環(huán)梅山灣地區(qū)大直徑鉆孔灌注樁的承載性狀研究

汪瑋昕 華東

摘? ?要：基于環(huán)梅山灣海堤改造提升工程（西段）大直徑鉆孔灌注樁基樁高應(yīng)變檢測報(bào)告，分析得出寧波北侖沿海區(qū)域大直徑鉆孔灌注樁在加載過程中端阻力和側(cè)摩擦力的分布規(guī)律及極限狀態(tài)下的尺寸效應(yīng)系數(shù)。在研究環(huán)梅山灣海堤改造提升工程（西段）6根大直徑鉆孔灌注樁的受力特點(diǎn)及荷載傳遞規(guī)律，得到端承樁在極限狀態(tài)下樁側(cè)摩擦阻力和樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)。檢測結(jié)果研究表明：通過對灌注樁的的荷載-沉降曲線進(jìn)行分析，端樁尺寸效應(yīng)系數(shù)與《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果對比與實(shí)測值存在差異。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁? 大直徑? 環(huán)梅山灣? 高應(yīng)變? 經(jīng)驗(yàn)公式

在對各種研究成果的分析中筆者發(fā)現(xiàn)不同土質(zhì)對于大直徑灌注樁的受力特點(diǎn)和傳遞規(guī)律都有較大的不同，通過對環(huán)梅山灣海堤改造提升工程（西段）中的4根大直徑灌注樁的高應(yīng)變實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對樁側(cè)摩擦力和端樁阻力進(jìn)行研究，對端樁阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)的取值于經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對比，為北侖地區(qū)大直徑灌注樁的建設(shè)提供參考。

1? 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

本場地根據(jù)寧波工程勘察院提供的《巖土工程勘察報(bào)告》，試驗(yàn)長度范圍內(nèi)自上而下場地工程地質(zhì)及主要特征值如表1。

1.2 橋梁概況

3號(hào)橋橋梁類型為簡支梁橋，跨徑布置采用3m×11m，上部結(jié)構(gòu)采用60cm厚C50預(yù)應(yīng)力混凝土板梁蓋梁式橋臺(tái)，采用單排φ1000mm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年，主體構(gòu)件50年，伸縮縫15年，板式橡膠支座15年，欄桿15年。

橋梁安全等級(jí)：一級(jí)。

抗震設(shè)防烈度：7度（地震動(dòng)峰值加速度統(tǒng)一按0.12g）;橋梁抗震設(shè)防分類：丁類;抗震設(shè)計(jì)方法：B 類;抗震設(shè)防措施7度。

橋梁工作環(huán)境：上部結(jié)構(gòu)II類，下部結(jié)構(gòu)III類。

2? 試驗(yàn)方法及儀器設(shè)備

本次基樁高應(yīng)變動(dòng)測采用中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》[1]作為檢測依據(jù)。

檢測方法：采用CCWAPC波動(dòng)方程擬合法。

假定樁為一維彈性桿，通過重錘錘擊樁頭，產(chǎn)生沿樁身向下傳播的應(yīng)力波同時(shí)使樁和土發(fā)生一定位移，利用對稱安裝于樁頸兩側(cè)的加速度傳感器和應(yīng)變計(jì)接受該截面處樁身質(zhì)點(diǎn)的加速度和應(yīng)變過程曲線，并傳輸給RS-1616K（S）型樁基動(dòng)態(tài)測量儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存貯?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集完成后，再將采集到的信號(hào)運(yùn)用CCWAPC程序進(jìn)行擬合分析計(jì)算。

計(jì)算方法：先假定一個(gè)樁土模型，運(yùn)用波動(dòng)理論方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，根據(jù)比較計(jì)算數(shù)值和實(shí)測結(jié)果，調(diào)整后得到新的樁土模型，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算——反復(fù)擬合，直至計(jì)算數(shù)值與實(shí)測結(jié)果兩者充分接近，便認(rèn)為最后得到的樁土模型符合實(shí)際情況，同時(shí)也計(jì)算出了實(shí)際作用于樁身的分層凈側(cè)摩阻力、端阻力和樁身的分段阻抗變化。

儀器設(shè)備：RS-1616K（S）型樁基動(dòng)態(tài)測量儀、加速度傳感器、應(yīng)變計(jì)、50kN自由重錘。

3? 試驗(yàn)實(shí)測曲線及分析成果

經(jīng)過現(xiàn)場測試和計(jì)算機(jī)擬合分析計(jì)算，得出動(dòng)測成果見表2。

3.1 樁身內(nèi)力分部及側(cè)摩擦阻力

為應(yīng)變計(jì)的第i次應(yīng)變量，K為應(yīng)變計(jì)的標(biāo)定系數(shù)，F(xiàn)i為應(yīng)變計(jì)的第i次測量頻率模數(shù)值，F(xiàn)0為應(yīng)變計(jì)基準(zhǔn)模數(shù)值，B為應(yīng)變計(jì)計(jì)算修正值，A為樁身截面面積，E為樁身?xiàng)钍夏Ａ浚琿i為第i層土的平均側(cè)摩阻力;Pi，Pi-1，為第i層土上、下面樁身軸力;hi為第i層土的厚度;UP為樁身截面周長;ψsi為樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，ψp為樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)。

對于大直徑鉆孔灌注樁的側(cè)摩擦阻力的經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值要比實(shí)測值偏小，對比實(shí)測的3801kN、3760kN、4282kN和4252kN，通過實(shí)測的側(cè)摩阻力計(jì)算出的尺寸效應(yīng)系數(shù)平均值小于規(guī)范推薦公式計(jì)算值。對比類似的土層，側(cè)阻尺寸效應(yīng)系數(shù)大體呈現(xiàn)沿深度變大的趨勢，表明大直徑灌注樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)有隨深度減弱的趨勢，超過一定深度后側(cè)摩擦力先減小然后在靠近樁端增大，分析其原因可能是埋深較大側(cè)摩阻力未能充分發(fā)揮的原因。在根據(jù)側(cè)摩擦阻力和樁端阻力判斷，該樁屬于摩擦型樁，樁端僅占總阻力的10%～20%，荷載主要由樁側(cè)摩阻力提供反力承擔(dān)。

《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中經(jīng)驗(yàn)公式[1]得出黏性土中樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)為0.95。在實(shí)測黏性土中樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)為0.73。分析樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)小于規(guī)范推薦。對于這種現(xiàn)象的原因可能存在以下兩點(diǎn)：一是樁底存在沉渣，沉渣低強(qiáng)度的特點(diǎn)使得樁端承載力能力降低;二是由于大直徑鉆孔灌注樁的體積較大，卸載過程中強(qiáng)度降低十分明顯。

4? 結(jié)語

筆者通過對環(huán)梅山灣海堤改造提升工程（西段）3號(hào)橋的4根大直徑鉆孔灌注樁的高應(yīng)變動(dòng)測結(jié)果的分析，得出環(huán)梅山灣地區(qū)大直徑鉆孔灌注樁端為摩擦樁;側(cè)阻尺寸效應(yīng)系數(shù)大體呈現(xiàn)沿深度變大的趨勢，實(shí)測系數(shù)較規(guī)范[1]經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值偏小;端阻力尺寸效應(yīng)明顯，樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)小于規(guī)范推薦值。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫組.JGJ94–2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

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[3] 劉福天，趙春風(fēng)，吳杰，等.常州地區(qū)大直徑鉆孔灌注樁承載性狀及尺寸效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2010，29（4）：858-864.