沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁的試驗(yàn)研究

李 麗

焦作建工集團(tuán)有限公司（454000）

沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁的試驗(yàn)研究

李 麗

焦作建工集團(tuán)有限公司（454000）

沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁，是用細(xì)長錘對填料（碎磚塊、廢鋼渣、碎石、河卵石等廢料）和干硬性混凝土反復(fù)夯實(shí)，在土體內(nèi)夯擴(kuò)成人造持力層的一種沉管鋼筋混凝土灌注樁。它改變了傳統(tǒng)的地基處理觀念和樁基傳力概念，但是，考慮到地基的復(fù)雜性，它究竟有怎樣的優(yōu)越性，現(xiàn)通過同傳統(tǒng)復(fù)打沉管灌注樁的試驗(yàn)比較，加以論證。

1 試驗(yàn)場地的地質(zhì)條件

試驗(yàn)選在河南理工大學(xué)南校區(qū)內(nèi)，其場地位于太行山山前洪積平原與大沙河沖洪積平原的交匯處，地勢平坦，地表普遍分布一層耕土，其他層結(jié)構(gòu)及各層結(jié)構(gòu)及各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 場地土層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

從地質(zhì)勘察報(bào)告可知，該場地是地下水的滯留區(qū)，地下水距地表最淺處0.30 m，最深處2.90 m，變化幅度在1.53 m左右；地基土在⑤層以上的堆積年代較新，由于地下水埋藏淺，其固結(jié)強(qiáng)度較差，土質(zhì)軟弱，而⑥層以下的土層為中等壓縮性土，土質(zhì)較硬。

2 試件及試驗(yàn)方法

分別制作三組沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁和復(fù)打沉管灌注樁，夯擴(kuò)樁的編號分別 H1、H2、H3，其樁長為 6.5 m，樁徑為400 mm，混凝土強(qiáng)度為C30，其樁端夯擴(kuò)體入⑥-1層土體,樁端深度為9.0 m；復(fù)打沉管灌注樁的編號分別為C1、C2、C3，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告建議，樁端進(jìn)入⑥-1a層不小于600 mm，其樁長定為10.0 m，樁徑為450 mm，混凝土強(qiáng)度為C30。同時(shí)為了便于試驗(yàn)在周圍還施工了12根輔助錨樁。夯擴(kuò)載體樁的施工工藝為：用震動(dòng)沉管和細(xì)長錘成孔，分批裝入填料（碎磚、碎石或建筑垃圾等），用細(xì)長錘反復(fù)夯擊至密實(shí)，填入0.3 m3干硬性混凝土，用細(xì)長錘反復(fù)夯實(shí)，安放鋼筋籠，澆筑混凝土。

本次試驗(yàn)采用錨樁橫梁反力架裝置，液壓千斤頂加載，荷載采用安裝千斤頂與橫梁間的測力傳感器測定,樁的沉降量采用安裝在、基準(zhǔn)梁上的位移傳感器測定。檢測儀器為徐州產(chǎn)JCQ-503靜力載荷測試儀;荷載采用中原電測儀器廠生產(chǎn)的GYL/5MN輪輻式壓力傳感器測定,量程0～5 000 kN，精度0.02%；位移采用航空三零三所生產(chǎn)的DSB-25格柵式數(shù)字百分表觀測，量程0～50 mm，精度0.01 mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

先測試夯擴(kuò)載體樁,在試驗(yàn)時(shí)加載采用緩速維持荷載法,每次加載100 kN,第一級按200 kN加載。每級加載后沉降觀察分 5、10、15、15、15、30、……、30 min,直至沉降穩(wěn)定。H1號樁加載至1 650 kN時(shí),該級沉降量為上一級的2倍,且24 h不穩(wěn)定,開始卸載,整個(gè)測試過程歷時(shí)5 723 min，累計(jì)沉降29.92 mm，卸載回彈10.33 mm,殘余沉降19.59 mm;H2號樁加載至1 100 kN時(shí),整個(gè)試驗(yàn)穩(wěn)定,考慮到錨樁的抗拔能力,為不影響其它樁的試驗(yàn),即卸載,整個(gè)測試過程歷時(shí)2 490 min，累計(jì)沉降8.38 mm，卸載回彈4.76 mm，殘余沉降3.62 mm；H3號樁加載至110 kN后，整個(gè)試驗(yàn)穩(wěn)定，考慮共用錨樁試驗(yàn)，即卸載，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)3 014 min，累計(jì)沉降14.56 mm，卸載回彈5.42 mm，殘余沉降9.14 mm；復(fù)打沉管灌注樁的測試隨后進(jìn)行,其Q-s curve of C type pile測試結(jié)果分別如下，C1號樁，加載至1 200 kN時(shí)，考慮到錨樁的抗拔能力，穩(wěn)定后開始卸載，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)6 063 min，累計(jì)沉降33.21 mm，卸載回彈8.65 mm，殘余沉 24.56 mm；C2樁加載至 1 200 kN時(shí)，累計(jì)沉降超過60.00 mm，即卸載，歷時(shí)6 761 min,累計(jì)沉降60.84 mm；卸載回彈7.03 mm，殘余沉降60.84 mm;C3號樁加載至1 200kN時(shí),考慮錨樁的抗拔能穩(wěn)定后卸載,歷時(shí)4 163 min，累計(jì)沉降29.87 mm，卸載回彈值6.74 mm，殘余沉降23.13 mm。兩種類型的樁Q-S曲線分別見“H型樁Q-S圖”和“C型樁Q-S圖”。

由以上的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，H1號樁的極限承載能力為1 500 kN,而 H2、H3號樁的極限承載力不低于 1 100kN；C2號樁的極限承載能力1 100 kN，C1、C2號的極限承載力不低于1 200 kN。

從試驗(yàn)結(jié)果和Q-S圖不難看出,夯擴(kuò)載體樁沉降規(guī)則平滑，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值1 100 kN時(shí)，單樁沉降量8.38～14.56 mm,沉降接近均勻，而復(fù)打沉管灌注樁極限標(biāo)準(zhǔn)值1 100 kN單樁沉降量為22.46～47.22，沉降差異大。究其原因是夯擴(kuò)樁在成樁過程中，對樁端持力層進(jìn)行夯擊處理,使該樁端持力層強(qiáng)度及壓縮模量大大提高,并且該樁端人造持力層基本均勻,避免了復(fù)打沉管樁因樁端天然持力層不均勻而造成單樁承力和沉降量的差異，其構(gòu)造形式見“沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁身大樣圖”。

4 結(jié)論與建議

1）沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁可以處理水位較淺土質(zhì)較軟的地基，并且處理效果非常好。

2）沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁的單樁承載力主要是受人造持力層和擴(kuò)底面積的影響,樁長和地質(zhì)條件的影響較小。在設(shè)計(jì)過程中,其單樁極限承載力的估算除考慮土體的側(cè)阻力和端阻力外還應(yīng)考慮夯擴(kuò)體投影面積的影響和填料對土體的擠壓影響等因素。

3）該樁型以人造持力層提供承載力為主，故對施工質(zhì)量要求比較嚴(yán)格，施工時(shí)沉管至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)根據(jù)土層的軟弱程度控制細(xì)長錘擊護(hù)筒出的高度，一般為出筒40～60 cm；在夯擊填料時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)長錘有明顯的反彈，應(yīng)測算三擊貫入度，一般情況下在3.5 T重錘和6.0 m落距的情況下，貫入度為50～60 mm為佳;填充的干硬性混凝土一般以0.3 m3為佳，終錘時(shí)一定要保證該混凝土全部打擊護(hù)筒以外，方法以細(xì)長錘下端打擊護(hù)筒30～50 mm即可。

4）同復(fù)打沉管灌注樁相比，在同等單樁承載力的條件，可以節(jié)省工程造價(jià)33%以上，而且沉降均勻，施工工期快。

5）該樁型環(huán)境效益好，能夠處理大量的建筑垃圾，節(jié)省樁材，同其它樁型比，能克服污染、振動(dòng)影響，和縮頸等通病。

沉管鋼筋混凝土夯擴(kuò)載體樁改變了以土體磨擦為主提供單樁承載力的傳統(tǒng)理論,它提出了以端承力為主提供單樁承載力的新理論，在軟弱地基處理方面具有廣闊的發(fā)展前景。但該樁型在長期荷載作用下和地震荷載作用,人造持力層的穩(wěn)定性能有待進(jìn)一步研究論證。