沖擊成孔灌注樁樁側(cè)摩阻力取值初探

鐘龍輝

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院， 湖南 長沙　410008)

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沖擊成孔灌注樁樁側(cè)摩阻力取值初探

鐘龍輝

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院， 湖南 長沙410008)

摘要：沖擊成孔灌注樁在工程建設(shè)中已越來越廣泛應(yīng)用。針對目前《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》對沖擊成孔灌注樁的側(cè)摩阻力取值的不完善性，通過對某試樁靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果分析進(jìn)行說明，論述了護(hù)壁泥漿與施工工藝對該類型樁的樁基承載性能的影響。同時(shí)針對沖擊成孔工藝對地質(zhì)條件的影響，對該靜載試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明，沖擊成孔工藝改變了巖層與樁身的摩擦系數(shù)，進(jìn)而影響到樁基的側(cè)摩阻力分布。最后，綜合考慮沖擊成孔與泥漿護(hù)壁兩方面的因素，對《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中沖擊成孔灌注樁樁土側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值q(ik)的取值提出建議。

關(guān)鍵詞：灌注樁； 側(cè)摩阻力； 泥皮； 時(shí)間效應(yīng)； 沖擊成孔

0引言

沖擊成孔灌注樁，一般采用沖擊式鉆機(jī)或者卷揚(yáng)機(jī)懸吊沖擊鉆頭對地層進(jìn)行上下往復(fù)沖擊，利用沖擊力破碎硬質(zhì)土或巖層，同時(shí)利用泥漿循環(huán)帶出碎渣并護(hù)壁繼而成孔。該工藝不受地下水位高低、周邊環(huán)境、氣候條件等因素的限制，具有設(shè)備構(gòu)造簡單，適用范圍廣，所成孔壁堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定，坍孔少等優(yōu)點(diǎn)，在工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是隨著工程建設(shè)的高速發(fā)展，大口徑、超長樁以及山區(qū)橋梁樁越來越多，沖擊成孔灌注樁越來越成為各建筑物樁基礎(chǔ)施工的主要形式。

但是在對沖擊成孔灌注樁的設(shè)計(jì)中，對其單樁承載力的計(jì)算中，各規(guī)范的說明與專門論述并不是很完善，特別是在進(jìn)行橋涵設(shè)計(jì)時(shí)由于規(guī)范上的不完善，會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范支撐依據(jù)或引用數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、套用公式錯(cuò)誤等問題，使得工程從設(shè)計(jì)開始就存在安全隱患。

針對上述問題，本文以某公路橋梁試樁靜載荷實(shí)驗(yàn)為例，運(yùn)用現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬等手段，考慮護(hù)壁泥漿與施工工藝的影響，對沖擊式成孔灌注樁的樁基承載性能進(jìn)行了分析研究，以期為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

1靜載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1.1工程概況及工程地質(zhì)條件

京港澳國家高速公路長沙連接線第一標(biāo)段瀏陽河大橋，位于長沙市四方坪立交至星沙收費(fèi)站三一大道上，橋位橫跨瀏陽河。場地樁長范圍內(nèi)所揭示的巖土層自上而下為： 填土層厚為5.8 m，粉土層厚2.4 m，圓礫層厚2.7 m，強(qiáng)風(fēng)化碎裂狀板巖層厚2.1 m，中風(fēng)化碎裂狀板巖，最大揭示厚度 15 m。地下水位在-0.5 m左右。場地各層土的物理力學(xué)性指標(biāo)采用室內(nèi)土工試驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場原位測試方法確定，如表1所示。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用堆載法，對該試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載實(shí)驗(yàn)，以檢測該樁的豎向抗壓承載力以及樁側(cè)巖土的分層側(cè)摩阻力。試驗(yàn)荷載按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50 — 2011附錄B規(guī)定[1]，本試驗(yàn)荷載分級為10級，每級580 kN，第1級加載量為2級，每級卸載量按2級加載量控制。如表2。

試驗(yàn)樁為泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，設(shè)計(jì)直徑d=0.8 m，埋深19.00 m，進(jìn)入到中風(fēng)化板巖層。采用鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)進(jìn)行檢測，埋設(shè)于樁身內(nèi)不同深度界面上，通過所采集到的樁身混凝土應(yīng)變與鋼筋應(yīng)變計(jì)算樁身不同深度界面上的軸力，進(jìn)而推算出兩測試界面之間側(cè)阻之和，從而求得樁側(cè)不同圖層的極限摩阻以及樁側(cè)摩阻力的分布和大小，樁端阻力則通過埋設(shè)于樁底的鋼筋計(jì)試驗(yàn)結(jié)果乘以樁端面積得到。

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)巖土名稱基底摩擦系數(shù)μ抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值φ/(°)C/kPa鉆孔樁樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik/kPa巖石單軸抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk/MPa地基承載力基本容許值fao/kPa人工填土松散,未完成自重固結(jié)粉土30130圓礫0.43390280強(qiáng)風(fēng)化碎裂狀板巖0.45130400中風(fēng)化碎裂狀板巖0.524061200

表2 基樁靜載試驗(yàn)荷載一覽表設(shè)計(jì)承載力/kN試驗(yàn)最大荷載/kN分級加載荷載(kN)下的沉降量/mm2級3級4級5級6級7級8級9級10級11級11601740232029003480406046405220580063802900638000.30.510.831.231.672.142.643.193.78

1.3結(jié)果分析

加載后的Q—S曲線圖如圖1所示，屬緩變型。

圖1　試驗(yàn)荷載-位移曲線圖

每加載一步，則可以獲得混凝土應(yīng)變計(jì)應(yīng)變值，根據(jù)埋深的鋼筋計(jì)的應(yīng)力數(shù)據(jù)，則可計(jì)算出各截面的軸力：

(1)

式中：Qi為第i界面軸力；εh為混凝土的應(yīng)變;σg為鋼筋的應(yīng)力；Eh、Eg為鋼筋和混凝土的彈性模量；Ah、Ag為截面鋼筋和混凝土截面積。

從圖2中可以看出，樁的樁頂豎向荷載大部分都由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，樁端只承擔(dān)了小部分。各分層巖土體的平均樁側(cè)摩阻力qsi可由下式計(jì)算：

(2)

圖2　樁身軸力隨深度變化

所測量的填土的樁側(cè)摩阻力qsi為39.176 kPa，粉土qsi為118.36 kPa，圓礫qsi為126.226 kPa，強(qiáng)風(fēng)化板巖樁qsi為178.57 kPa，中風(fēng)化板巖qsi為140.117 kPa。其中填土、強(qiáng)風(fēng)化板巖、中風(fēng)化板巖的樁側(cè)摩阻力未達(dá)到極限值，因此這3層巖土的極限摩阻力應(yīng)可能大于測量值。

除中風(fēng)化板巖外，本次試驗(yàn)所測量的樁側(cè)摩阻力均大于設(shè)計(jì)方的建議值。從結(jié)果上可以看出，以《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50 — 2011計(jì)算出的樁土側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)考慮一定的影響因素進(jìn)行優(yōu)化。

2護(hù)壁泥漿對樁承載力的影響

護(hù)壁泥漿主要由水、膨潤土(或粘土)和添加劑等組成，主要作用有3種： 保護(hù)孔壁穩(wěn)定、排除鉆渣以及清孔，由于泥漿比重大于水的比重，因此泥漿和土層的孔隙水間存在一個(gè)壓力差，從而產(chǎn)生滲透作用，在滲透力的作用下，泥漿中的微小顆粒隨著泥漿中水的流動(dòng)不斷的向孔周凝聚，此外，樁周土中的離子和泥漿中的粘土顆粒的離子相互吸引發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也使泥漿粘土顆粒向孔壁周圍集聚，從而在孔壁形成一層泥皮，阻止孔內(nèi)外的滲流，加固孔壁和防止坍塌，并穩(wěn)定孔內(nèi)水位，同時(shí)帶出巖土碎屑、冷卻和潤滑鉆頭[2]。

2.1對樁端承載力的影響

泥漿的一個(gè)重要作用就是樁底清孔，防止砂粒在孔中沉淀超過設(shè)計(jì)規(guī)定的厚度，如果泥漿不能將孔中的鉆渣清理干凈，孔底會(huì)有過多的沉淀，形成軟墊層，降低樁端承載力，增加沉降。

2.2對樁側(cè)承載力的影響

隨著鉆孔的加深和循環(huán)時(shí)間的延長，泥皮也在不斷地加厚，泥皮具有滲透能力差、止水性能好、抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)，會(huì)直接影響混凝土與樁側(cè)土的結(jié)合，從而降低樁側(cè)摩阻力，泥皮愈厚，降低程度越大。

樁側(cè)土極限摩阻力τmax值的大小，泥漿因素的影響主要表現(xiàn)在孔壁泥皮厚度上，在孔內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)回孔泥漿質(zhì)量好壞是影響泥皮厚度的關(guān)鍵[3]。

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中所表明的泥漿性能(鉆進(jìn)過程中)：粘度25～28 Pa·s，膠體率96%，失水量≤18 mL/30 min和泥皮厚度≤2 mm等指標(biāo)，對于大直徑樁均偏低，不能滿足高質(zhì)量鉆孔樁的要求。國外某規(guī)范對鉆孔灌注樁泥漿性能指標(biāo)(鉆進(jìn)過程中)如下：粘度(T)(粘土頁巖≤21 s、粉細(xì)砂≤27 s、粗砂礫砂≤35 s)，失水量小(≤10 mL/30 min)和泥皮薄(≤1 mm/30 min)，從護(hù)筒下開始鉆進(jìn)至樁水下混凝土灌注結(jié)束，在3 d(72 h)以內(nèi)為宜，否則孔壁泥皮會(huì)隨時(shí)間而變厚，降低樁側(cè)極限摩阻力τmax值。除泥漿本身質(zhì)量外，根據(jù)研究，所形成的泥皮性狀對單樁承載性狀影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 泥皮樁的Q—S曲線中的線性段縮短，拐點(diǎn)提前，側(cè)摩阻力損失加大，承載力降低。

2) 泥皮厚度對單樁承載性狀的影響較大，泥皮厚度越大，泥皮樁的線性段越短，拐點(diǎn)較正常樁提前越多。泥皮厚度越大，側(cè)摩阻發(fā)揮的越早，極限側(cè)摩阻越小，且總摩阻力損失越多；接觸面法向應(yīng)力也沿深度線性增長，且加載過程中保持不變，泥皮越厚，直線的斜率越大，接觸面所受的擠壓作用越大；相同荷載下，泥皮厚度越大，軸力越大，且不同泥皮厚度的各樁隨著荷載的增加差距變大。

3) 泥皮摩擦角直接影響接觸面的極限摩阻力，泥皮摩擦角越小，Q—S曲線的拐點(diǎn)提前越多，導(dǎo)致側(cè)阻在較小的荷載下就達(dá)到極限。

4) 樁土接觸面的摩擦系數(shù)主要影響接觸面極限摩阻力的大?。耗Σ料禂?shù)越大，樁土相對滑移越困難，其摩阻力發(fā)揮越滯后，其極限摩阻力越大[4]。

3護(hù)壁泥漿對樁承載力的時(shí)間效應(yīng)影響

以上是從泥皮本身的物理力學(xué)性質(zhì)上對樁的單樁承載性能進(jìn)行的分析，而在實(shí)際工程中，由于泥漿在護(hù)壁后，殘留在孔內(nèi)，由于時(shí)間效應(yīng)的影響，從而影響樁的側(cè)摩阻力，進(jìn)而影響樁的承載力。

3.1水泥土攪拌法中樁承載力的時(shí)間效應(yīng)

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79 — 2002)水泥土攪拌法：第11.1.5條及其條文說明，水泥土的強(qiáng)度隨齡期的增長而增大，在齡期超過28 d后，強(qiáng)度仍有明顯增長。不同齡期的水泥土抗壓強(qiáng)度間關(guān)系大致呈線性關(guān)系：

fcu7=(0.47～0.63)fcu28；

fcu14=(0.62～0.80)fcu28；

fcu60=(1.15～1.46)fcu28；

fcu90=(1.43～1.80)fcu28；

fcu90=(2.37～3.73)fcu7；

fcu90=(1.73～2.82)fcu14。

對豎向承載力的水泥土強(qiáng)度宜取90 d齡期試塊的立方體抗壓強(qiáng)度平均值。

由此推斷，沖擊成孔時(shí)用于護(hù)壁的泥漿膜，在灌注混凝土過程中，泥漿膜與混凝土中水泥(含砂)將混合在一起，類似如水泥土攪拌樁加固體，其強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系應(yīng)與水泥土攪拌法中水泥土的強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系相似。同理，泥漿護(hù)壁的灌注樁的側(cè)摩擦力的發(fā)揮在一定程度上與成樁后的時(shí)間有關(guān)，成樁后90 d其護(hù)壁的泥漿強(qiáng)度達(dá)到要求[5]。

通過瀏陽河大橋22號試樁的靜載試驗(yàn)，研究了濕作業(yè)成孔鉆孔灌注樁的時(shí)間效應(yīng)。該工程運(yùn)用了樁端后壓漿技術(shù)，為研究壓漿前后樁的承載性能的變化，試驗(yàn)采用了自平衡方法，在樁身設(shè)置了雙荷載箱，并分別在壓漿前后進(jìn)行了試驗(yàn)。

該樁的上段樁不受樁端后壓漿的影響，對比該樁的上段樁在不同時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果，其極限承載力和剛度隨時(shí)間增長，證實(shí)了濕作業(yè)成孔的鉆孔灌注樁存在時(shí)間效應(yīng)。濕作業(yè)成孔鉆孔灌注樁的時(shí)間效應(yīng)的機(jī)理復(fù)雜，分析表明，其受樁周應(yīng)力場變化、樁周土體性質(zhì)、泥皮變化和樁底沉渣性質(zhì)等多種因素的影響。

3.2各檢測規(guī)范中樁承載力的時(shí)間效應(yīng)論述

《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》(JT/T738 — 2009)[6]附錄A：檢測開始時(shí)間應(yīng)符合下列規(guī)定：

1) 混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上或按該強(qiáng)度算得的樁身承載力大于單向最大加載值的1.5倍；

2) 檢驗(yàn)前土體的休止時(shí)間達(dá)到： 砂土7 d，粉土10 d，非飽和粘土15 d，飽和粘土25 d。

《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)[7]第3.2.6條：檢測開始時(shí)間應(yīng)符合下列規(guī)定：

1) 當(dāng)采用低應(yīng)變法或聲波透射法檢測時(shí)，受檢樁混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不小于15 MPa；

2) 當(dāng)采用鉆芯法檢測時(shí)，受檢樁的混凝土齡期達(dá)到28 d或預(yù)留同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

3) 承載力檢測前的休止時(shí)間除應(yīng)達(dá)到本條第2款規(guī)定的混凝土強(qiáng)度外，當(dāng)無成熟的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，尚不應(yīng)少于規(guī)定時(shí)間(詳見相應(yīng)規(guī)定)。

《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》第3.2.6條條文說明中寫到：樁在施工過程中不可避免地?cái)_動(dòng)樁周土，降低土體強(qiáng)度，引起樁的承載力下降，以高靈敏度飽和粘性土中的摩擦樁最明顯。隨著休止時(shí)間增加，土體重新固結(jié)，土體強(qiáng)度逐漸恢復(fù)提高，樁的承載力也逐漸增加。成樁后樁的承載力隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象稱為樁的承載力時(shí)間(歇后)效應(yīng)。我國軟土地區(qū)這種效應(yīng)尤為突出。研究資料表明，時(shí)間效應(yīng)可使樁的承載力比初始值增長40%～400%。其變化規(guī)律一般是初期增長速度較快，隨后漸慢，待達(dá)到一定時(shí)間后趨于相對穩(wěn)定，其增長的快慢和幅度與土性和類別有關(guān)。

3.3對沖擊成孔工藝(泥漿護(hù)壁)樁承載力檢測時(shí)間建議

綜合考慮以上論述，在對沖擊成孔工藝(泥漿護(hù)壁)樁承載力檢測時(shí)，建議承載力檢測前的休止時(shí)間(養(yǎng)護(hù)時(shí)間)應(yīng)大于30 d，宜為45～60 d，這樣能相對降低護(hù)壁泥漿及沖擊成孔工藝對樁承載力時(shí)間效應(yīng)部分的影響。

4沖擊成孔工藝對樁承載力的影響

沖擊成孔(泥漿護(hù)壁)鉆孔樁，因成孔過程的沖擊力，對原地質(zhì)條件產(chǎn)生了影響：

1) 較松散的地層，如稍至中密的砂、礫、圓礫或卵石類土，是否會(huì)因沖擊而變成中密或密實(shí)，現(xiàn)條件無準(zhǔn)確的實(shí)試數(shù)據(jù)說明。

2) 較密實(shí)的地層，如中密至密實(shí)的砂、礫、圓礫或卵石類土，是否會(huì)因沖擊而變成中密或稍密，現(xiàn)條件也無準(zhǔn)確的實(shí)試數(shù)據(jù)說明。

因原地質(zhì)條件產(chǎn)生了不確定的變化，其樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik的取值也變得難確定，因此規(guī)范中缺少?zèng)_擊成孔樁樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik選用值，同時(shí)，沖擊成孔鉆孔樁，因在成孔過程中反復(fù)沖擊，使樁孔壁變得光滑所產(chǎn)生側(cè)摩擦力降低的影響應(yīng)予考慮。

4.1《橋涵規(guī)范》中鉆孔樁樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik的缺項(xiàng)

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50 — 2011)中樁承載力計(jì)算公式對摩擦力為主的樁型而言，該規(guī)范第5.3.3條為摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]，按下式計(jì)算：

(3)

對端承力為主的樁型而言，該規(guī)范第5.3.4條為支承在基巖或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁、沉樁的單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]，按下式計(jì)算：

(4)

從中可知，上述《橋涵規(guī)范》中樁承載力的兩個(gè)計(jì)算公式中，均未明確表示包括沖擊成孔(泥漿護(hù)壁)灌注樁。兩個(gè)公式均說明：qik為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，宜采用單樁摩阻力試驗(yàn)值，當(dāng)無試驗(yàn)條件時(shí)，對于鉆(挖)孔樁按規(guī)范中的表5.3.3-1選用，對于沉樁按規(guī)范中的表5.3.3-4選用，但是對于沖擊成孔樁(泥漿護(hù)壁)，規(guī)范中沒有明確的樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik選用值。

且全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖石的側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值也有所缺失，在《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50 — 2011)第5.3.4條條文說明中解釋為：對于樁端置于強(qiáng)風(fēng)化巖中嵌巖樁，由于強(qiáng)風(fēng)化巖不能取樣成型，其強(qiáng)度不能通過單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定，這類強(qiáng)風(fēng)化嵌巖段極限承載力參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)巖體的風(fēng)化程度按砂土、碎石類土取值，按摩擦樁計(jì)算。因巖石有軟質(zhì)巖與硬質(zhì)巖之分，其取值因人而異變數(shù)較大。

4.2沖擊成孔灌注樁嵌巖段樁側(cè)承載力公式計(jì)算的缺陷

上式(3)中單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]的計(jì)算，就護(hù)壁泥漿側(cè)承載力的影響無說明，即可理解為可不予考慮，但對端承載力的影響給予了說明，表現(xiàn)在清底系數(shù)m0上(詳見相應(yīng)規(guī)定)。

同理，上式(4)中支承在基巖或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁、沉樁的單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]的計(jì)算，就護(hù)壁泥漿側(cè)承載力的影響無說明，即可理解為可不予考慮。但對端承載力的影響給予了說明，表現(xiàn)在系數(shù)c1上。

本規(guī)范本條附后的條文說明中，定性地說明了：系數(shù)c1、c2的選擇主要由孔中泥漿的清除情況及鉆孔有無破碎等因素決定，同時(shí)也受嵌巖深度和施工工藝的影響。同時(shí)摩阻力系數(shù)c2要適當(dāng)考慮孔壁粗糙度的影響。根據(jù)沖擊鉆鉆巖石的經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)硬的巖石和很軟的巖石、孔壁的粗糙度比中等強(qiáng)度的巖石要平滑些 (系數(shù)c1、c2的值詳見規(guī)范規(guī)定)。

其中：

1) 當(dāng)入巖深度小于或等于0.5 m時(shí)，c1乘以0.75的折減系數(shù)，c2=0；

2) 對于鉆孔樁，系數(shù)c1、c2值應(yīng)降低20%采用；

3) 對于中風(fēng)化層作為持力層的情況，系數(shù)c1、c2應(yīng)分別乘以0.75的折減系數(shù)。

沖擊成孔鉆孔樁，因反復(fù)沖擊，使巖石壁變得光滑，從而影響側(cè)摩擦力。

1) 對摩擦端承樁而言，當(dāng)端阻力較大，基本滿足樁的承載力要求，可以不考慮側(cè)阻力或側(cè)阻力只部分發(fā)揮時(shí)，本公式的缺陷不能顯現(xiàn)出來；當(dāng)端阻力較小，必須充分考慮側(cè)阻力時(shí)，按此公式計(jì)算結(jié)果較實(shí)際承載力大。

2) 對嵌巖樁而言，當(dāng)端阻力較小，沖擊成孔工藝時(shí)按此公式計(jì)算結(jié)果較實(shí)際承載力大。

4.3樁承載力在沖擊成孔工藝影響下的數(shù)值模擬

依托實(shí)際工程的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，模擬沖擊成孔后，中風(fēng)化層的摩擦系數(shù)改變后對樁的整體側(cè)摩阻力的影響。本文采用ABAQUS6.10對鉆孔樁進(jìn)行分析，出于對該試驗(yàn)的精確性分析，采用三維模型(圖3)。考慮到最底層中風(fēng)化地層摩擦系數(shù)改變的影響，因此樁體本身采用線彈性模型，巖土層采用D — P模型進(jìn)行分析，各巖土層的參數(shù)從表1中提取。

圖3　沖擊成孔灌注樁靜載實(shí)驗(yàn)?zāi)M圖

模型中樁與土之間的接觸關(guān)系為摩擦作用，采用Coulomb摩擦模型來表征接觸面之間的摩擦行為，摩擦系數(shù)采用Randolph和Wroth(1981)提出的公式：

設(shè)定其摩擦系數(shù)μ=0.5后對其進(jìn)行加載，根據(jù)樁上軸力的分布從而求出其側(cè)摩阻力，如圖4所示，當(dāng)剛開始加載時(shí)，土在力的作用下產(chǎn)生位移，從而在樁側(cè)產(chǎn)生摩阻力，當(dāng)加載結(jié)束后，土位置逐漸固定，因此，力的數(shù)值開始減小。

改變中風(fēng)化層的摩擦系數(shù)，當(dāng)μ=0.4時(shí)，側(cè)摩阻力分布如圖5。

從圖中可以看出，當(dāng)采用沖擊成孔工藝時(shí)，主要改變的是中風(fēng)化層的摩擦系數(shù)，從而改變該地層的側(cè)摩阻力，而其余地層所受到的影響較小，因此

圖4　μ=0.5時(shí)的側(cè)摩阻力分布圖

圖5　μ=0.4時(shí)的側(cè)摩阻力分布圖

5結(jié)論與建議

1) 泥皮具有滲透能力差、止水性能好、抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)，會(huì)直接影響混凝土與樁側(cè)土的結(jié)合，從而降低混凝土灌注樁的樁側(cè)摩阻力，泥皮愈厚，降低程度越大。

2) 由于泥漿在護(hù)壁后，殘留在孔內(nèi)，由于時(shí)間效應(yīng)的影響，其本身的物理力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，因此，建議承載力檢測前的休止時(shí)間應(yīng)大于30 d，宜為45～60 d，這樣能相對降低護(hù)壁泥漿對樁承載力時(shí)間效應(yīng)部分的影響。

3) 沖擊成孔(泥漿護(hù)壁)鉆孔樁，因成孔過程的沖擊力，對原地質(zhì)條件產(chǎn)生了影響，特別是造成嵌巖段的摩擦系數(shù)降低，進(jìn)而影響到樁基的承載性能。

4) 建議在《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中補(bǔ)充沖擊成孔(泥漿護(hù)壁)灌注樁樁土側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik，考慮沖擊成孔與泥漿護(hù)壁兩方面的因素，該值比規(guī)范中相對應(yīng)的各巖土層鉆孔樁樁側(cè)土阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik宜低10%～20%。

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中圖分類號：U 445.55

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-844X(2016)01-0104-05