樁-土臨界處特征由樁體表面粗糙性決定，和制樁工藝相關(guān)；對各類灌注型樁，樁-土面狀況由成孔時裝置對孔壁擾動等情況決定，通常其相對較為粗糙，規(guī)則性差。

而在本次工程中，由于首次加荷承載力首先應(yīng)由樁身側(cè)摩阻力承擔(dān)，隨著分級荷載的加大，端承力才發(fā)揮作用。B35#工程樁在首次加載時，樁身呈直續(xù)下降趨勢（Q～S曲線呈陡變型），當(dāng)下沉量達(dá)到一定數(shù)值時，下沉量才趨于穩(wěn)定，Q～S曲線呈緩變型，說明側(cè)摩阻力在整個承載力性能中分擔(dān)的比例很小，幾乎沒有發(fā)揮作用；究其原因，B35#樁屬新增樁，與毗鄰的四根樁呈梅花型布置，且與毗鄰圍著的四根樁間距較小（不足1米），在成孔過程中樁身周圍土體受到擾動，造成樁側(cè)土體對樁的摩阻力減小，又因該樁成孔工藝為泥漿護壁，故樁側(cè)摩阻力又一次減小，在實際過程中可不考慮側(cè)摩阻力。

本次參加測試的3根新增工程樁，極差超過平均值的30%，且極差相差懸殊很大，為了排除試驗結(jié)果中出現(xiàn)的特殊異常的情況，并能客觀準(zhǔn)確地確定單樁承載力，建議擴大檢測范圍，在該工程樁周圍至少再做二根試驗樁進行對比驗證評定，同時應(yīng)對B35#樁進行加固處理等措施，以確保工程質(zhì)量。

結(jié)論：

綜上可得，住宅樓樁基承載力出現(xiàn)不足會由多方面因素引起，主要包括：首先，樁體材料質(zhì)量會對樁基承載力產(chǎn)生較大影響，施工中要嚴(yán)格管控好材料與施工工藝，同時作好及時的檢驗工作，以保證樁基承載性；其次，樁底部沉渣也會嚴(yán)重影響樁基承性，所以在施工中應(yīng)確保樁長，要盡可能保證樁可打入持力層中，且在混凝土澆筑前清除干凈孔底雜物；樁-土臨界處條件和樁周土層強度、密實情況等也均會對樁基承載性造成一定影響，施工時要盡可能減少或防止擾動孔壁，比如可采取干式鉆孔方法等。此外，利用靜壓以壓實樁周的土體，這對提升樁基承載力十分有利，同時考慮工程區(qū)域內(nèi)的地層狀況相近，該住宅樓的其他承載力不足樁也可能是因樁長較短未插進持力層及樁基底端沉渣較多等因素所致。

[1]王遇國,梅志榮,張季超.單樁承載性狀試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2010，(01).

[2]鄧永鋒,劉松玉,洪振舜.水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗數(shù)值分析[J].巖土力學(xué).2004，(增刊2).

[3]饒文昌,葉欣.某住宅樓樁基承載力不足原因分析[J].蘇州大學(xué)學(xué)報.2012，(03).

王彥芳，（1983～）女，甘肅省天水市人，工程師，畢業(yè)于天水師范學(xué)院建筑經(jīng)濟管理專業(yè)。