鉆孔灌注樁單樁靜載荷試驗(yàn)研究

馬文龍，牛兵，張曉波，蘇立保，白逸潔

（陜西中機(jī)巖土工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710043）

1 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市人口暴增以及工業(yè)用地等原因?qū)е鲁鞘型恋刭Y源不足問題愈發(fā)明顯，因此進(jìn)行高層建筑和地下空間的開發(fā)利用，成為解決該問題非常有效的方法。高層建筑由于其自身荷載原因?qū)Φ鼗休d力要求較高，一般天然地基無法滿足承載力要求，因此樁基礎(chǔ)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。其中鉆孔灌注樁由于具有對地層條件適應(yīng)性強(qiáng)、樁長及樁徑變化靈活，單樁承載力較大、施工時低噪音、低振動對周邊環(huán)境影響較小等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為高層建筑等眾多工程建設(shè)重要的基礎(chǔ)形式。

近年來，我國眾多學(xué)者在鉆孔灌注樁領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究。李婧在上海地區(qū)開展大直徑鉆孔灌注樁大噸位靜載荷試驗(yàn)，分析了大直徑鉆孔灌注樁承載特性，積累了該地區(qū)樁基設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；劉紅艷基于后壓漿超長鉆孔抗壓樁的現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，研究了后壓漿超長鉆孔灌注樁的承載特性，結(jié)果表明后壓漿技術(shù)可顯著提高基樁極限承載力；許超在濕陷性黃土地區(qū)開展大直徑樁軸向靜載荷試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)了該地區(qū)大直徑旋挖樁承載性狀；呂鵬飛以高承載力鉆孔灌注樁為研究對象，通過現(xiàn)場試驗(yàn)、理論分析、有限元模擬相結(jié)合，對鉆孔灌注樁的承載性能、荷載傳遞和側(cè)摩阻力進(jìn)行研究；張利潔分析了巖溶發(fā)育的淤泥質(zhì)土層樁身軸力的荷載傳遞機(jī)理以及樁的荷載—沉降特性，發(fā)現(xiàn)樁頂荷載主要通過樁側(cè)摩阻力逐漸向下傳遞，具有明顯的摩擦樁特點(diǎn)，樁底沉渣厚度顯著影響樁頂沉降量與極限承載力。

本文基于陜西省安康市某住宅工程，開展鉆孔灌注樁單樁靜載荷試驗(yàn)，分析單樁在上部荷載作用下的豎向承載特性，試驗(yàn)結(jié)果對該場地乃至安康地區(qū)的工程設(shè)計(jì)及施工具有一定的指導(dǎo)意義。

2 工程概況

擬建工程位于安康市高新區(qū)新創(chuàng)路以北，316國道以西區(qū)域。場地地貌單元屬漢江北岸三級沖洪積階地，地形東高西低，起伏較大，地面高程284.64m～331.87m之間，高差44.23m。該工程自上而下各地層主要特征如下。

①雜填土：主要由碎石等組成，含少量粘性土，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均，厚度0.80m～8.50m，層 底 深 度 0.80m～9.50m；①素填土：主要由膨脹性粉質(zhì)粘土回填而成，含少量砂卵石，局部地段結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均勻，厚度0.50m～13.00m，層底深度0.50m～13.00m；①淤泥質(zhì)土：灰色～灰黑色，流塑狀態(tài)，厚度1.10m～6.90m，層 底 深 度 3.10m～13.60m。

②粉質(zhì)粘土：黃褐色～棕紅色，土質(zhì)較均勻，表層裂隙發(fā)育，局部為粉土，以硬塑狀態(tài)為主，厚度0.90m～6.80m，層底深度2.50m～8.00m。

③卵石：呈亞圓形，一般粒徑20mm～60mm，磨圓度一般，填充物主要為中粗砂。中密狀態(tài)，呈半膠結(jié)狀，厚度 2.60m～8.60m；層底深度 3.50m～10.40m。

④粉質(zhì)粘土：黃褐～棕紅色，土質(zhì)較均勻，局部為粉砂，粉土，粘土，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，以硬塑狀態(tài)為主，層厚0.7m～13.60m，層底深度0.70m～18.80m。

⑤卵石：呈亞圓形，一般粒徑20mm～40mm，磨圓度一般，充填物為中粗砂，以中密狀態(tài)為主，呈半膠結(jié)狀，層厚1.00m～30.00m，層底深度2.80m～34.00m；⑤粉細(xì)砂：淺灰色，局部含有粉質(zhì)粘土，粉土，中粗砂，中密狀態(tài)，呈半膠結(jié)狀，層厚0.90～3.50m，層度深度0.90～26.00；⑤中粗砂：淺灰色，顆粒不均勻，級配良好，以密實(shí)狀態(tài)為主，呈半膠結(jié)狀，層厚1.00～30.00m，層底深度2.80～34.00m。

⑥粉質(zhì)粘土：灰褐色，土質(zhì)較均勻，以硬塑狀態(tài)為主，層厚1.50～22.00m，層底深度8.60～40.40m。

⑦粉細(xì)砂：淺灰色，以密實(shí)狀態(tài)為主，呈半膠結(jié)狀，層厚0.70～10.10m，層底深度17.40m～48.50m；⑦中粗砂：淺灰色，顆粒不均勻，級配良好，以密實(shí)狀態(tài)為主，呈半膠結(jié)狀，層厚1.80m～8.50m，層底深度15.50m～48.50m；⑦粉質(zhì)粘土：黃褐色，土質(zhì)較均勻，局部為粉土，粘土，以硬塑狀態(tài)為主，層厚1.00～8.30，層底深度17.30～32.40m；⑦卵石：呈亞圓形，一般粒徑20mm～40mm，磨圓度一般，充填物以中粗砂為主，以中密狀態(tài)為主，呈半膠結(jié)狀，該層未揭穿，最大揭露厚度42.90m。

本工程擬建地上33層，地下1層，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，工程重要性等級為一級。采用灌注樁基礎(chǔ)，鉆孔灌注樁總樁數(shù)105根，樁徑800mm，有效樁長33.00m，樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為297.32m，樁端持力層層為⑦層卵石，樁身混凝土強(qiáng)度等級C40，設(shè)計(jì)要求成樁后單樁豎向抗壓承載力特征值R為5000kN。

工程樁主要參數(shù) 表1

3 現(xiàn)場試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)方案

為研究鉆孔灌注樁受上部荷載后的單樁豎向承載力特征，對該工程進(jìn)行了3組單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)編號為JZ1、JZ2、JZ3。具體試驗(yàn)方案如下。

試驗(yàn)前預(yù)先將樁頭做好，然后在上部鋪設(shè)30mm后的中、粗砂找平層，再將與樁頂面積相等的剛性承壓板放置于樁頂。

第一級荷載加至2000kN，以后每級以1000kN的壓力遞增，最大加載值為10000kN?；鶚冻两涤?塊數(shù)顯百分表量測，數(shù)顯百分表均勻設(shè)置在樁身周圍。

每級荷載下沉降觀測次數(shù)為：加上部荷載后第一個小時按5min、10min、15min、15min、15min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次，直至沉降相對穩(wěn)定為止。沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每一小時內(nèi)樁頂沉降量不超過0.1mm且連續(xù)出現(xiàn)兩次。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時終止加載。

①在某級荷載作用下，樁頂沉降量為前一級荷載作用下沉降量的5倍，且樁頂總沉降量超過40mm。

②在某級荷載作用下，樁頂沉降量為前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)過24h樁頂沉降尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

③上部荷載已加載到設(shè)計(jì)要求的最大加載值且樁頂沉降達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

④當(dāng)Q-s曲線呈緩變形時，可加載至樁頂總沉降量60mm～80mm；當(dāng)樁端阻力尚未發(fā)揮時，可加載至累計(jì)沉降量超過80mm。

圖1 單樁豎向承載力靜載荷試驗(yàn)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，通過百分表測得沉降數(shù)據(jù)，繪制了荷載—沉降曲線（Q-s）曲線和時間—沉降（t-s）曲線，如圖2，圖3，圖4。

圖2 JZ1靜載荷試驗(yàn)曲線

圖3 JZ2靜載荷試驗(yàn)曲線

圖4 JZ3靜載荷試驗(yàn)曲線

①從圖2（a），圖3（c），圖4（e）可以看出，JZ1、JZ2、JZ3三根工程樁在終止荷載10000kN壓力作用下，沉降量介于23.61mm～26.45mm之間，在進(jìn)行逐步卸載后回彈介于2.77mm～3.06mm之間，回彈率分別為12.81%、10.47%、12.24%。

②由圖2，圖3，圖4發(fā)現(xiàn)，各工程樁Q-s曲線規(guī)律類似，隨著樁頂荷載的增加豎向位移也不斷變大，均表現(xiàn)出緩變型，無明顯的陡降段，根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2019），3根試驗(yàn)樁的單樁豎向極限承載力可取10000kN；

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)加、卸荷一覽表 表2

③由于單樁豎向承載力特征值為單樁豎向極限承載力的一半，因此本場地單樁豎向承載力特征值R可取5000kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

④從圖2（b），圖3（d），圖4（f）三組試驗(yàn)的t-s曲線可以看出，每級荷載下的曲線均接近水平，在荷載作用下樁體均快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，各級荷載之間的穩(wěn)定時間差異不大，這與本工程中持力層為卵石層有很大關(guān)系，眾所周知，巖層的壓縮模量遠(yuǎn)大于其他地層，因此該試驗(yàn)范圍內(nèi)t-s曲線在較大荷載下也可迅速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

以安康市具體工程為依托，開展鉆孔灌注樁單樁靜載荷試驗(yàn)，對靜載荷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

①三根工程樁在上部荷載作用下荷載—沉降曲線均為緩變型，無明顯的陡降段，工程樁的單樁豎向極限承載力可取10000kN；

②由于單樁豎向承載力特征值為單樁豎向極限承載力的一半，因此本場地單樁豎向承載力特征值R可取5000kN，滿足設(shè)計(jì)要求；

③本工程3根工程樁持力層均為卵石層，壓縮模量較大，t-s曲線在各級荷載下均近似水平，因此樁體在較大荷載下也可以較短的時間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。