基于某鋼鐵基地試驗(yàn)區(qū)的樁基性能研究

徐萬(wàn)祥

山東正元工程檢測(cè)有限公司，山東 濟(jì)南 250101

某鋼鐵基地位于黃海之濱，擬建場(chǎng)地分為陸域和水域兩部分，地質(zhì)條件復(fù)雜，地基土工程性質(zhì)差異較大，地下水埋藏淺，且20m深度內(nèi)的砂土在7度地震條件下具有輕微-中等液化的可能性，難以滿足擬建建（構(gòu)）筑物對(duì)地基承載力及變形要求，勘察報(bào)告建議對(duì)場(chǎng)地地基土進(jìn)行處理。為使地基處理具有針對(duì)性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性，并有可靠的各項(xiàng)參數(shù)供地基處理設(shè)計(jì)時(shí)采用，需要盡快在陸域場(chǎng)地內(nèi)具有代表性的地質(zhì)條件地段進(jìn)行強(qiáng)夯置換、一般強(qiáng)夯及樁基礎(chǔ)的試驗(yàn)工作，文章重點(diǎn)研究了該鋼鐵基地試驗(yàn)區(qū)的樁基試驗(yàn)。

1 工程概況

根據(jù)試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)要求，2#試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)樁對(duì)單樁豎向抗壓極限承載力、測(cè)定樁的分層側(cè)阻力和端阻力、單樁豎向抗拔極限承載力、單樁水平承載力、基樁的極限側(cè)阻力和極限端阻力等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，還要檢測(cè)樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置，為后期樁基的施工提供設(shè)計(jì)參數(shù)，擬采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)、單樁水平靜載試驗(yàn)、樁身內(nèi)力測(cè)試、高應(yīng)變法檢測(cè)、低應(yīng)變法檢測(cè)等手段綜合研究樁基性能。

2 樁基試驗(yàn)內(nèi)容及方法

2.1 單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的目的是確定單樁豎向抗壓極限承載力，測(cè)定樁的分層側(cè)阻力和端阻力。采用錨樁橫梁反力裝置，用油壓千斤頂以慢速維持荷載法加卸載，用RS-JYC 型靜荷載測(cè)試儀控制荷載示值，并用位移傳感器測(cè)量各級(jí)荷載樁頂沉降量。試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，每一級(jí)荷載下沉量達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后再加下一級(jí)荷載；每級(jí)荷載施加后按第5min、15min、30min、45min、60min 測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔30min 測(cè)讀一次；每1h 內(nèi)的樁頂沉降量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次時(shí)視為樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，再施加下一級(jí)荷載；當(dāng)滿足規(guī)范要求條件時(shí)，如樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的5 倍，終止加荷條件。

2.2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)

單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)的目的是確定單樁豎向抗拔極限承載力。試驗(yàn)裝置采用反力樁提供支座反力，反力架系統(tǒng)具有1.2 倍的安全系數(shù)。試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，每一級(jí)荷載下沉量達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后再加下一級(jí)荷載，直至試驗(yàn)終止；每級(jí)加載量為最大加荷值的1/10，其中第一級(jí)可取分級(jí)荷載的2 倍；每級(jí)加荷后第一個(gè)小時(shí)內(nèi)第5min、15min、30min、45min、60min 觀 測(cè) 一 次 讀 數(shù)， 然 后 每30min 測(cè)讀一次；每小時(shí)不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定可加下一級(jí)荷載；當(dāng)滿足規(guī)范要求條件時(shí)，如樁頂上拔量大于前一級(jí)上拔荷載作用下的上拔量5 倍，終止加荷條件。

2.3 單樁水平靜載試驗(yàn)

單樁水平靜載試驗(yàn)的目的是確定單樁水平承載力。試驗(yàn)裝置由錨樁提供反力，用油壓千斤頂施加水平推力，在千斤頂與試樁接觸處安置一球形鉸座，以保證千斤頂作用力能水平通過樁身軸線，用精密壓力表控制荷載示值，用大量程百分表測(cè)量各級(jí)荷載樁身水平位移。每級(jí)荷載施加后，4min測(cè)讀水平位移，然后卸荷至零，停2min后測(cè)讀殘余水平位移，至此為完成一個(gè)加卸載循環(huán)，每級(jí)荷載完成5 次循環(huán)。

2.4 樁身內(nèi)力測(cè)試

樁身內(nèi)力測(cè)試的目的是確定基樁的極限側(cè)阻力和極限端阻力等指標(biāo)。采用鋼弦式傳感器和CTY-202型振弦測(cè)試儀，傳感器埋設(shè)于樁身2m、5m、8m、11m、14m、17m、20m、23m處，在焊接時(shí)時(shí)要采取隔熱措施，以防損壞傳感器。在不同分級(jí)荷載下，內(nèi)力測(cè)試嚴(yán)格按CTY-202 型振弦測(cè)試儀相關(guān)要求嚴(yán)格進(jìn)行。

3 鋼鐵基地試驗(yàn)區(qū)的樁基性能研究

3.1 單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)研究

通過對(duì)C-1 試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)（見表1），C-1 試驗(yàn)樁（長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁，Ф800mm）的單樁豎向抗壓極限承載力為2400kN；其Q-s 曲線斜率隨著荷載的增加而逐漸變大。當(dāng)荷載增加至3000kN 時(shí)，樁頂最大沉降量為118.09mm，終止加荷，曲線尾部出現(xiàn)明顯陡降段。卸載后最大回彈量為5.92mm，回彈率為5.0%。s-lgt 曲線隨著荷載的增加曲線間距由密變疏，當(dāng)荷載增加至3000kN時(shí)，曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲現(xiàn)象（見圖1）。

表1 C-1 試驗(yàn)樁單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)結(jié)果

圖1 C-1 試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s 曲線、s-lgt 曲線

3.2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)研究

通過單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)（見表2），D-2 和D-4 試驗(yàn)樁U-δ 曲線隨著荷載的增加，曲線斜率逐漸增大。當(dāng)荷載加至2800kN，曲線出現(xiàn)陡降段，累計(jì)樁頂最大上拔量分別為63.87mm 和79.53mm，終止加荷。卸荷后，樁頂最大回彈量為14.10mm，回彈率17.7%。其δ-lgt 曲線隨著荷載的增加，曲線間距自下而上由密變疏，曲線尾部出現(xiàn)明顯向上彎曲現(xiàn)象（見圖2）。

3.3 單樁水平靜載試驗(yàn)研究

根據(jù)水平靜載試驗(yàn)H-t-Y0曲線和H-△Y0/△H 曲線綜合確定，D-1 和D-3 試驗(yàn)樁的單樁水平臨界荷載為180kN，水平極限承載力為240kN（見圖3）。

3.4 樁身內(nèi)力測(cè)試研究

通過對(duì)各試驗(yàn)樁進(jìn)行的內(nèi)力測(cè)試及軸力分析，各樁基樁身所受軸力隨著深度的增加逐漸減小，其衰減速率亦隨深度增加逐漸增大。C-1 試樁極限荷載2400kN 時(shí)，樁的側(cè)阻力為2389kN，占總荷載的99.5%；樁端阻力為11.0kN，占總荷載的0.50%。

表2 單樁豎向抗拔極限承載力確定表 單位：kN

圖2 D-2 試驗(yàn)樁的單樁豎向抗拔靜荷載試驗(yàn)U-δ 曲線、δ-lgt曲線

圖3 D-1 試驗(yàn)樁的單樁水平靜荷載試驗(yàn)H-t-Y0 曲線、H-ΔY0/ΔH 曲線

4 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)鋼鐵基地試驗(yàn)區(qū)的樁基檢測(cè)和樁基性能研究可知：（1）C-1 試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力為2400kN；（2）D-2、D-4 試驗(yàn)樁的單樁豎向抗拔極限承載力為2600kN。（3）D-1、D-3 試驗(yàn)樁的單樁水平臨界荷載為180kN，水平極限承載力為240kN。