現(xiàn)澆加筋大直徑薄壁管樁（PCC樁）水平承載力試驗研究

張紅亮

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

0 引言

現(xiàn)澆大直徑薄壁管樁（PCC樁）是由河海大學研制的一種新型樁[1-2]，由專用環(huán)形樁靴+雙鋼管筒+專用中高頻振動（液壓錘）共同組成。該樁型屬于少量擠土樁，采取振動沉模自動排土現(xiàn)場灌注混凝土而成管樁，具體步驟是依靠沉腔上部錘頭的振動力將內(nèi)外雙層套管所形成的環(huán)形腔體在活瓣樁靴的保護下打入預定的設計深度，在腔體內(nèi)放入鋼筋籠，然后澆筑混凝土、振動拔管。

目前，對PCC樁豎向承載力的研究較多[3-5]，關于水平承載特性的研究較少[6-7]，對加筋PCC樁的水平承載力的研究更少。為了進一步研究加筋PCC樁的水平承載力特性，依托某筒倉基礎項目，對加筋PCC樁進行了現(xiàn)場水平承載力試驗。

1 試驗概況

1.1 地質(zhì)概況

該場地位于海濱地區(qū)，該區(qū)域土層分布較有規(guī)律，勘察深度內(nèi)的主要土層自上而下依次為：各土層的特征分別描述如下。

人工填土層（Qml）：

粉質(zhì)黏土：黃褐色、灰黃色，軟塑～可塑狀，中塑性，土質(zhì)不均，夾粉土團及粉土薄層，局部呈黏土。平均標貫擊數(shù)N=4.0擊。

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰褐色，軟塑狀，中塑性，土質(zhì)不均，夾粉土團及薄層，局部表現(xiàn)為淤泥質(zhì)黏土。平均標貫擊數(shù)N=2.1擊。

上述淺表層土分布較穩(wěn)定，厚度大多在5 m左右，層底高程一般在-0.14～-2.38 m。

①粉土：灰褐色，褐色，以中密～密實狀，局部稍密狀，土質(zhì)不均，夾黏性土團及薄層，偶見少量碎貝殼。該層分布連續(xù)，層位穩(wěn)定，全區(qū)均可見。層底高程一般在-13.05～-16.48 m。平均標貫擊數(shù)N=34.0擊。

②黏土：灰褐色，褐灰色，軟塑～可塑狀，高塑性，土質(zhì)不均，夾粉土團及粉土薄層，含有機質(zhì)及砂斑。該層分布連續(xù)，層位穩(wěn)定，厚度一般在2～3 m，層底高程一般在-15.24～-18.75 m。平均標貫擊數(shù)N=4.9擊。

③1黏土：黃褐色，局部夾灰綠色斑，可塑～硬塑狀，高塑性，土質(zhì)不均，夾粉土團及薄層。該層分布較連續(xù)，局部表現(xiàn)為粉質(zhì)黏土。平均標貫擊數(shù)N=15.3擊。

③2粉土：黃褐色、褐色、灰色，中密～密實狀，局部稍密狀，土質(zhì)不均，夾黏性土團及薄層，偶見少量碎貝殼屑，多夾粉質(zhì)黏土透鏡體或粉細砂透鏡體。該層分布連續(xù)，層位穩(wěn)定。平均標貫擊數(shù)為N=28.4擊。

③3粉細砂：黃褐色、褐色、灰色，密實狀，土質(zhì)不均，局部夾黏性土及粉土薄層，含少量碎貝殼。本層分布連續(xù)，層位穩(wěn)定。層底高程一般在-32.12～-36.15 m。平均標貫擊數(shù)N=46.5擊。

樁尖進入③3粉細砂層。

各土層物理力學指標如表1所示。

表1 土層物理力學參數(shù)Table 1 Physiology-mechanical parameters of soils

1.2 成樁情況

PCC現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁規(guī)格為φ1 250 mm×150 mm×24.5 m，其樁端持力層為勘察報告揭示的③2粉土層，PCC大直徑管樁的混凝土強度等級為C30。

為了能夠在非軟土地區(qū)順利沉樁，在沉樁前，在樁中心采用螺旋鉆進行了引孔，引孔孔徑400 mm，引孔孔深至24.0 m。PCC成樁機械采用ZD-180Y錘頭，沉管規(guī)格為φ1 250 mm，壁厚150 mm，樁尖類型為內(nèi)活瓣，沉管時間為30 min，沉管深度24.5 m，然后放鋼筋籠，用時13 min，澆筑混凝土共20 m3，共用時25 min，充盈系數(shù)1.45。樁型尺寸及配筋見圖1。

1.3 試驗情況

試驗在成樁25 d后進行。為防止試驗時樁頭局部被擠壓破壞，對樁頭1 m范圍內(nèi)進行實心澆筑。為了能夠測定樁身在水平作用力下的樁身內(nèi)力，在鋼筋籠兩側安裝鋼筋計，用于計算應變和繪制樁身的彎矩圖。試驗加載示意見圖2。

圖1 PCC樁樁身配筋圖Fig.1 Reinforcement map of PCC pile body

圖2 水平靜載試驗加載示意圖Fig.2 Loading diagram of lateral static load test

水平推力裝置由反力樁、反力架、千斤頂組成，荷載由油泵通過千斤頂施加于樁側，水平位移由位移計測得。

鋼筋計布設位置（對稱兩根鋼筋）為沿直徑的對稱位置鋼筋上。沿豎向鋼筋分別布置15個，位置距離樁頂深度分別為：0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m、6.5 m、7.5 m、8.5 m、10 m、11.5 m、13.5 m、15.5 m、18.0 m、22.0 m。

采用單向單循環(huán)加卸載法：加載按設計要求水平極限承載力的1/10分級，每級荷載施加后，恒載20 min卸載時維持10 min，每隔5 min測讀1次水平位移，至此完成一級荷載的位移觀測。全部卸載后應每隔10 min測讀1次殘余變形，測讀30 min。

2 試驗結果分析

2.1 樁身完整性

在水平靜載試驗前，采用低應變方法對樁身完整進行了檢測，檢測樁身完整性為I類。

2.2 荷載-位移關系

水平荷載下PCC樁在泥面處的水平力-時間-作用點位移（H-t-Y0）關系曲線和水平力-位移梯度（H-Y0-H）關系曲線如圖3所示，由圖可以看出，水平荷載較小時，位移隨荷載呈近似直線變化，但隨荷載的增大，則呈明顯的曲線變化，這表明樁土作用由彈性變形階段過渡塑性變形階段，樁土相互作用由線性變?yōu)榉蔷€性。根據(jù)規(guī)范判定試驗結果如表2所示。

圖3 水平靜載曲線圖Fig.3 Curves of lateral static load

表2 單樁水平靜載荷試驗成果表Table 2 Results of lateral static load test of sigle pile

PCC樁（配筋）單樁水平極限承載力為300 kN，單樁水平臨界荷載為210 kN，單樁水平承載力特征值為158 kN。

2.3 彎矩-荷載關系

配筋PCC樁在各級水平荷載作用下，對樁身彎矩進行了測試，彎矩沿樁身深度分布曲線見圖4，從圖中可以看出，當水平荷載超過300 kN，彎矩急劇增大，樁身最大彎矩主要位于在地面以下4.5～6.5 m處，隨著荷載的增加，最大彎矩截面逐漸向深部轉移，深度超過12 m以后，樁身彎矩接近于0，說明在試驗荷載作用下，樁身12 m以下樁體為嵌固段。

圖4 荷載-彎矩圖Fig.4 Curves of load-bending moment

PCC樁的水平荷載為300 kN時，樁身最大彎矩為 309 kN·m。

3 結語

通過對加筋PCC樁進行水平靜載荷試驗，可以得到以下結論：

1）從試驗曲線及樁身彎矩來看，加筋PCC樁具有較好的水平承載性，樁的受力反應主要集中在樁身上部，與其他樁型受力特性類似，但PCC樁為現(xiàn)澆薄壁管樁，所以破壞形式主要以樁身破裂為主。工程中對樁身上部加強剛度是十分必要的。

2）試驗得到了加筋PCC樁的水平力-時間-作用點位移（H-t-Y0）關系曲線和水平力-位移梯度（H-Y0-H）關系曲線，試驗中發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的最大試驗加載條件下，樁土相互作用由線性變?yōu)榉蔷€性，樁頂施加到荷載300 kN樁頂位移達到9.31 mm，達到極限狀態(tài)；樁頂施加到最大荷載450 kN時樁頂位移達到50 mm以上，且未達到穩(wěn)定狀態(tài)，檢查發(fā)現(xiàn)樁身開裂。這與相同試驗參數(shù)的實心樁相比破壞狀態(tài)類似，說明加筋PCC樁有很好水平承載性能。

3）試驗得到了各級荷載下的樁身彎距分布曲線，從試驗中所獲得的樁身彎距分布曲線可發(fā)現(xiàn)，隨著樁頂水平荷載的增大，PCC樁身的彎距值隨之增大，且最大彎距點的位置有下降的趨勢，總的位置在全樁長的1/3～1/2處，樁最大彎距點的位置與一般彈性樁理論結論較為吻合。