濕陷性黃土場(chǎng)地雙向螺旋擠土灌注樁成孔擠密效應(yīng)與極限承載力試驗(yàn)研究

馬天忠，孫晨東，高玉廣，王正振，蘇天濤，高 虹

(1. 蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050； 2. 甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730050)

0引 言

隨著一帶一路經(jīng)濟(jì)樞紐帶政策的提出，西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)得到飛速發(fā)展。超高層建筑、高速公路等改擴(kuò)建基礎(chǔ)設(shè)施日益增多，樁基礎(chǔ)的發(fā)展研究受到眾多學(xué)者關(guān)注。20世紀(jì)末，雙向螺旋擠土灌注樁(SDS樁)因無(wú)泥漿、噪聲等污染問(wèn)題率先在國(guó)外掀起應(yīng)用熱潮[1-4]，2011年中冶集團(tuán)初步將該新型樁基礎(chǔ)引入中國(guó)，并在河南、山東等諸多省份的實(shí)際工程中逐步應(yīng)用，但對(duì)于雙向螺旋擠土灌注樁的認(rèn)識(shí)仍然處于經(jīng)驗(yàn)層面。

擠密樁法處理濕陷性黃土地基已在中國(guó)西北地區(qū)推廣使用已久，研究者開展的一系列關(guān)于采用擠密樁法處理的濕陷性黃土地基問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)和室內(nèi)模型的試驗(yàn)研究已獲得了豐碩成果。米海珍等[5]在甘肅天水開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，主要解決了考慮多種影響因素對(duì)濕陷性黃土地基的處理效果問(wèn)題。米周林等[6]將不同擠密樁處理方法進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為在相同情況下采用水泥擠密樁對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行處理更具有優(yōu)越性。李金奎等[7]在高填方濕陷性黃土地基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，2.5D(D為樁徑)范圍內(nèi)樁心距擠密樁可以完全消除濕陷性。朱彥鵬等[8-9]在大厚度濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行擠密樁處理綜合管廊復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)擠密樁復(fù)合地基干密度增長(zhǎng)率、抗?jié)B性能隨處理深度增強(qiáng)。吉任等[10]結(jié)合京新高速公路擴(kuò)建工程研究水泥擠密樁對(duì)鹽漬化濕陷性黃土的處理效果，發(fā)現(xiàn)水泥擠密樁的經(jīng)濟(jì)效益相比傳統(tǒng)換填法更高。劉明軍等[11]對(duì)冀西地區(qū)濕陷性黃土場(chǎng)地素土擠密樁處理地基進(jìn)行深入研究，結(jié)果表明素土擠密樁可以有效改善土體濕陷系數(shù)、壓縮模量、擠密系數(shù)等主要物理指標(biāo)。通過(guò)這些研究發(fā)現(xiàn)，擠密樁處理濕陷性黃土地基存在施工噪聲大、地基處理深度較淺、經(jīng)濟(jì)效益低等問(wèn)題。近年來(lái)，雙向螺旋擠土灌注樁被用于處理濕陷性黃土地基，這種新樁型已經(jīng)運(yùn)用于軟質(zhì)黏土或砂土等地基處理，而有關(guān)大厚度濕陷性黃土地區(qū)雙向螺旋擠土灌注樁的擠土成孔對(duì)樁周土體的擠密范圍和擠密效果的研究還相對(duì)匱乏。

雙向螺旋擠土灌注樁擠土成孔不僅可以處理樁周土體的濕陷性，還能提高這種樁型自身的承載性能。目前對(duì)于雙向螺旋擠土灌注樁極限承載性能以及破壞模式的研究成果較少。李志毅等[12-13]依托實(shí)際工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)SDS樁與長(zhǎng)螺旋灌注樁的極限承載性能差異進(jìn)行了對(duì)比。劉鐘等[14]通過(guò)螺旋擠土成孔室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)SDS樁荷載傳遞模式、承載變形性狀進(jìn)行了初步研究，并結(jié)合太沙基土力學(xué)理論解釋螺旋擠土成孔對(duì)SDS樁承載性能影響的原理。劉鐘等[15]結(jié)合國(guó)外SDS樁現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)與中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，深入分析了兩種樁型在承載性能上的差異，并驗(yàn)證SDS樁在各種場(chǎng)地地層的適用性。張?jiān)ゴǖ萚16]通過(guò)數(shù)值分析方法研究了非擠土成孔、擠土成孔以及螺旋擠土等不同成孔形式對(duì)灌注樁側(cè)摩阻力分布以及極限側(cè)摩阻力影響，發(fā)現(xiàn)螺旋擠土成孔對(duì)樁側(cè)摩阻力提升有顯著影響。針對(duì)西北大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地，目前還未有對(duì)雙向螺旋擠土灌注樁承載力的深入研究，現(xiàn)行國(guó)家《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于SDS樁的極限承載力也未有明確說(shuō)明。

綜上，為揭示雙向螺旋擠土成孔過(guò)程對(duì)大厚度濕陷性黃土地基處理效果與處理范圍的影響，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，按照不同樁心距范圍將擠密區(qū)域擠土成孔對(duì)樁周土體物理力學(xué)特性的影響進(jìn)行深入分析；揭示雙向螺旋擠土灌注樁與長(zhǎng)螺旋灌注樁成孔工藝對(duì)極限承載性能的影響；基于各地規(guī)范中雙向螺旋擠土灌注樁樁側(cè)極限阻力修正系數(shù)和蘭州各典型地層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出甘肅地區(qū)不同土類樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為研究雙向螺旋擠土成孔對(duì)樁周濕陷性黃土擠密范圍與擠密效果的影響。選擇典型場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)布設(shè)豎向地表位移觀測(cè)點(diǎn)與徑向水平位移觀測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺旋擠土成孔引起的距離成孔中心不同位置處地表隆起量與樁周土體徑向水平位移，在不同位置處取土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，分析擠土成孔對(duì)樁周土體物理特性的影響特征。

1.1工程地質(zhì)條件

1.2樁周地表土體豎向隆起

為測(cè)得成孔過(guò)程對(duì)地表隆起量的作用效果，本試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)豎向位移觀測(cè)點(diǎn)，樁心距分別為1D、2D、2.5D、3D(樁徑D為500 mm)，布置如圖1、2所示。

表1黃土狀粉土層物理力學(xué)指標(biāo)Table 1Physical Indexes of Loss Like Silt Layer

圖1位移觀測(cè)點(diǎn)與測(cè)斜孔現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)Fig.1Displacement Observation Points and Inclinometer Holes Buried on Site

圖2位移觀測(cè)點(diǎn)與測(cè)斜孔平面布置Fig.2Plane Layout of Displacement Observation Points and Inclinometer Holes

圖3地表隆起量與樁心距關(guān)系Fig.3Relation of Surface Heave and Pile Spacing

圖3為地表豎向隆起量與樁心距關(guān)系。分析可知，鉆機(jī)施工至不同深度時(shí)地表隆起量與樁心距的變化趨勢(shì)是相似的，均呈三折線分布。1D范圍內(nèi)，鉆機(jī)在成孔過(guò)程中導(dǎo)致的地表隆起量最為顯著，最大可達(dá)300 mm，隨鉆機(jī)施工深度的增加，地表隆起量呈增大趨勢(shì)。1D～2.5D范圍內(nèi)，地表隆起量迅速減小，但仍然還有少量因鉆機(jī)成孔造成的地表隆起，地表隆起量相比1D范圍內(nèi)減小80%，因此在1D～2.5D范圍內(nèi)，SDS樁成孔過(guò)程對(duì)樁周土體有一定擠密。在距離成孔中心3D以外，地表隆起量幾乎接近于0，基本上可以認(rèn)為水平向3D范圍以外鉆機(jī)成孔對(duì)樁周土體無(wú)影響。

鉆機(jī)成孔深度對(duì)地表豎向隆起量具有明顯影響，隨著成孔深度增加，地表隆起量呈增大趨勢(shì)。圖4為鉆機(jī)施工深度與地表隆起量的變化曲線。從圖4可以看出，增大趨勢(shì)并非均為線性，在成孔深度0～3 m內(nèi)，地表隆起量增大趨勢(shì)接近線性增長(zhǎng)，而3 m深度以下，地表隆起量不再隨成孔深度增加而顯著變化。分析原因是SDS樁鉆機(jī)成孔時(shí)鉆頭采用錐形特征，鉆門和反向螺旋葉片相距約3 m，鉆頭和中空鉆桿相連接，因此擠土鉆頭全部鉆入土層之前，地表豎向隆起量會(huì)線性顯著增長(zhǎng)，擠土鉆頭進(jìn)入土體后，中空鉆桿因孔徑小于成孔孔徑，與地表土體沒(méi)有直接接觸。

圖4鉆機(jī)施工深度與地表隆起量的變化曲線Fig.4Variation Curves of Drilling Depth and Surface Heave

1.3樁周土體徑向水平位移

雙向螺旋擠土成孔過(guò)程中樁周土體不僅產(chǎn)生豎向地表隆起量還會(huì)產(chǎn)生徑向的水平位移，為深入揭示擠土成孔對(duì)徑向水平位移的影響范圍，在距離成孔中心1D、2D、2.5D、3D位置處設(shè)置測(cè)斜管。測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)如圖5所示。

圖5測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)Fig.5Inclinometer Pipes Buried on Site

圖6不同深度時(shí)測(cè)斜管徑向水平位移的變化曲線Fig.6Variation Curves of Radial and Lateral Displacement of Inclinometer Pipes at Different Depths

圖6為不同深度時(shí)測(cè)斜管徑向水平位移的變化曲線。分析可知，同一測(cè)斜管深度處土體距離樁心越遠(yuǎn)，徑向水平位移越不明顯，在距離成孔中心3D范圍處，樁周土體水平位移在0.8～4 mm之間變化，基本上可以認(rèn)為3D范圍以外成孔過(guò)程對(duì)土體不產(chǎn)生水平側(cè)向作用。同一徑向距離處，隨著成孔深度增加，樁周土體水平位移同樣呈減小趨勢(shì)，25 m深度是變化幅度的臨界點(diǎn)。這是因?yàn)殡S著成孔深度增加，埋設(shè)深度較深的土層受到上層土體自重荷載作用，下層土體的密實(shí)度與壓縮模量會(huì)隨埋設(shè)深度越來(lái)越大，鉆機(jī)成孔作業(yè)對(duì)孔側(cè)樁周土體產(chǎn)生的水平側(cè)向壓力不隨深度發(fā)生改變，因此在同等側(cè)向壓力作用下土體埋設(shè)深度越大，徑向水平位移會(huì)越小。25 m深度以下不再產(chǎn)生明顯變化趨勢(shì)，說(shuō)明25 m深度是雙向螺旋擠土成孔對(duì)樁周濕陷性黃土產(chǎn)生擠土效應(yīng)的最大豎向深度。

綜上所述，大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地因含水量較低，SDS樁在擠土成孔過(guò)程中地表隆起量最大可達(dá)320 mm，徑向最大水平位移可達(dá)85 mm，與前人在軟質(zhì)黏土場(chǎng)地所做擠密效應(yīng)試驗(yàn)對(duì)比，軟質(zhì)黏土場(chǎng)地較濕陷性黃土場(chǎng)地含水率更大，塑液限更高，雙向螺旋擠土成孔樁周土體地表豎向隆起量最大為30 mm，徑向最大水平位移為25 mm，兩者差異非常明顯，說(shuō)明雙向螺旋擠土成孔對(duì)不同土質(zhì)擠土效應(yīng)不同，大厚度濕陷性黃土地區(qū)SDS樁擠土成孔必須考慮對(duì)樁周土體的擠土作用影響。

1.4樁周土性的變化

在鉆土成孔后，分別在距離樁心0.75D、1D、1.25D、1.5D、2D距離處取土樣進(jìn)行土工試驗(yàn)，取樣沿著地表往下每間隔1 m采集一組，每一距離處共采集5組，取樣至10 m深處?，F(xiàn)場(chǎng)取樣見圖7、8，表2為不同樁心距土體的物理力學(xué)指標(biāo)。

根據(jù)浙江省大氣環(huán)境質(zhì)量改善和污染物減排要求，通過(guò)對(duì)已實(shí)施超低排放火電機(jī)組的實(shí)際排放績(jī)效分析、“十三五”火電行業(yè)總量控制排放績(jī)效的宏觀測(cè)算以及基于熱能動(dòng)力學(xué)的火電機(jī)組超低排放限值下的排放績(jī)效理論計(jì)算研究，可以得出以下結(jié)論：

圖7探槽取樣位置示意圖Fig.7Schematic Diagram of Sampling Position of Probe Slot

圖8土樣采集Fig.8Soil Sample Collection

表2不同樁心距的土樣物理力學(xué)指標(biāo)Table 2Physical and Mechanical Indexes of Soil Samples with Different Pile Center Distances

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》不難發(fā)現(xiàn)：0.75D樁心距范圍內(nèi)土體平均濕陷系數(shù)最大為0.007，而該規(guī)范中對(duì)于濕陷性評(píng)價(jià)的起始濕陷系數(shù)為0.015，因此該范圍內(nèi)土體不具備濕陷性；土體平均孔隙比為0.757，平均干密度與原狀土相比增幅為0.252倍。在0.75D～1.25D樁心距范圍內(nèi)土體平均濕陷系數(shù)在0.007～0.013，平均干密度增長(zhǎng)幅度在0.1倍～0.25倍之間，因此可判斷此范圍內(nèi)土體仍基本不具備較強(qiáng)濕陷性，因?yàn)榕c孔心距離增大，雙向螺旋擠土成孔對(duì)于樁周土體物理特性影響減弱，但仍有明顯改善效果。1.25D～1.5D樁心距范圍內(nèi)，土體平均濕陷系數(shù)在0.013～0.038之間，濕陷程度為輕度濕陷，平均干密度、壓縮模量增長(zhǎng)不足0.1倍，由此可得1.25D～1.5D樁心距范圍內(nèi)土體已初步具備輕微濕陷特征，擠密效應(yīng)不明顯，物理力學(xué)特性改善較小。1.5D～2D范圍內(nèi)，樁周土體平均濕陷系數(shù)為0.038～0.048，平均孔隙比為1.005～1.093，濕陷系數(shù)大于0.030，但整體屬于中度濕陷，平均干密度與原狀土相近，樁周土體擠密效應(yīng)不明顯。距離樁心2D范圍以外，物理力學(xué)特性與平均濕陷系數(shù)和原狀土幾無(wú)差異，SDS樁擠土成孔對(duì)2D范圍外土體的物理力學(xué)特性影響不大。

參考前人研究[8]，SDS樁擠土效應(yīng)擠密區(qū)劃分為：平均干密度增長(zhǎng)率25%以上為重度擠密區(qū)，10%～25%為中度擠密區(qū)，10%以下為輕度擠密區(qū)。結(jié)合本試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地SDS樁擠土成孔可以將樁周土體擠密區(qū)分為0.5D～0.75D、0.75D～1.25D、1.25D～2D，如圖9所示。

圖9擠密區(qū)平面劃分Fig.9Plane Division of Compaction Area

2成孔擠密機(jī)理分析

雙向螺旋擠土灌注樁成孔前后會(huì)對(duì)樁側(cè)土體產(chǎn)生擠密作用，分別體現(xiàn)在成孔前后的3個(gè)階段[13]：第1次擠密作用是雙向螺旋擠擴(kuò)鉆機(jī)在鉆頭扭矩和豎向壓力作用下將樁孔中的土體擠壓至樁孔側(cè)壁；第2次擠密作用在成孔后鉆機(jī)提升過(guò)程時(shí)螺旋葉片機(jī)械擠壓護(hù)孔，將鉆頭上部和孔內(nèi)塌落的土體重新擠壓至側(cè)壁；第3次擠密作用同樣是在鉆機(jī)提升至自然地面標(biāo)高時(shí)，泵送樁身混凝土?xí)幸欢ǖ膫?cè)向壓力，產(chǎn)生擠密作用。

這3個(gè)階段的擠密作用關(guān)鍵在于雙向螺旋擠擴(kuò)鉆機(jī)所采用的封閉式擠擴(kuò)鉆頭，其在鉆入土體下旋過(guò)程中會(huì)將土顆粒通過(guò)螺旋式葉片向上運(yùn)送至擠擴(kuò)區(qū)域，但擠擴(kuò)區(qū)域直徑與成孔直徑相同，而雙向螺旋擠擴(kuò)機(jī)封閉式鉆頭動(dòng)力扭矩非常大，因此土顆粒在動(dòng)力扭矩驅(qū)動(dòng)下被擠入樁孔側(cè)壁，不會(huì)有任何土渣被運(yùn)送至地表上，孔壁外圍土體在不斷擠壓作用下密實(shí)度大幅提高，因此雙向螺旋擠土成孔的擠密作用可以改善樁周土體的物理力學(xué)性質(zhì)，有效降低濕陷程度。長(zhǎng)螺旋灌注樁[17]鉆機(jī)成孔時(shí)鉆頭紋路等效于麻花鉆，向下鉆入過(guò)程中也會(huì)將土渣運(yùn)送至地表，不會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生徑向的擠擴(kuò)作用，雖然兩種鉆頭對(duì)樁側(cè)土體擠密作用各不相同(圖10)，但是樁端以下的土體在鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的壓實(shí)擠密作用是相同的。

圖10兩種螺旋灌注樁成孔機(jī)理示意圖Fig.10Schematic Diagram of Pore Forming Mechanism of Two Kinds of Spiral Cast-in-place Piles

3兩種螺旋灌注樁極限承載力對(duì)比

為對(duì)比雙向螺旋擠土灌注樁和長(zhǎng)螺旋灌注樁極限承載性能差異，現(xiàn)場(chǎng)制作雙螺旋擠土灌注樁和長(zhǎng)螺旋灌注樁試樁，并按照規(guī)范要求進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試樁與錨樁的平面布置如圖11所示，靜載試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)見圖12。本試驗(yàn)采用JZU-180型號(hào)液壓步履式雙向螺旋擠擴(kuò)鉆機(jī)，各項(xiàng)主要性能參數(shù)見表3。

圖11試樁與錨樁的平面布置(單位:mm)Fig.11Plane Layout of Test Piles and Anchor Piles (Unit:mm)

圖12兩種螺旋灌注樁靜載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.12Site Static Load Test of Two Kinds of Spiral Cast-in-place Piles

兩種螺旋灌注樁除成孔工藝不同外其余參數(shù)均相同，具體指標(biāo)如表4所示。錨樁樁端嵌入角礫層不小于0.5 m。

表3試驗(yàn)鉆機(jī)參數(shù)Table 3Parameters of Test Pile Driver

表4試樁、錨樁參數(shù)Table 4Parameters of Test Pile and Anchor Pile

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載設(shè)備使用鋼梁錨樁反力系統(tǒng)，采用慢速維持荷載法進(jìn)行分級(jí)加載。樁頂加載總共分11級(jí)。第1級(jí)為600 kN，其余每一級(jí)均為300 kN，停止加載節(jié)點(diǎn)參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行。

圖13為SDS樁與長(zhǎng)螺旋灌注樁在大厚度濕陷性黃土地區(qū)的荷載-沉降量(Q-S)曲線?？梢钥闯?，兩種螺旋灌注樁均無(wú)明顯的驟降區(qū)間，呈緩變型變化趨勢(shì)。樁頂荷載在1 200 kN以內(nèi)，兩種螺旋灌注樁樁頂沉降變形相差不大，1 200 kN以上隨樁頂荷載的不斷增加，兩種螺旋灌注樁的承載性能差異顯著體現(xiàn)出來(lái)。

圖13長(zhǎng)螺旋灌注樁與雙向螺旋擠土灌注樁Q-S曲線Fig.13Q-S Curves of Long Spiral Cast-in-place Pile and Bidirectional Soil Displacement Screw Pile

因Q-S曲線不具有明顯拐點(diǎn)，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定樁頂下沉量為40 mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷為最大承載，由此可見，長(zhǎng)螺旋灌注樁極限承載力為2 800 kN，雙向螺旋擠土灌注樁極限承載力為3 400 kN， 在各項(xiàng)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)均相同條件下，SDS樁極限承載力較長(zhǎng)螺旋灌注樁提高近25%。究其原因是SDS樁擠土成孔過(guò)程中，擠密作用主要施加在樁側(cè)孔壁以外的樁側(cè)土體上，樁端以下土體雙向螺旋擠土成孔與長(zhǎng)螺旋灌注樁鉆孔兩種不同成孔工藝所引起的變形特征是類似的，因此極限承載性能區(qū)別主要表現(xiàn)在樁側(cè)摩阻力上。由于SDS樁擠土成孔在0.75D樁心距范圍內(nèi)重度擠密，樁周土體密實(shí)度很高，樁側(cè)與土體的接觸面摩擦因數(shù)固然也會(huì)提高，故SDS樁極限承載性能要優(yōu)于長(zhǎng)螺旋灌注樁。

4極限承載力設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1樁側(cè)極限阻力

根據(jù)山東、河南、安徽、甘肅[18-19]等省份對(duì)于SDS樁的地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，雙向螺旋擠土灌注樁極限承載力計(jì)算公式為

Qu=Qsu+Qpu=u∑asiqsiuli+qpuAp

(1)

式中：Qu為樁基極限承載力；Qsu為樁總極限側(cè)摩阻力；Qpu為樁端總極限阻力；u為樁身橫截面周長(zhǎng)；qsiu為樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpu為樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li、Ap分別為樁身穿越不同土層i的深度和樁身橫截面面積；asi為樁側(cè)極限摩阻力修正系數(shù)。

通過(guò)式(1)可知，確定SDS樁的極限承載力需要明確3個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，即qsiu、qpu、asi。與各類規(guī)范對(duì)比，SDS樁樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值范圍都是按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于干作業(yè)鉆孔樁的樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值定義。從試驗(yàn)中可以明顯發(fā)現(xiàn)SDS樁的側(cè)摩阻力因擠土成孔會(huì)有明顯改變，因此需對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正。查閱各地規(guī)范將SDS樁極限側(cè)摩阻力修正系數(shù)根據(jù)土體的不同進(jìn)行歸納，asi取值見表5。

表5asi取值范圍Table 5Selection Range of asi

4.2樁端極限阻力

表6為各省規(guī)范對(duì)于SDS樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值的經(jīng)驗(yàn)范圍。分析可知各地樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值差異較大，沒(méi)有較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，山東、寧夏兩省的經(jīng)驗(yàn)值接近于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于混凝土預(yù)制樁的樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定，而安徽、河南兩省設(shè)計(jì)參數(shù)取值較小，取值范圍接近干作業(yè)鉆孔樁，甘肅地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)與安徽、河南兩省取值范圍相似，與實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有較大偏差。

通過(guò)對(duì)表6分析可以發(fā)現(xiàn)，各省對(duì)于SDS樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值的取值仍是參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[20-21]，這是由于現(xiàn)有此類新型樁基礎(chǔ)研究成果較少，未能形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。為了解決SDS樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值的取值問(wèn)題，梳理蘭州各典型地層現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料，反算得出甘肅地區(qū)不同土質(zhì)樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值，見表7。

從表7反算結(jié)果與實(shí)際規(guī)范值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，甘肅地區(qū)現(xiàn)行地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于SDS樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定過(guò)于保守，這勢(shì)必會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。

表6雙向螺旋擠土灌注樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值Table 6Standard Value of Ultimate End Resistance of Bidirectional Soil Displacement Screw Pile

表7甘肅地區(qū)雙向螺旋擠土灌注樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值Table 7Standard Value of Ultimate End Resistance of Bidirectional Soil Displacement Screw Pile in Gansu Province

同時(shí)，山東、寧夏等省份對(duì)于SDS樁極限承載力的設(shè)計(jì)偏大，如若用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)難免會(huì)產(chǎn)生安全隱患。因此，提出SDS樁甘肅地區(qū)極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(表8)，供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)修訂參考。

表9為本次試驗(yàn)場(chǎng)地地層基樁極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，將表9中數(shù)據(jù)代入式(1)中進(jìn)行計(jì)算，與本試驗(yàn)SDS樁實(shí)際所測(cè)極限承載力進(jìn)行對(duì)比，實(shí)測(cè)SDS樁極限承載力為3 400 kN，而計(jì)算值為3 489.4 kN，相對(duì)誤差約為3%，由此說(shuō)明，通過(guò)本文提出的設(shè)計(jì)參數(shù)判斷SDS樁的極限承載力是合理的。

表8甘肅地區(qū)不同土類樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值Table 8Standard Value of Pile End Ultimate Resistance of Different Soil Types in Gansu Province

表9雙向螺旋擠土灌注樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Table 9Standard Value of Ultimate Lateral Resistance of Bidirectional Spiral Compaction Cast-in-place Pile

5結(jié)語(yǔ)

(1)雙向螺旋擠土成孔對(duì)樁周濕陷性黃土的地表豎向隆起和徑向水平位移的影響區(qū)域?yàn)?D范圍，在該區(qū)域里，隨著與成孔中心距離的增大，影響效果愈來(lái)愈弱；豎向影響范圍在地表以下25 m內(nèi)，25 m以下雙向螺旋擠土成孔對(duì)土體不產(chǎn)生明顯影響。

(2)雙向螺旋擠土成孔對(duì)樁周濕陷性黃土物理特性擠密范圍為2D，樁心距0.75D范圍內(nèi)重度擠密，無(wú)濕陷性，土體物理特性明顯改善；樁心距0.75D～1.25D范圍內(nèi)基本不具備濕陷性，中度擠密，土體物理特性指標(biāo)改善較強(qiáng)；樁心距1.25D～2D范圍內(nèi)輕度擠密，有濕陷性，土體物理特性增幅不足10%；樁心距2D范圍外與原狀土物理指標(biāo)相同，無(wú)擠密效果。

(3)同等工況下SDS樁單樁極限承載性能優(yōu)于長(zhǎng)螺旋灌注樁，極限承載力提升25%，且兩種樁型均屬緩變型強(qiáng)度破壞特征。雙向螺旋擠土成孔產(chǎn)生的擠密效應(yīng)是造成二者受力特性不同的最主要因素。

(4)基于各地規(guī)范中雙向螺旋擠土灌注樁樁側(cè)極限阻力修正系數(shù)和蘭州各典型地層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，反算了樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值，并將其與既有規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，提出了甘肅地區(qū)不同土類樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值。