軟土路基單樁承載力的試驗研究

曹文婷

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責任公司，貴州 貴陽 550000)

0 引 言

貴州省基礎(chǔ)建設(shè)日新月異，為達成省交通廳的高速：“6橫7縱8聯(lián)”及4個城市環(huán)線”的戰(zhàn)略。貴州高速公路在建設(shè)過程中難免遇到軟土地基，而樁基作為軟土處理的一種方式被大量使用，而作為處理軟土的基樁承載力成為檢驗處理效果的重要指標。

在檢測過程中一般檢驗豎向荷載下的基樁承載力，而豎向荷載下的基樁承載力體現(xiàn)了樁在豎向荷載作用下可以保證正常使用條件下的最大荷載，其合格與否與樁本身的性能和設(shè)計允許的沉降量有關(guān)。檢測方法分為兩種：第1類為直接法是采用實測或是靜荷載試驗方法確定，第2類為間接法采用測得的樁端承載力和樁側(cè)阻力帶入公式求的。國內(nèi)外學者也對這兩類方法做了大量的研究，其中Mattes和Poulos采根據(jù)所做的試驗和理論相結(jié)合并采用，從而得到關(guān)于影響樁土體系荷載傳遞規(guī)律的影響因素；劉建華通過采用試驗和理論結(jié)合方式對在巖質(zhì)邊坡下的樁基橋墩進行分析并得出雙排樁基的結(jié)構(gòu)內(nèi)里和樁后巖(土)體壓力的分布規(guī)律。

本文結(jié)合實際工程采用靜荷載試驗方法對處理軟土路基基樁樁承載力進行試驗研究，已獲得基樁在豎向荷載的變形規(guī)律，并檢驗基樁處理的工程質(zhì)量。

1 工程概況

貴州省某高速公路第4合同段K33+300～K33+600段軟土路基采用C20素混凝土樁進行增強處理。C20素混凝土樁設(shè)計直徑為0.45 m，設(shè)計樁長為10 m，總樁數(shù)為5153根。設(shè)計單樁承載力特征值為0.4 MPa。

2 基樁承載力試驗案

2.1 試驗原理

單樁靜載荷試驗是用于測定在豎向荷載作用下樁體承載能力的一直原位測試方法。在單樁完成施工后，對樁體采用分級加載的的方式施加荷載，并記錄分級加載過程中不同時間的沉降量，然后通過計算得到所試驗樁的承載力。本次試驗按《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ340-2015的有關(guān)規(guī)定進行，采用堆載提供反力進行荷載試驗。

2.2 試驗荷載

根據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ 340-2015第6.1.2條關(guān)規(guī)定，本次單樁載荷試驗最大加載量應(yīng)不小于3.14×0.45×0.45÷4×400×2=127.17 KN，試驗時取135 KN。

本次單樁靜載荷試驗的加載反力采取壓重平臺反力裝置，設(shè)置兩個支墩。壓重平臺反力裝置提供的反力不小于135×1.2=162 KN。

2.3 試驗準備

(1)檢測前，施工單位應(yīng)將樁頂浮漿或松散、破損部分鑿除，露出堅硬的混凝土表面；樁頂表面應(yīng)平整干凈。

(2)樁頂標高、地基土的標高都應(yīng)滿足設(shè)計所要求的高度。

(3)施工單位應(yīng)配合搭設(shè)好壓重平臺反力裝置，壓重應(yīng)在試驗前一次性加足，并應(yīng)均勻穩(wěn)固地放置于平臺上。

2.4 試驗方法

(1)千斤頂?shù)暮狭χ行?、承壓板中心?yīng)與受檢樁中心在同一鉛垂線上。

(2)沉降量采用兩個量程為50 mm的百分表進行測量；兩個百分表對稱安裝在承壓板上，各百分表距承壓板邊緣的距離一致，約為25～50 mm；百分表應(yīng)固定在基準梁上。

(3)試驗時采用慢速維持荷載法。

(4)加載分級：按最大加載量的1/10逐級等量加載，其中第1級取分級荷載的2倍即第1級加載27 KN，之后第2級至第9級每級加載13.5 KN。

(5)采用27 KN進行分級卸載(27 KN為每級加載的2倍)。

(6)加、卸載時荷載不能產(chǎn)生沖擊，不連續(xù)、不均勻傳遞的現(xiàn)象，且在每級荷載加載后維持荷載上下浮動不得超過過分級荷載的10%。

(7)每施加一級荷載后，按第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min測讀樁頂沉降量，然后每30 min讀一次百分表的讀數(shù)。

(8)當樁頂沉降速率達到相對穩(wěn)定標準時，再施加下一級荷載。樁頂沉降相對穩(wěn)定標準：每1 h內(nèi)樁頂沉降量不超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，從分級荷載施加后的第30 min開始，按1.5 h連續(xù)三次每30 min的沉降觀測值計算。

(9)在卸載的過程中沒記荷載要保證加載時間不少于1 h，在0.25 h、0.5 h和1 h的時刻讀取百分標的和讀數(shù)；當荷載全部卸載完成后，還需要在測讀百分表3 h，分別在0.25 h、0.5 h、1 h、2 h和3 h的時候讀取百分表的讀數(shù)。

2.5 終止加載條件

當出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載。

(1)當P-S圖像上出現(xiàn)陡降段，且樁頂?shù)睦塾嫵两盗看笥?0 mm；

(2)在某次分級加載下此次加載的沉降量大于上一級加載所產(chǎn)生沉降量的2倍，并在24 h百分表數(shù)值仍有變化的。

(3)樁身發(fā)生破壞，其頂部變形陡然變大；

(4)P-S曲線變化趨于平緩，樁頂累計沉降量大于70 mm；當樁深大于25 m，加載需等到樁頂累計沉降量大于90 mm；

(5)加載至要求的最大試驗荷載，且承壓板沉降速率達到相對穩(wěn)定標準。

3 現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析

各試驗點單樁承載力特征值，單樁靜載荷試驗結(jié)果見表1，其1～4號試驗點的P-S曲線圖如圖1所示。

圖1 K33+300～K33+600段填方邊坡治理單樁靜載荷試驗

由試驗數(shù)據(jù)結(jié)果表1和P-S可以看出K33+300～K33+600段填方邊坡治理段抽檢檢測樁基4根，各試驗點均加載至最大試驗加載荷載135 KN，P-S曲線平緩，未出現(xiàn)陡降段，樁的平均沉降量約為24.81 mm，沉降量與平均值最大偏差約為2.9 mm，約占平均值的11.98%大于5%，說明施工質(zhì)量或是成樁質(zhì)量還是有所差異，需要進一步提高。但各個樁的沉降量均小于最大設(shè)計沉降量400 mm，同時單樁承載力試驗特征值均大于設(shè)計特征值(0.4 MPa)，滿足設(shè)計要求。

對于樁身質(zhì)量控制的建議：(1)首先從樁體的原材材料控制，因為混凝土樁的強度主要是靠混凝土強度來實現(xiàn)的，所以混凝土的質(zhì)量直接決定了樁體的質(zhì)量，而組成混凝土的原材料水泥、砂、石、外加劑等質(zhì)量的好壞也決定了混凝土的質(zhì)量，所以需要保證原材了得質(zhì)量，加大對成樁樁混凝土原材料的檢驗。(2)對成樁的施工方法進行控制；首先成孔質(zhì)量要有所保證，樁徑、垂直度、沉渣厚度是保證樁基承載力的關(guān)鍵性因素，成孔的質(zhì)量的好壞直接會影響成樁的好壞。一旦成孔出現(xiàn)現(xiàn)問題，成樁質(zhì)量后就很難處理，所以加強過程中對成孔質(zhì)量的檢測，檢測內(nèi)容包括：中心位置、孔徑、傾斜度、孔深、沉淀厚度、清孔后泥漿指標。(3)在成樁的過程中要保證關(guān)鍵設(shè)備充足，保證混凝土的可以連續(xù)貫入；混凝土的和易性良好；在提拔導(dǎo)管時要通過測量混凝土的灌注深度空已拆下導(dǎo)管的長度。

4 結(jié) 論

通過分析試驗數(shù)據(jù)，可得K33+300～K33+600段填方邊坡治理段軟土路基處抽檢檢測樁基4根，各試驗點均加載至最大試驗加載荷載135 KN，P-S曲線平緩，沉降量均小于最大設(shè)計沉降量400 mm，同時單樁承載力試驗特征值均大于設(shè)計特征值(0.4 MPa)，滿足設(shè)計要求。并根據(jù)現(xiàn)場試驗所得試驗樁的沉降量最大偏差與平均值的比值為11.98%大于5%，說明施工或成樁質(zhì)量有所差異，還需從樁基的原料、成孔質(zhì)量和施工的工藝中進一步控制。