淺談沉渣與孔壁泥層厚度對鉆孔灌注樁承載力的影響

鄧昌寧

摘 要： 根據(jù)試驗(yàn)，分析了樁底沉渣和泥皮厚度對樁豎向承載力的影響，并對影響承載力的作用機(jī)理予以闡述，提出了一些合理措施，以確保樁基礎(chǔ)承載力的正常發(fā)揮。

關(guān)鍵詞： 鉆孔樁沉渣;孔壁泥層厚度;承載力

【中圖分類號】U231.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）02-0061-01

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，大跨結(jié)構(gòu)及高層建筑的修建對基礎(chǔ)承載力的要求愈來愈高，而鉆孔灌注樁以其承載力高、適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。但受施工設(shè)備、施工工藝、人員素質(zhì)等的影響，不可避免的出現(xiàn)沉渣與孔壁泥皮厚度過大等問題，致使樁基礎(chǔ)承載力顯著降低，從而影響工程質(zhì)量。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》提出了涉及鉆孔灌注樁樁側(cè)阻力承載力計(jì)算方法，但還遠(yuǎn)不能解釋鉆孔灌注樁樁側(cè)阻力的作用機(jī)制和承載變形性狀。而在一般的中、長嵌巖樁中，樁側(cè)阻力所發(fā)揮的作用要大得多，其作用的機(jī)理也復(fù)雜得多，而這其中泥皮厚度是一個十分關(guān)鍵的因素。因此，不論是樁底沉渣還是泥皮厚度，深入研究其對承載力的影響就顯得十分重要。

2 樁底沉渣對承載力的影響

在樁基初步設(shè)計(jì)時(shí)，單樁豎向承載力特征值用規(guī)范介紹的經(jīng)驗(yàn)公式法按下式估算：Ra=qpaAp+Up∑qsiali，該公式適應(yīng)條件之一是：樁底5d且不小于3m范圍內(nèi)無軟弱夾層。但在具體施工中樁底會出現(xiàn)厚度不一的沉渣。如圖1所示，為某工程實(shí)測2

根樁荷載——沉降（Q～S）關(guān)系曲線，所選的兩根鉆孔灌注樁樁長、樁徑基本一致，兩樁距離較近地質(zhì)條件及持力層深度也基本相同。從圖中可明顯看出樁I的豎向極限承載力為5000KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于承載力設(shè)計(jì)值，其經(jīng)鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)樁底沉渣厚度大于規(guī)范要求。而樁Ⅱ?yàn)檎兜腝～S曲線，其單樁極限承載力高于設(shè)計(jì)值。樁I隨著荷載的增加樁頂位移隨之緩慢增大，變化比較緩慢，但當(dāng)荷載增大到5000KN附近時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，由“緩變段”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸缸兌巍?，樁頂位移迅速增大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象應(yīng)該為：樁側(cè)摩阻力和樁底摩阻力的發(fā)揮程度與樁土間的變形形態(tài)有關(guān)，并各自達(dá)到極限所需要的位移量是不相同的，在“緩變段”由于沉渣和下臥層處于彈性節(jié)段，樁土間的相對位移量較小，沉渣厚度對樁的沉降影響不是很大，樁頂荷載基本由樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，在變形條件范圍內(nèi)，樁端阻力基本沒發(fā)揮作用。在“陡降段”，隨著樁頂荷載逐漸加大，沉渣的存在加大了樁頂荷載的沉降，在荷載5000KN附近發(fā)生突變，主要原因是由于低強(qiáng)度沉渣的存在，在上部荷載作用下，土體變形加大，導(dǎo)致上部側(cè)摩阻力達(dá)到極限側(cè)摩阻力，增加的荷載只能由樁端阻力來承擔(dān)，樁端阻力又直接作用于下部沉渣土，使得沉渣變形過大，而發(fā)生“刺入式”的瞬間沉降破壞，這就是樁基沉渣過厚導(dǎo)致承載力下降的原因。近期文獻(xiàn)研究顯示，樁底沉渣也會對樁側(cè)阻力產(chǎn)生影響。從樁側(cè)摩阻力機(jī)理分析，樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮取決于樁土之間的相對位移量，隨著樁土之間的位移量的增加，在樁頂荷載下自上而下逐漸發(fā)揮。當(dāng)樁端無沉渣時(shí)，靠近樁端處樁土之間的相對位移量不會很大，隨著樁端荷載的增加，樁側(cè)摩阻力緩慢增加;而當(dāng)樁端有較厚的沉渣時(shí)，隨著樁頂荷載的增加，靠近樁端處樁與樁端土迅速剪切滑移，相對位移速率越大，樁側(cè)摩阻力損失越大。這種樁端附近的樁側(cè)阻力受樁端條件影響而增強(qiáng)或削弱的現(xiàn)象稱為“樁側(cè)阻力的強(qiáng)化效應(yīng)”。

3 孔壁泥層厚度對承載力的影響

在鉆孔灌注樁的施工過程中，為了防止縮頸、坍孔、穩(wěn)定孔內(nèi)水位及鉆渣的懸浮，采用膨潤土制備泥漿進(jìn)行護(hù)壁，但泥漿往往會在孔壁沉積，形成過厚的泥皮。大量工程實(shí)踐證明，在其它條件相同的情況下，泥皮愈厚、孔壁光滑的的樁的承載力比泥皮薄、孔壁粗糙、凹凸不平的樁的承載力低，其原因是泥皮厚孔壁光滑的樁孔，混凝土與樁側(cè)土之間的摩擦力小，咬合作用差，泥皮“涂抹”現(xiàn)象明顯，樁土間易發(fā)生剪切滑移，不利于樁側(cè)阻力的發(fā)揮。反之泥皮薄，孔壁粗糙、凹凸不平，混凝土與樁側(cè)摩擦力大咬合作用良好，抗剪強(qiáng)度較高，樁側(cè)阻力較易正常發(fā)揮。孔壁的粗糙程度可以用孔壁的粗糙度因子RF表示，RF越大，孔壁的粗糙度就越大，并對粗糙度與承載力的關(guān)系進(jìn)行了較深入的研究。

某工程4根試樁，設(shè)計(jì)直徑1000mm，樁長62m，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層，設(shè)計(jì)承載力標(biāo)準(zhǔn)值5500KN，清孔結(jié)束后實(shí)測4根樁的泥漿比重分別為1.25、1.23、1.13和1.15，靜載荷試驗(yàn)得到的單樁的極限承載力分別為4000KN、7000KN、1100KN、1100KN，開挖后發(fā)現(xiàn)第一和第二根樁周為一層厚度較大的泥皮所包裹，而三、四樁身混凝土與樁周土接觸良好。

由于沉渣與泥皮厚度和泥漿的指標(biāo)、清孔方式及成孔時(shí)間等因素有關(guān)，因此在施工中，泥漿既要起到護(hù)壁的作用也要懸浮起鉆渣，合理控制泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。對正反循環(huán)兩種清孔方法，正循環(huán)的泥漿循環(huán)速度較慢，反循環(huán)由于比正循環(huán)鉆進(jìn)清孔泥漿流量大、速度快、挾渣清底效果好，泥漿比重可相應(yīng)減少，泥皮厚度相應(yīng)會薄些。樁孔暴露時(shí)間越長，孔壁土的松弛效應(yīng)導(dǎo)致土體強(qiáng)度削弱越明顯，孔壁泡水軟化現(xiàn)越明顯，孔壁泥皮和樁端沉渣越厚，從而導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力的降低。

4 結(jié)語

（1）沉渣厚度與孔壁泥層厚度對鉆孔灌注樁的承載力產(chǎn)生一定的影響，而且影響程度不容忽視，因此在實(shí)際施工中，必須要嚴(yán)格控制泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)，如果條件許可盡可能用反循環(huán)法清孔，控制好樁底沉渣與孔壁泥層厚度，減少樁孔的暴露時(shí)間。在對鉆孔樁承載力的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮樁底沉渣和樁側(cè)泥層厚度對承載力的影響。

（2）對于鉆孔灌注樁，為了保證承載力，必須減小樁底沉渣厚度。必要時(shí)，可采用灌漿等方法提高樁端土的強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)樁端和樁側(cè)阻力的雙重目的。

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