超長PHC 管樁承壓性能試驗研究

劉運庚

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100054)

0 引言

預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁簡稱PHC管樁，由于預(yù)應(yīng)力管樁制作工藝簡單，質(zhì)量容易保證，植樁方便，耐打性好，造價便宜，檢測方便，施工速度快和樁基抗震性好等優(yōu)點，目前在樁基工程中應(yīng)用十分廣泛，是一種重要的樁基材料。當(dāng)PHC樁基應(yīng)用于高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計時，除滿足豎向抗壓承載力的同時也要滿足水平承載力的要求。目前關(guān)于PHC管樁的抗壓承載性能方面已展開了研究，并取得了一系列研究成果:如郭宏磊等[1]利用逐次線性概率法加上殘差修正對PHC管樁單樁豎向承載力進行了預(yù)測，并采用有限元法進行了模擬;黃敏等[2]對帶翼板預(yù)應(yīng)力管樁的承載力提高機制進行了探討，提出了幾種可能分析該種樁型豎向承載性能的模擬方法;李平先等[3]針對預(yù)應(yīng)力管樁與樁帽連接節(jié)點軸拔性能進行了原型試驗，分析了連接節(jié)點工作性能和影響軸拔承載力的主要因素，并提出了建議的計算公式;Zhou等[4]通過采用現(xiàn)場和室內(nèi)動測手段研究了預(yù)應(yīng)力管樁施工引起樁體拉應(yīng)力分布特點;邢皓楓等[5]以PHC管樁加固某電廠古河道地基為依托，進行了PHC管樁受力特性研究，并提出了PHC管樁單樁承載力修正公式。然而，不同地基條件對PHC管樁的承壓載性能影響較大。本文根據(jù)6個PHC超長管樁的抗壓靜載試驗，分析了PHC管樁的抗承載性能。根據(jù)高應(yīng)變檢測結(jié)果，得到了不同土層的側(cè)摩阻力和樁端阻力值，并基于管樁復(fù)打和初打檢測結(jié)果，給出了承載力恢復(fù)系數(shù)(樁周土阻力恢復(fù)系數(shù))，試驗成果可為類似工程設(shè)計提供參考。

1 試驗概況

1.1 場地條件

表1 試驗場地地層特征

試驗場地位于廣東某技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)，根據(jù)鉆探揭露場地地層和巖性，覆蓋層主要由第四紀(jì)人工填土層、沖積層組成，未揭露有殘積層，基巖為第三系(E)砂巖和礫巖。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，由上而下各地層主要特征見表1。表1中⑥2混卵石角礫層往下為粉質(zhì)粘土層，含少量圓礫。

1.2 試樁概況

試驗PHC管樁共6根，樁型均為AB型，樁身混凝土強度等級為C80，管樁直徑為600 mm。根據(jù)管樁持力層的不同，將試驗管樁分為2組，每組3根。第1組編號為PHC01，樁基持力層選擇⑥2層混卵石角礫，樁端進入持力層中上部。第2組編號為PHC02，由于試樁施工時⑥2層較容易穿透，這一組樁持力層均為基巖面。表2為試樁的規(guī)格，最大預(yù)估豎向荷載值為7 000 kN。

表2 試樁規(guī)格

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 靜載荷試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗加載方式為堆載法，試驗加載時采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每一級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載，最大直到試樁要求荷載，然后分級卸荷到零。加載分級荷載宜為最大加載量或預(yù)估極限承載力的1/10，其中第一級可去分級荷載的2倍;卸載也應(yīng)分級進行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍，逐級卸載;加卸載時需保證荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%。

圖1 樁頂荷載位移（Q—S）曲線

試驗加載過程中，PHC02組第1根試樁加載至7 000 kN后樁頭瞬間被壓爆，在進行其余2根試樁的靜載試驗時，為防止樁頭再次爆裂，無法獲得卸載曲線，當(dāng)加載至7 000 kN時不再進行下一級荷載的施加，轉(zhuǎn)入卸載。圖1為6根試樁的Q—S曲線。

由圖1可知，兩組試樁樁頂Q—S均有明顯的兩個階段。在加載初始階段，樁頂沉降隨著下壓荷載的增加而呈線性遞增。加載至第二階段后，Q—S曲線出現(xiàn)拐點，且曲線斜率明顯增大。這表明樁頂?shù)某两盗吭鏊佥^快。根據(jù)樁頂Q—S曲線，得到各單樁極限抗壓承載力及其對應(yīng)的沉降量，如表3所示。

表3 單樁豎向載荷試驗結(jié)果

統(tǒng)計分析PHC01組3根樁的抗壓極限承載力的平均值為3 780 kN，極差為2 520 kN，超過了平均值的30%。考慮到S-7號樁在加載到3 150 kN時雖然24 h未穩(wěn)定，但累計沉降量為25.86 mm，且工程樁施工階段時持力層必然比試樁階段更為緊密，因此綜合判定PHC01(AB)型管樁在持力層中上部極限承載力為3 200 kN，對應(yīng)的承載力特征值為1 600 kN。采用同樣的方法統(tǒng)計分析得到PHC01(AB)型管樁在持力層下部極限承載力不小于6 090 kN，建議極限承載力值為6 000 kN，對應(yīng)的承載力特征值為3 000 kN。因此，PHC02組試樁的極限承載力值及其對應(yīng)的承載力特征值為第一組的1.875倍。

2.2 高應(yīng)變法檢測結(jié)果

各樁每米錘擊數(shù)隨深度變化曲線見圖2。其反映了不同土層的不同強度特征。進入持力層⑥2層后錘擊數(shù)明顯加大，貫入度變小。⑥2層致密程度整體分布較不均勻，其中S-11樁在40 m左右每米錘擊數(shù)急劇減小，后經(jīng)補充勘察，該深度處往下為粉質(zhì)粘土層，含少量圓礫。

圖2 試樁每米錘擊數(shù)

表4為采用高應(yīng)變法檢測計算得到的6根PHC管樁的樁側(cè)摩阻力及樁端阻力。表4中持力層為⑥2層混卵石角礫中上層的樁端阻力小于⑥2層混卵石角礫下層。且隨著樁長的增加，樁端阻力的大小及其所占總阻力的比例也相應(yīng)增加。

表4 高應(yīng)變檢測結(jié)果表

通過對6根管樁的復(fù)打和初打檢測結(jié)果的比較，得到承載力恢復(fù)系數(shù)(樁周土阻力恢復(fù)系數(shù))如表5所示。

表5 承載力恢復(fù)系數(shù)

試驗場地管樁由于復(fù)打休止時間較短(24 h)，且場地含水量較大，樁周土未充分固結(jié)，側(cè)摩阻力發(fā)揮很小。若按廣東省的地方經(jīng)驗，以試打樁完成24 h后復(fù)打高應(yīng)變動測值作為單樁豎向極限承載力，與靜載試驗結(jié)果相比則偏低。

3 結(jié)語

1)單樁抗壓承載力因持力層的不同而不同，隨樁長增加，PHC管樁的單樁抗壓承載力相應(yīng)增加。2)隨著樁長的增加，單樁極限承載力、樁端阻力及其所占總阻力的比例相應(yīng)增加。其中，⑥2層混卵石角礫中上層的樁端阻力層平均值為1 783 kN，而其下覆粉質(zhì)粘土層(含少量圓礫)的樁端阻力為3 373 kN。3)根據(jù)管樁復(fù)打檢測結(jié)果和初打檢測結(jié)果的比較，得到承載力恢復(fù)系數(shù)(樁周土阻力恢復(fù)系數(shù))平均值為1.13。

[1] 郭宏磊，賀 雯，胡亦兵，等.PHC樁的豎向極限承載力的預(yù)測[J].工程力學(xué)，2004，12(3):78-83.

[2] 黃 敏，龔曉南.帶翼板預(yù)應(yīng)力管樁承載性能的模擬分析[J].土木工程學(xué)報，2005，38(2):102-106.

[3] 李平先，張雷順，趙國藩.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與樁帽連接節(jié)點軸拔性能原型試驗研究[J].土木工程學(xué)報，2005，38(7):81-86.

[4] ZHOU Li-yun，CHEN Jian-bin，LAO Wei-kang.Construction control and pile body tensile stresses distribution pattern during driving[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2007，133(9):1102-1109.

[5] 邢皓楓，趙紅崴，葉觀寶，等.PHC管樁工程特性分析[J].巖土工程學(xué)報，2009，31(1):36-39.