泥巖持力層的管樁沉降試驗研究

常 虹 張 亮

(1：吉林建筑大學 測繪與勘查工程學院,長春 130118； 2：中交一公司第七工程有限公司，鄭州 451450)

1 試驗方法

試驗采用樁長12m、直徑為400mm的PHC-AB400預應力管樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗[1-2],本次試驗分兩次進行,第一次試驗樁取4根樁進行靜壓試驗,采用快速維持荷載法分級加載到3 000kN,每級荷載300kN,第一次加載600kN,當加載到3 000kN后維持60min逐級卸載到零;第二次試驗是卸載75d后采用慢速維持荷載法進行第二次加載,當加載到3 000kN后維持荷載210min逐級卸載到零.試驗目的是觀察泥巖持力層樁頂沉降隨荷載的變化規(guī)律,得出樁頂位移-荷載的關(guān)系式[3-4].

本次試驗樁端持力層為第⑤層中風化泥巖,樁頂豎向位移觀測采用兩支量程為50mm、精度為0.01mm的位移傳感器.

2 地基土層分布情況

第①-1層素填土. 褐紅色,人工回填,以風化泥巖為主,稍濕、稍密,厚度3m;

第①-2層粉質(zhì)粘土. 褐色、灰色、黑灰色.可塑偏軟狀態(tài),中等偏高壓縮性,厚度3.8m;

第③層全風化砂巖. 褐紅色,上部為殘積土,原巖為泥巖,已風化為可塑偏硬～硬塑狀態(tài)粘性土狀,極破碎,結(jié)構(gòu)已破壞,白堊紀,軟巖,極破碎,全風化成粘性土狀,厚度1.9m;

第④層強風化砂巖. 紫紅色,白堊紀,塊狀構(gòu)造,破碎,巖石基本質(zhì)量等級Ⅴ級,強風化狀態(tài),厚度3.2m;

第⑤層中風化泥巖. 白堊紀,巖石基本質(zhì)量等級Ⅴ級,結(jié)構(gòu)大部分破壞,干鉆不易鉆進,頂板略有起伏,無空洞、臨空面及軟弱夾層,厚度2.3m.

3 初次加載樁頂沉降量

3.1 初次加載樁頂沉降量

采用快速維持荷載法當逐級加載至3 000kN后,維持荷載60min,測得樁頂沉降量,見表1.

表1 初次加載樁頂沉降量Table 1 Settlement of pile top under initial loading

由表1可得樁頂沉降量滿足公式:

S=1E-06P2+0.002P+0.377

(1)

式中,S為樁頂沉降量,mm;P為樁頂荷載,kN.

3.2 初次加載樁頂沉降量

當加載至3 000kN后,維持荷載60min,然后逐級卸載到零,每級卸載值取加載時分級荷載的2倍,測得樁頂累計沉降量,見表2和圖1.

表2 初次卸載樁頂沉降量Table 2 Settlement of pile top under initial unloading

從表1和圖1可以得出,初次加載和卸載,P-S曲線相差較大,其中1樁回彈率最大,達到46.01%,4根樁的平均回彈率達到38.15%,可見卸載后地基土變形以殘余變形為主,且P-S滿足公式:

S=-5E-07P2+0.004 2P+12.188

(2)

式中,S為樁頂沉降量,mm;P為樁頂荷載,kN.

圖1 初次加-卸載樁頂沉降量Fig.1 Settlement of pile top under initial loading and unloading

圖2 再次加-卸載樁頂沉降量Fig.2 Settlement of pile top under reloading

4 再加載樁頂沉降量

4.1 再次加載樁頂沉降量

卸荷75d后采用慢速維持荷載法逐級加載到3 000kN,測得樁頂沉降量,見表3.

表3 再次加載樁頂沉降量Table 3 Settlement ofpile top under reloading

由表3可得再加載后樁頂沉降量計算,即:

S=2E-07P2+0.003 1P+0.071 3

(3)

式中,S為樁頂沉降量,mm;P為樁頂荷載,kN.

4.2 再卸載樁頂沉降量

當再次加載至3 000kN后,維持荷載210min,然后逐級卸載到零測得樁頂累計沉降量,見表4,圖2.

表4 再次卸載樁頂沉降量Table 4 Settlement of pile top under unloading again

續(xù)表4

由表4和圖2可得,再次加載和卸載,P-S曲線近乎平行,卸載時最大回彈率達到90.9%,平均回彈率達到77.83%,且P-S滿足如下關(guān)系式:

S=-5E-07P2+0.004 5P+2.556 2

(4)

式中,S為樁頂沉降量,mm;P為樁頂荷載,kN.

5 回彈率分析

從表2和表4卸載的回彈率可以看出,初次卸載的回彈率達到38.15%;75d后再卸載最大回彈率達到90.9%,平均回彈率達到77.83%,是初次卸載回彈率的2倍.

加載樁頂沉降量與加載之間的P-S關(guān)系曲線見圖3;卸載樁頂沉降量與卸載之間的P-S關(guān)系曲線見圖4.

圖3 加載樁頂沉降量Fig.3 Settlement of pile top under loading

圖4 卸載樁頂沉降量Fig.4 Settlement of unloading pile top

6 結(jié)論

(1) 對比初次加載和再加載樁頂沉降量,從圖3可以看出，泥巖為持力層的管樁樁頂位移隨荷載的增加呈現(xiàn)非線性增長,再加載的沉降量較初次加載的沉降量小,考慮是初次靜載試驗導致樁端土固結(jié)的緣故.

(2) 對比初次卸載和再卸載樁頂位移,從圖4可以看出，下降幅度趨于一致,但再卸載的回彈率達到初次卸載的2倍,可見,當樁端土固結(jié)到一定程度后,樁端土的彈性變形所占比例急劇增加.

(3) 通過靜載試驗,給出泥巖持力層樁頂豎向位移與荷載滿足關(guān)系式S=1E-06P2+0.002P+0.377,可為工程實踐提供指導.

參 考 文 獻

[1] 中華人民共和國行業(yè)標準.建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-2008)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] 中華人民共和國行業(yè)標準.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2011)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[3] 何滿潮,景海河,孫曉明.軟巖工程力學[M].北京：科學出版社，2002.

[4] 黃宏偉,車平.泥巖遇水微觀機理研究[J].同濟大學學報，2007，35(7)：866-870.