大直徑鉆孔灌注樁試驗(yàn)樁檢測(cè)數(shù)據(jù)分析研究

胡長友，王西榮，桑多林

(安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，安徽合肥 230001)

0 引言

某建設(shè)工程項(xiàng)目，因建筑場(chǎng)地和地基的復(fù)雜程度及工程重要性判定工程勘察等級(jí)為甲級(jí)，項(xiàng)目建設(shè)前的基樁設(shè)計(jì)與施工方案的確定尚無基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，基樁承載力試驗(yàn)工作顯得尤為重要。設(shè)計(jì)單位認(rèn)為，該工程場(chǎng)地在進(jìn)行基樁施工前，必須打試樁，并進(jìn)行基樁承載力檢測(cè)，以準(zhǔn)確確定基樁極限承載力值，為設(shè)計(jì)單位提供依據(jù)。

1 工程概況

依據(jù)該項(xiàng)目巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告(詳勘)，此項(xiàng)目通過一般孔、控制孔、靜力觸探孔施工，采取了原狀土樣、巖石樣、水樣，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、場(chǎng)地波速試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)各勘察鉆孔進(jìn)行了高程與定位測(cè)量等工作，并通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及室內(nèi)巖土實(shí)驗(yàn)資料綜合分析給出了相關(guān)基樁及地層的有關(guān)參數(shù)。本場(chǎng)地的工程地質(zhì)分層情況由上至下依次為①層雜填土；②層黏土；②層黏土；③層粉質(zhì)黏土夾粉土；④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖；⑤層中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。各土層具體特征見表1。

表1 工程地質(zhì)分層表Tabel 1.Stratification of engineering geology

該工程基樁設(shè)計(jì)擬采用機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁，樁端持力層為第⑤層（中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖）。為準(zhǔn)確掌握擬設(shè)計(jì)樁的單樁承載力，先行設(shè)計(jì)打試樁6根，樁長42.0m，樁身直徑為1100mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值分為1、2兩組（每組3根樁），其分別為12000kN、8400kN。

根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）3.3.4條的相關(guān)規(guī)定，分別對(duì)6根試樁分兩組進(jìn)行了單樁承載力豎向抗壓試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方法介紹與數(shù)據(jù)采集

2.1 試驗(yàn)方法、依據(jù)與設(shè)備

本次試驗(yàn)采用2014慢速維持堆載法進(jìn)行抗壓靜載試驗(yàn)樁極限承載力檢測(cè)。根據(jù)建設(shè)部的規(guī)范（JGJ106-2014)，即《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》要求，對(duì)設(shè)計(jì)的6根試樁進(jìn)行極限抗壓承載力試驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定該試驗(yàn)樁極限承載力的值，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。試驗(yàn)過程中的工作步驟是：平臺(tái)搭施→電源線路接通檢查→靜載儀器與位移表安裝→開始試驗(yàn)分級(jí)加載→數(shù)據(jù)位移量記錄→達(dá)到預(yù)定加荷后進(jìn)行卸載。

靜載儀器和位移表由全自動(dòng)靜力載荷試驗(yàn)儀（JCQ-503B）、油壓傳感器（CYB-20S）、位移傳感器（611-391-91572，91726，310300，12430）、液壓千斤頂（1000T）、超高壓油泵站（DBS1.5M-T額定壓力63MPa）組成。利用箱型鋼梁和工字型組成400m堆載平臺(tái)，在堆載平臺(tái)堆附規(guī)格為2000mm×1000mm×830mm的配重以獲得不同的反力?？扇?20塊配重塊，能夠提供本次試驗(yàn)所需的28800kN最大反力。

2.2 試驗(yàn)操作

2.2.1 逐級(jí)加載

試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)規(guī)范要求，將待測(cè)試樁分成兩組，每組為3根，各組包括1、4、6和2、3、5。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)分級(jí)逐級(jí)加載，采用規(guī)范中指導(dǎo)的慢速維持法，分級(jí)以相同的加載量進(jìn)行加載，每級(jí)加載的荷值，根據(jù)預(yù)估的單樁豎向抗壓最大承載力值的大小，一般按預(yù)估極限荷載量的1/10控制加載。本次試驗(yàn)將加荷的荷載分為10級(jí)，首次1～2級(jí)可按照2倍分級(jí)荷載加載，加載量不小于承載力特征值的2倍，即，2400kN×2=4800kN、2160kN×2=4320kN、1920kN×2=3840kN、1680kN×2=3360kN，試 驗(yàn) 時(shí) 取4800kN、4320kN、3840kN、3360kN，以 后 各 級(jí) 逐 級(jí) 加 載2400kN、2160kN、1920kN、1680kN。

2.2.2 加載中數(shù)據(jù)觀測(cè)

加載時(shí)，每級(jí)荷載在施加后，樁頂沉降觀測(cè)分為兩個(gè)階段測(cè)讀，應(yīng)分別按第5min、15min、30min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔15min測(cè)讀一次樁頂沉降量，荷載在每一級(jí)中，維持時(shí)間不得少于1h，如果在最后的30min時(shí)間段內(nèi)，樁頂沉降位移增量與相鄰30min時(shí)間間隔的樁頂沉降增量相比較，沒有明顯收斂，此時(shí)應(yīng)該延長荷載維持時(shí)間，直至最后30min的沉降增量小于相鄰30min的沉降增量（即沉降收斂），也就是，在每1h內(nèi)，如果樁頂沉降量不超過0.1mm時(shí)，并連續(xù)兩次出現(xiàn)前者標(biāo)準(zhǔn)（自分級(jí)荷載施加后第30min起算)，當(dāng)樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，才可以進(jìn)行下一級(jí)荷載施加。

2.2.3 結(jié)束試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測(cè)

本工程的6根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)均因試驗(yàn)荷載達(dá)到預(yù)定最大加載量且樁頂沉降達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)而終止加載。

試驗(yàn)樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)每級(jí)卸載量為加載時(shí)的兩倍，在卸去加載荷載時(shí)，每級(jí)維持荷載15min，在維荷時(shí)間段內(nèi)，測(cè)讀時(shí)間按第5min、15min樁頂沉降量后，即可卸到下一級(jí)荷載。荷載卸至零后，樁頂殘余沉降量應(yīng)該及時(shí)按規(guī)范規(guī)定時(shí)間要求測(cè)讀，時(shí)間維持1h，時(shí)間間隔按5min、15min、30min進(jìn)行測(cè)讀，以后每隔30min測(cè)讀一次。

3 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與曲線

通過單樁靜載荷承載力試驗(yàn)，6根試驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見表2。

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果Tabel 2.Results of single pile vertical compressive static load test

獲得工程樁

Q

-

s

曲線，

s

-lg

t

曲線見圖1。

圖1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s和s-lg t曲線圖Figure 1.Q-s and s-lg t curves of single pile vertical compressive static load test

3.2 數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)

參照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)中4.4.2，4.4.3條，極限承載力特征值的確定依據(jù)是：對(duì)于陡降型

Q

-

s

曲線，應(yīng)取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值；對(duì)于緩變型

Q

-

s

曲線，宜根據(jù)樁頂總沉降量，取

s

等于40mm對(duì)應(yīng)的荷載值；對(duì)

D

（樁端直徑）大于等于800mm的樁，取

s

等于0.05

D

對(duì)應(yīng)的荷載值，當(dāng)樁長大于40m時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮；根據(jù)JGJ106-2014規(guī)范4.4.3條，參與統(tǒng)計(jì)的3根試驗(yàn)樁的抗壓極限承載力極限數(shù)值之差，如果沒有超過平均值的30%，單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值應(yīng)取平均值。據(jù)此，根據(jù)靜載試驗(yàn)的荷載-位移曲線（

Q

-

s

曲線）及位移-時(shí)間曲線（

s

-lg

t

曲線），對(duì)基樁進(jìn)行分析，以確定極限承載力值，再確定1、4、6、2、3、5試驗(yàn)樁的承載力特征值

Ra

。第1組試驗(yàn)分析：從1樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

Q

-

s

曲線及

s

-lg

t

曲線在

Q

為21600kN時(shí)，

Q

-

s

曲線未發(fā)生明顯陡降，而是變化平緩，

s

-lg

t

曲線也未發(fā)現(xiàn)明顯下彎，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線均較平坦，呈近于水平狀變化且較穩(wěn)定。根據(jù)緩變型

Q

-

s

曲線及

s

lg

t

曲線，取

s

等于0.05

D

對(duì)應(yīng)的荷載值，由于樁長大于42m＞40m，考慮樁身彈性壓縮，取55.00m處對(duì)應(yīng)的荷載值21609kN，其單樁豎向承載力的特征值為10805kN。完全卸載后樁頂殘余沉降為33.66mm，最大回彈量為26.89mm，回彈率為44.41%。對(duì)于4、6樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

Q

-

s

曲線及

s

-lg

t

曲線當(dāng)

Q

分別加載至21600kN和19200kN并維持一段時(shí)間，曲線發(fā)生明顯陡降，根據(jù)拐點(diǎn)法判斷此處為拐點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)

s

-lg

t

曲線在19200kN、16800kN時(shí)，曲線變化很穩(wěn)定，且各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線較平坦，此時(shí)宜取前一級(jí)荷載值為試驗(yàn)極限值。由以上分析得出4、6樁單樁豎向極限承載力為19200kN、16800kN，單樁豎向承載力特征值分別宜對(duì)應(yīng)取9600kN、8400kN。

參照建設(shè)部《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》第4.4.3條，本組試驗(yàn)中的3根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力極差，超過平均值的30%，應(yīng)該去掉最大值，再重新統(tǒng)計(jì)，直至極差值小于平均值的30%，此時(shí)可取19203kN作為本組試驗(yàn)的單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值，單樁豎向承載力特征值確定為9602kN。

第2組試驗(yàn)分析：從2樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

Q

-

s

曲線及

s

-lg

t

曲線在

Q

為16800kN時(shí)，

Q

-

s

和

s

lg

t

曲線明顯陡降，根據(jù)拐點(diǎn)法判斷此處為拐點(diǎn)，繼續(xù)維荷24小時(shí)后而終止加載。根據(jù)

s

-lg

t

曲線在15120kN時(shí)，曲線變化很穩(wěn)定，且各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線較平坦，可取本級(jí)為承載力極限值，取曲線發(fā)生明顯變化處對(duì)應(yīng)的荷載值為極限值15120kN，其單樁豎向承載力的特征值為7560kN。完全卸載后樁頂殘余沉降為34.89mm，最大回彈量為19.43mm，回彈率為55.69%。從3樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

Q

-

s

曲線及

s

-lg

t

曲線在

Q

為16800kN時(shí)，

Q

-

s

和

s

-lg

t

曲線也未發(fā)現(xiàn)明顯下彎，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線均較平坦，呈近于水平狀變化且較穩(wěn)定。取最大試驗(yàn)荷載對(duì)應(yīng)的荷載值16800kN作為承載力極限值，其單樁豎向承載力的特征值為8400kN。從5樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

Q

-

s

曲線及

s

-lg

t

曲線在

Q

為16800kN時(shí)，

s

-lg

t

曲線也未發(fā)現(xiàn)明顯下彎，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線均較平坦，呈近于水平狀變化且較穩(wěn)定。根據(jù)緩變型

Q

-

s

曲線及

s

-lg

t

曲線，取

s

等于0.05

D

對(duì)應(yīng)的荷載值，由于樁長（42m）大于40m，考慮樁身彈性壓縮，取55.00m處對(duì)應(yīng)的荷載值16076kN，其單樁豎向承載力的特征值為8038kN。

根據(jù)建設(shè)部《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》4.4.3條，本次試驗(yàn)參與統(tǒng)計(jì)的3根試驗(yàn)樁的抗壓極限承載力極限數(shù)值之差，如果沒有超過平均值的30%，取15999kN作為單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值，單樁豎向承載力特征值應(yīng)取7999kN。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果Tabel 3.Results of single pile vertical compressive static load test

4 結(jié)論

本次試驗(yàn)樁經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)與綜合分析，根據(jù)中華人民共和國建設(shè)部《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定（JGJ106-2014），判定第1組3根樁允許的極限承載力19203kN，允許的承載力特征值為9602kN；第2組3根樁允許的極限承載力15999kN，允許的承載力特征值為7999kN。均小于擬設(shè)計(jì)值12000kN和8400kN。

通過2014慢速維持荷載試驗(yàn)結(jié)果分析，應(yīng)用2014慢速維持荷載在基樁檢測(cè)中對(duì)于驗(yàn)證基樁極限承載力（承載力特征值）是否滿足設(shè)計(jì)要求以及對(duì)于確定單樁承載力方面能夠給予較為客觀的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)與結(jié)論，為設(shè)計(jì)單位提供數(shù)據(jù)依據(jù)。2014慢速維持荷載試驗(yàn)對(duì)于檢測(cè)預(yù)埋樁底后壓漿管采用后壓漿對(duì)鉆孔樁樁底沉渣處理、提高基樁承載力以及對(duì)于鉆孔擴(kuò)底灌注樁的檢測(cè)均具有良好的效果。