人工挖孔擴底樁現(xiàn)場試驗研究

宋仁乾 浙江綠城建筑設(shè)計有限公司, 杭州 310007

人工挖孔擴底樁現(xiàn)場試驗研究

宋仁乾 浙江綠城建筑設(shè)計有限公司, 杭州 310007

本文在3根人工挖孔擴底樁靜荷載試驗的基礎(chǔ)上研究了不同擴底直徑樁的承載力性狀，分析了人工挖孔擴底樁承載力的發(fā)揮情況，通過分析表明增加人工挖孔擴底樁的擴底直徑有利于提高樁的承載力。但擴底直徑越大，樁在相同的歸一化應(yīng)力下的位移越大，擴底直徑增大造成了單位端阻力的降低。另外，由于人工挖孔擴底樁樁端清理干凈，其發(fā)揮樁端承載力所需的位移較小。

人工挖孔擴底樁;靜載試驗;承載力;擴底直徑

前言

近年來，人工挖孔擴底樁被廣泛地應(yīng)用于工程施工中，其主要特點是直徑大、單樁承載力高，施工質(zhì)量易得到保證，施工機械簡單，造價低等，已經(jīng)成為高層建筑施工、公路橋梁施工的一種重要的基礎(chǔ)形式[1]。

目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者對人工挖孔擴底樁進行了研究。侯超群等人[2]通過現(xiàn)場靜荷載試驗研究了人工挖孔擴底樁樁側(cè)摩阻力、樁端摩阻力的發(fā)揮特性及其荷載、沉降規(guī)律?；糁痉糩3]在分析了人工挖孔擴底樁受力機理的基礎(chǔ)上提出了一種計算其豎向承載力的方法。周馮萍等[4]對大直徑人工挖孔擴底樁的設(shè)計計算、構(gòu)造要求等進行了闡述。王皓等[5]分析了人工挖孔擴底樁的承載力性狀，提出了解決擴底樁施工中的幾個問題。但目前對不同擴底直徑的人工挖孔樁的研究較少。筆者在分析人工挖孔擴底樁受力機理的基礎(chǔ)上，通過3根人工挖孔擴底樁的現(xiàn)場試驗研究了不同擴底直徑下人工挖孔樁性狀的不同，為人工擴底挖孔樁的設(shè)計提供了很好的參考。

1 人工挖孔擴底樁的受力機理

當(dāng)人工挖孔樁樁端作用荷載后，樁的摩擦力先發(fā)揮，隨著荷載的增加，樁側(cè)摩阻力承擔(dān)的荷載比例相對減小，樁端阻力分擔(dān)的比例相對增大，當(dāng)樁頂位移超過一定值以后，增加的荷載全部由樁端承擔(dān)。人工挖孔樁的樁端承載力占整個樁承載力的很大一部分，因此對人工挖孔樁進行擴底是增加樁承載力的有效措施。

2 工程概況

本試驗場地為杭州市某工程，主樓為16層，地下室1層，主體結(jié)構(gòu)采用框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工挖孔擴底樁，樁徑為Φ 800mm（擴底），樁身采用C30砼，持力層為中風(fēng)化含角礫石英砂巖，入持力層深度為2.5m。設(shè)計要求單樁承載力為3050kN、3800kN，為了檢驗3根樁的承載力，對3根樁進行了現(xiàn)場靜荷載試驗。該場地的土工參數(shù)如表1所示。

表2 試樁參數(shù)表

本實驗共選取了3根Φ800擴底直徑分別為1100mm、1200mm、1400mm的樁進行靜載荷試驗，試驗采用堆載-反力架裝置，并用慢速維持荷載法進行試驗。3根試樁的參數(shù)如表2所示。

3 試驗結(jié)果分析

通過3根試樁的靜荷載試驗，得到了3根樁的樁頂荷載位移曲線如圖1所示。

從圖1中可以看出，三根試樁的承載力良好，B22樁在最大荷載6100kN時樁頂累計沉降10.30mm，卸載后殘余沉降量為5.69mm；B48樁在最大荷載5100kN時樁頂累計沉降12.48mm，卸載后殘余沉降量為8.24mm；B13樁在最大荷載4700kN時樁頂累計沉降12.08mm，卸載后殘余沉降量為7.47mm?？梢钥闯?，隨著擴底直徑的增大，樁的承載力注漿提高，因此增大人工挖孔樁的擴底直徑有利于提高樁的承載力。

圖1 樁頂荷載位移曲線

為了進一步研究擴底直徑對樁承載力的影響，將樁頂荷載用擴底直徑進行歸一化處理，得到歸一化的樁頂應(yīng)力位移曲線如圖2所示。從圖2中可以看出，擴底直徑越大，樁在相同的歸一化應(yīng)力下的位移越大，這說明雖然擴底有利于增加樁端承載力，但另一方面擴底直徑增大將會造成單位端阻力的降低，存在一定的尺寸效應(yīng)。

圖2 歸一化后的樁頂應(yīng)力位移曲線

為了對比不同位移下樁承載力的發(fā)揮情況，分別給出了位移為0.5%樁徑（4mm）時和1%樁徑（8mm）時樁頂所對應(yīng)的承載力，如表3所示，可以看出0.5%D對應(yīng)的承載力已經(jīng)達到樁計算極限承載力的0.5%，1%D對應(yīng)的承載力能達到樁計算極限承載力的85%。而對于普通的鉆孔灌注樁來說0.5%～1%D僅是側(cè)阻完全發(fā)揮時的位移，端阻完全發(fā)揮要到5%D，因此可以看出人工挖孔擴底樁的樁端承載力在很小的位移下就能充分發(fā)揮。主要原因可能是樁端清理干凈，樁底與持力層有很好的接觸。

4 結(jié)語

筆者在3根人工挖孔擴底樁靜荷載試驗的基礎(chǔ)上研究了不同擴底直徑樁的承載力性狀，分析了人工挖孔擴底樁承載力的發(fā)揮情況，通過上面分析，得出以下主要結(jié)論：

4.1 增加人工挖孔擴底樁的擴底直徑有利于提高樁的承載力。

4.2 擴底直徑越大，樁在相同的歸一化應(yīng)力下的位移越大，擴底直徑增大造成了單位端阻力的降低。

4.2.3 由于人工挖孔擴底樁樁端清理干凈，其發(fā)揮樁端承載力所需的位移較小。

表1 試驗場地的土工參數(shù)

表3 樁承載力對比表

[1]張忠苗. 樁基工程[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2007

[2]侯超群，王曉謀，蘇慶國.人工挖孔樁擴底樁軸向靜荷載試驗研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2006,29(12).1552～1555

[3]霍志芳.人工挖孔樁擴底樁豎向承載力的計算[D].長安大學(xué),2002

[4]周馮萍，駱騰兵.大直徑人工挖孔擴底樁的應(yīng)用[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報,1999,7(2).27～31

[5]王皓，張季如，孫以國.人工挖孔擴底樁設(shè)計及施工[J].武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1996,18(1).95～98

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.03.022

宋仁乾，碩士，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)師。