復(fù)合載體夯擴(kuò)樁承載力研究分析

王虎妹

（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300240）

一、引言

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁基本原理是將淺部（縱向4～7m，橫向3～5m，體積約15m3）較好土層進(jìn)行加固形成擴(kuò)展基礎(chǔ)（如圖1所示），使樁身承受的集中荷載通過(guò)復(fù)合載體的分層擴(kuò)散，消除樁端的應(yīng)力集中，并使基礎(chǔ)的附加應(yīng)力小于天然地基承受的應(yīng)力值，從而改善了土體的受力狀態(tài)。

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁由上部鋼筋混凝土樁身和下部復(fù)合載體組成。與其他樁型的最大區(qū)別在于它不是通過(guò)樁身、樁端大頭或樁周土體的改變來(lái)提高承載能力，而是通過(guò)樁端土體的加固來(lái)大幅度提高樁基承載能力?，F(xiàn)以河北遵化某教學(xué)辦公樓工程為例，對(duì)該樁的承載特性及應(yīng)用情況做一介紹。

圖1 復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的受力示意圖

二、工程背景

1．工程概況

擬建場(chǎng)地位于河北省遵化市市區(qū)西南，宣唐公路東側(cè)，唐石公路北側(cè)，西留村鄉(xiāng)老莊子村南。原為耕地及閑置荒地，地勢(shì)比較平坦，北部略高，南部略低。地貌單元屬山間盆地山前沖洪積扇的前緣。擬建教學(xué)辦公主樓為框架結(jié)構(gòu)，主樓為8層。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)采用復(fù)合載體夯擴(kuò)樁［1］。共布樁352根，有效樁長(zhǎng)約5．5m，設(shè)計(jì)樁徑為Φ400mm和Φ500mm。樁徑為Φ400mm的樁設(shè)計(jì)要求單樁豎向抗壓承載力特征值為600kN，共布樁52根；樁徑為500mm的樁設(shè)計(jì)要求單樁豎向抗壓承載力特征值為1400kN，共布樁300根，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

該工程復(fù)合載體夯擴(kuò)樁檢測(cè)手段為單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和基樁低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)用于確定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試用于判斷樁身質(zhì)量。本樓共進(jìn)行9臺(tái)（點(diǎn)）單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，其中樁徑為Φ400mm的2根，樁徑為Φ500mm的7根，并對(duì)72根（不低于總樁數(shù)的10%）基樁進(jìn)行了低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試。具體樁位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨機(jī)抽選。靜載試驗(yàn)樁成樁齡期大于14天。

本工程地質(zhì)條件［2］如表1。

表1 工程地質(zhì)條件表

場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位埋深9．50－10．50m，該地區(qū)水位年升降幅度在3．0m左右。地下水對(duì)建筑材料無(wú)腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2．復(fù)合載體夯擴(kuò)樁施工工藝［3］

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁施工工藝見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)澆復(fù)合載體夯擴(kuò)樁施工工藝框圖

三、試驗(yàn)

1．靜載試驗(yàn)

（1）裝置及儀器

本次試驗(yàn)采用油壓千斤頂加載，以壓重平臺(tái)作反力裝置，用5000kN油壓千斤頂施加壓力，試驗(yàn)時(shí)在承壓樁上布置2只位移傳感器，JCQ－503A靜載荷測(cè)試儀自動(dòng)控制。

靜載荷試驗(yàn)選用堆載式反力系統(tǒng)加載，由壓載物、次梁、主梁、高壓油泵及千斤頂（5000kN）組成反力裝置對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行豎向加載，沉降測(cè)讀、加壓系統(tǒng)由JCQ－503A靜載荷測(cè)試儀自動(dòng)控制完成。試驗(yàn)示意圖如圖3。

（2）試驗(yàn)方法

共進(jìn)行9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)樁號(hào)為15＃、21＃、47＃、63＃、77＃、83＃、95＃、321＃、327＃。其中321＃、327＃樁徑為Φ400mm，單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)最大荷載為單樁豎向抗壓承載力特征值的2．0倍，即實(shí)際加載至1200kN；其余7根樁樁徑為Φ500mm，實(shí)際加載至2800kN。

靜載試驗(yàn)加載等級(jí)分10級(jí)，第一級(jí)為分級(jí)荷載的2倍，每級(jí)荷載施加后按第5、15、30、45、60min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔30min測(cè)讀一次，直至每小時(shí)沉降值小于0．1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次（從分級(jí)荷載施加后第30min開(kāi)始，按連續(xù)三次每30min的沉降觀測(cè)值計(jì)算），達(dá)到穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載。

圖3 試驗(yàn)示意圖

2．低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試

（1）試驗(yàn)裝置及儀器

RS－1616K（P）基樁動(dòng)測(cè)儀，速度傳感器，組合力錘。試驗(yàn)示意圖如圖4。

圖4 反射波法基樁無(wú)損檢測(cè)示意圖

（2）試驗(yàn)方法

本次復(fù)合載體夯擴(kuò)樁低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試采用“反射波”法。該方法是由放置在樁頂?shù)氖罢衿鳎ㄋ俣葌鞲衅鳎┙邮斟N擊初始信號(hào)及樁身反射信號(hào)，通過(guò)RS－1616K（P）基樁動(dòng)測(cè)儀記錄并將波形存儲(chǔ)在磁盤(pán)上，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理并打印出結(jié)果。

該方法的基本原理是在樁身頂部進(jìn)行豎向擊振，彈性波沿著樁身向下傳播，根據(jù)反射波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，當(dāng)樁身存在明顯的波阻抗差異界面或樁身截面積變化（如縮徑或擴(kuò)徑）部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來(lái)自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此計(jì)算樁身波速，以判斷樁身完整性。此外，還可以根據(jù)波速值和樁底反射到達(dá)時(shí)間對(duì)樁的實(shí)際長(zhǎng)度加以核對(duì)。

實(shí)測(cè)時(shí)鑿去樁頭浮漿并整平，在每根樁的頂面牢固布設(shè)一只傳感器，在樁頭中心部位擊振并記錄，每擊都記錄到有效波形曲線，有效記錄兩擊以上。低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試用于判斷樁身質(zhì)量，共計(jì)72根。

四、試驗(yàn)結(jié)果

1．靜載試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)本工程單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，繪制Q～S曲線，根據(jù)曲線特征，結(jié)合本場(chǎng)地地質(zhì)條件及施工情況等，綜合分析得出表2成果。

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表

由上述單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果可以看出：9根試樁加載到最大荷載均未達(dá)到破壞，且Q～S曲線無(wú)明顯的拐點(diǎn)和陡降段，為一條完整連續(xù)的平緩、勻滑曲線。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106－2003）［4］和《復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ／T135－2001）［5］中有關(guān)條文規(guī)定，可確定出本工程2根樁徑為Φ400mm的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁試樁單樁豎向抗壓承載力特征值大于等于600kN；7根樁徑為Φ500mm的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁試樁單樁豎向抗壓承載力特征值大于等于1400kN。

單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)結(jié)果匯總表見(jiàn)表2，其Q～S曲線見(jiàn)圖5。

圖5 靜載試驗(yàn)Q～S曲線

2．低應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果［6］

樁的縱波速度直接反映了樁體的強(qiáng)度和施工質(zhì)量。樁身強(qiáng)度與波速之間的關(guān)系較為復(fù)雜，影響波速的因素很多，如混凝土內(nèi)骨料的品種、規(guī)格，含水率，養(yǎng)護(hù)方式等。

本次檢測(cè)結(jié)果如下：

1）復(fù)合載體夯擴(kuò)樁質(zhì)量檢測(cè)，低應(yīng)變反射波法動(dòng)力檢測(cè)數(shù)據(jù)、綜合評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。

2）經(jīng)綜合分析154＃樁輕微縮徑判為Ⅱ類(lèi)樁，其它各測(cè)試樁均為I類(lèi)樁。

表3 基樁低應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)表

五、結(jié)論與建議

其一，本工程2根樁徑為Φ400mm的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁試樁單樁豎向抗壓承載力特征值大于等于600kN；7根樁徑為Φ500mm的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁試樁單樁豎向抗壓承載力特征值大于等于1400kN，滿足設(shè)計(jì)要求。證明復(fù)合載體夯擴(kuò)樁單樁承載力高。

其二，本次共檢測(cè)復(fù)合載體夯擴(kuò)樁72根，占該工程復(fù)合載體夯擴(kuò)樁總數(shù)的20．5%。其中I類(lèi)的樁71根，占檢測(cè)樁數(shù)的98．6%。證明復(fù)合載體夯擴(kuò)樁成樁質(zhì)量高，有廣泛的應(yīng)用前景，是一項(xiàng)值得大力推廣的樁基技術(shù)。

［1］建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002．

［2］巖土工程勘察規(guī)范［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001．

［3］建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994．

［4］建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003．

［5］復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計(jì)規(guī)程［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001．

［6］建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002．