雙護筒技術(shù)在大直徑灌注樁靜載試驗中的應(yīng)用研究

陳旻，上官京靈，鄭思偉，林浩

（1福建省建筑科學(xué)研究院，福建福州 350108；2福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室，福建福州 350108）

0 引言

對于有地下室的樁基工程，無論是為設(shè)計提供依據(jù)的試驗樁靜載試驗，還是工程樁驗收靜載試驗，最為理想的情況都是在基坑設(shè)計底標(biāo)高處進(jìn)行，如此得到的數(shù)據(jù)是最準(zhǔn)確的，不用修正就可以直接應(yīng)用。但受到基坑支護條件、水文地質(zhì)條件以及施工工序、工期、安全等因素的限制，在實際工程中基本不會采用先開挖再試樁的施工工序[1]。而在地面實施的靜載試驗測得的單樁極限承載力受到開挖段樁側(cè)摩阻力的影響，無法直接反映樁頂設(shè)計標(biāo)高處基樁的實際承載力。

為了消除開挖段樁側(cè)摩阻力的影響，工程界展開了這方面的研究。通常的方法是，采用地勘報告提供的各土層樁身側(cè)摩阻力經(jīng)驗數(shù)據(jù)，計算出開挖段樁身總側(cè)阻力，再將靜載試驗獲得的單樁極限承載力扣減，從而得到有效樁長的單樁極限承載力，該法直接、簡單，但地勘報告提供的數(shù)值偏保守，計算得到的開挖段樁身總側(cè)阻力明顯偏低，使得扣減后的單樁極限承載力偏高，特別是對有深地下室的基樁，誤差更大。較為常用的方法是，在樁頂設(shè)計標(biāo)高處預(yù)埋測力傳感器，經(jīng)測試計算得到該處的樁身軸力，該法得到的單樁承載力較為準(zhǔn)確，但對傳感器的埋設(shè)、防護、測試要求較高。也有國內(nèi)學(xué)者提出在靜載試驗前將開挖段樁周土進(jìn)行松動，以消減開挖段的樁側(cè)摩阻力影響[2]，但其松動只是部分消減樁側(cè)摩阻力，仍不準(zhǔn)確，還有可能危及靜載試驗堆載平臺的安全。而雙護筒技術(shù)是在開挖段利用內(nèi)外護筒將開挖段樁身與樁周土隔離，以達(dá)到消除開挖段側(cè)摩阻力的目的[3]，該方法完全消除了開挖段樁側(cè)摩阻力的影響，可以得到準(zhǔn)確的有效樁長的單樁承載力。對于深地下室的大直徑灌注樁靜載試驗，雙護筒技術(shù)尤為適用。以往的雙護筒技術(shù)采用內(nèi)外護筒依次吊裝放置的方式，增加了施工難度，且雙護筒下端沒有密封，使得內(nèi)外護筒之間的間隙部分被泥土填充，產(chǎn)生額外的樁側(cè)摩阻力，降低了雙護筒的隔離效果[4]。在本次工程實踐中，采用雙護筒上下端預(yù)先密封并一次性吊裝到位的方法，減小了施工難度，同時利用靜載試驗預(yù)壓，使得內(nèi)外護筒分離，消除了對開挖段樁側(cè)摩阻力的影響，可為類似的基樁靜載試驗提供參考。

1 工程及試驗概況

該項目位于福州三江口附近，為超高層建筑，塔樓，地上40層，地下3層，埋深約17m，樁基設(shè)計等級為甲級。擬建場地巖土層自上而下分別為：①素填土：松散～稍密、稍濕～濕；②-1淤泥質(zhì)土（混砂）：流塑飽和；②-2（泥質(zhì)）粉砂：稍密～中密；③中砂：稍密～中密，飽和；③-1淤泥質(zhì)土（夾砂）：流塑，飽和，高壓縮性；④淤泥質(zhì)土：流塑，飽和，高壓縮性；④-1中砂：稍密～中密；④-2粉質(zhì)黏土：可塑～硬塑，濕；⑤粉質(zhì)黏土：可塑～硬塑，濕；⑥淤泥質(zhì)土：流塑，飽和，高壓縮性；⑦全風(fēng)化花崗巖：散體狀，極破碎，極軟巖；⑧強風(fēng)化花崗巖I：散體狀，極破碎，極軟巖；⑨強風(fēng)化花崗巖Ⅱ：碎裂狀，極破碎，軟巖～較軟巖；⑩中風(fēng)化花崗巖：塊狀，較破碎～較完整，較軟～堅硬。

設(shè)計擬采用鉆孔灌注樁，設(shè)計樁徑1000mm，樁身混凝土設(shè)計強度等級為C50（水下），施工樁長約76 m，有效樁長約60 m，試樁附加段約16 m，單樁豎向抗壓承載力特征值11000 kN，試樁最大試驗荷載24000 kN，設(shè)計樁端持力層為⑧強風(fēng)化花崗巖Ⅰ，采用樁端和樁側(cè)復(fù)式后注漿工藝。

在擬建的塔樓下施工3根試驗樁，試驗樁采用雙護筒技術(shù)，目的是隔離試樁附加段樁周土層的樁側(cè)摩阻力，各試樁參數(shù)如表1所示，樁周土層分布情況見圖1。試樁施工流程為：施工準(zhǔn)備階段→樁孔放樣及定位護筒埋設(shè)→鉆至基坑底標(biāo)高位置→吊裝雙護筒→鉆進(jìn)至設(shè)計樁頂標(biāo)高→成孔質(zhì)量檢測→吊裝鋼筋籠→灌注混凝土→后注漿→除去雙護筒頂部連接→單樁豎向抗壓靜載試驗。

表1 試樁參數(shù)

圖1 試樁樁周土層分布圖（m）

2 靜載試樁雙護筒技術(shù)

2.1 雙護筒隔離樁側(cè)摩阻力原理

靜載試驗一般在地面實施，由于受到地下室范圍內(nèi)附加樁段的樁側(cè)摩阻力的影響，無法直接得到有效樁長的單樁極限承載力。而雙護筒技術(shù)，即利用內(nèi)外兩個護筒隔離附加段的樁周摩阻力，使得試樁靜載試驗不受附加段樁周摩阻力的影響，從而可直接獲得有效樁長的單樁極限承載力。

2.2 雙護筒結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

試樁外套筒內(nèi)徑為1160mm，試樁內(nèi)套筒內(nèi)徑為1050mm，內(nèi)外套筒壁厚均為12mm，內(nèi)外鋼套筒每隔4m設(shè)置環(huán)形的防失穩(wěn)支撐肋，支撐肋與內(nèi)套筒焊接，支撐肋與外套筒內(nèi)壁間距為2mm，保證內(nèi)外護筒中軸線及圓心重合，鋼材焊縫高度不小于10mm。雙護筒結(jié)構(gòu)簡圖見圖2。為防止混凝土及注漿漿液沿內(nèi)外護筒之間上涌，雙套筒頂部及底部用鋼管焊接密封，雙護筒一次性吊裝至樁頂設(shè)計標(biāo)高位置。試樁雙護筒技術(shù)隔離示意圖見圖3。

圖2 雙護筒結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 試樁雙護筒技術(shù)隔離示意圖

2.3 雙護筒間隙阻隔措施

試驗樁在成孔時需要泥漿護壁，一般雙護筒分開吊裝放入樁孔時，泥土?xí)淖o筒底部進(jìn)入內(nèi)外護筒之間的空隙中，另外，如果隔離措施不到位，在灌注混凝土階段，也會使混凝土進(jìn)入空隙中。當(dāng)混凝土及水泥漿凝固時，內(nèi)外護筒將聯(lián)結(jié)成一個整體，仍然存在附加段的樁側(cè)摩阻力會使得單樁豎向抗壓靜載試驗樁數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，阻隔措施是否到位是雙護筒技術(shù)在靜載試驗應(yīng)用中至關(guān)重要的一環(huán)。

（1）內(nèi)外護筒頂部及底部利用圓形鋼圈焊接內(nèi)外護筒，內(nèi)護筒底部與圓形鋼圈采用點焊及膨脹膠連接，使雙護筒形成一個密閉的整體結(jié)構(gòu)（圖4），泥漿液及混凝土無法進(jìn)入內(nèi)外護筒之間的空隙。

圖4 雙護筒實景照片

（2）外護筒焊接吊耳見圖5。吊裝外護筒時，圓形鋼管焊接處不受力破壞接縫，保證密閉性的同時，可以進(jìn)行整體吊裝，一次到位。

圖5 外護筒吊耳

（3）靜載開始前，去除上部焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)護筒頂高于外護筒頂，預(yù)加載最大試驗荷載的10%左右，樁身上部產(chǎn)生位移，即可破壞雙護筒底部的焊接結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)外護筒在靜載試驗過程中處于分離狀態(tài)。

3 試驗過程及結(jié)果分析

單樁豎向抗壓靜載試驗按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）第4章的相關(guān)條款進(jìn)行[5]，試驗反力由預(yù)制塊堆重反力裝置提供，試驗加荷采用慢速維持荷載法。內(nèi)護筒設(shè)置4個位移傳感器，觀測樁頂沉降量，外護筒也設(shè)置4個位移傳感器，觀測外護筒沉降量。試驗結(jié)果表明，3根試驗樁的外護筒沉降量基本為0。由此可知，采用雙護筒技術(shù)的試樁外護筒未受到附加荷載的作用。因此，內(nèi)外護筒之間有效隔離了附加段樁側(cè)摩阻力對靜載數(shù)據(jù)的影響，雙護筒技術(shù)具有可行性。各試樁靜載試驗結(jié)果見表2，Q-s曲線見圖6。

表2 各試樁靜載試驗結(jié)果匯總表

圖6 各試樁靜載試驗Q-s曲線

4 結(jié)語

本文采用雙護筒技術(shù)，將雙護筒上下端密封，并一次性吊裝到位，避免了護筒下端泥土進(jìn)入對隔離效果的影響。靜載試驗開始前，先去除護筒上部的焊接結(jié)構(gòu)，后用預(yù)加載破壞雙護筒底部的焊接結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)外護筒處于分離狀態(tài)。靜載試驗過程中，在外護筒頂部設(shè)置位移傳感器，觀測外護筒沉降量，用于判斷開挖段側(cè)摩阻力的消除情況。

雙護筒技術(shù)將開挖段樁身與樁周土隔離，消除了開挖段樁側(cè)摩阻力的影響，可以得到準(zhǔn)確的有效樁長的單樁極限承載力。對于深地下室的大直徑灌注樁的靜載試驗，雙護筒技術(shù)尤為適用。