淺析混凝土鉆孔灌注樁的承載力檢測

1、淺析混凝土鉆孔灌注樁的承載力檢測    摘要:混凝土鉆孔灌注樁，因承載力高，抗震性好、施工噪音小、可以解決特殊地基沉載力等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于各種土質(zhì)，有較為廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)我公司在對(duì)廣東省某大橋工程中試驗(yàn)樁承載力檢測進(jìn)行的分析。 關(guān)鍵詞：混凝土；鉆孔灌注樁；承載力檢測 混凝土鉆孔灌注樁是橋梁結(jié)構(gòu)常用的基樁形式之一,鉆孔灌注樁技術(shù)在工藝上也取得了長足的進(jìn)步，大直徑、深孔樁的應(yīng)用也越來越普遍。而灌注樁在成孔和灌注混凝土等施工過程中都會(huì)因施工工藝、地質(zhì)條件、樁型尺寸等不同而影響其承載力。本文簡要介紹了某橋梁工程中大直徑鉆孔灌注樁的承載力檢測試驗(yàn)過程，并分

2、析了影響超長大直徑鉆孔灌注樁承載力的主要因素。 1工程概況 廣東省某大橋主橋基礎(chǔ)擬采用混凝土鉆孔灌注樁，樁徑2200mm，預(yù)估單樁豎向抗壓承載力特征值20000KN，樁入土深度105m，處于粘性土層中。為了確定該樁的豎向極限承載力及各土層的側(cè)摩阻力能否滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)委托方要求，我單位于2008年7月8日，對(duì)該主橋某橋墩的3#樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)。加載量為預(yù)估特征值的2倍即40000kN，試驗(yàn)樁頂面標(biāo)高為 6.00m，樁底標(biāo)高為112m，樁長118.00m，樁端持力層為81層灰灰蘭色粘土。試驗(yàn)采用錨樁反力法，針對(duì)本次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的錨樁樁長92m、樁徑1500mm，四根錨樁呈正方形布置

3、，另采用2根長40m的鋼管樁作基準(zhǔn)樁。 該組樁在試驗(yàn)結(jié)束后將作為永久墩臺(tái)用。試驗(yàn)樁所處區(qū)域以淤泥和粘土為主，由于護(hù)筒下40m深左右有植被沉積及其它沉積物，導(dǎo)致樁頂以下3846m范圍明顯擴(kuò)徑。 2豎向抗壓靜載試驗(yàn) 2.1反力裝置及加載方法 因本次試驗(yàn)的預(yù)估單樁承載力很高，一般的反力梁難以承擔(dān)數(shù)萬千牛的荷載，針對(duì)這種情況我公司充分利用現(xiàn)有設(shè)備，采用組合梁方式進(jìn)行荷載試驗(yàn)。選用由3根主梁和4根邊梁組合的大于45000kN荷載的“四錨一”梁錨樁反力系統(tǒng)；加載設(shè)備由均勻布置在樁頂?shù)?2臺(tái)5000kN的千斤頂并聯(lián)組成。 加載方式采用港口工程基樁靜載荷試驗(yàn)規(guī)程JTJ255-2002中的快速維持荷載法。試樁荷

4、載由RSJYC樁基靜載測試儀控制，并由準(zhǔn)確度為0.4級(jí)油壓表進(jìn)行校核。試驗(yàn)荷載分級(jí)如下：各級(jí)加載量按40000kN的1/10分級(jí)進(jìn)行，第一級(jí)荷載為加載量的2倍，逐級(jí)等量加載；隨后各級(jí)加載量為2000kN，加載至40000kN后進(jìn)行卸載。 2.2極限承載力檢測結(jié)果 試樁的Qs曲線和slgt曲線分別見圖1和圖2。加載至38000kN時(shí)，樁頂累計(jì)沉降量為34.28mm；加載至40000kN時(shí)，樁頂累計(jì)沉降量為46.50mm。單從Qs曲線看無明顯陡降段，按港口工程基樁靜載荷試驗(yàn)規(guī)程，其極限承載力可按照以下2種方法取值，第一種方法沉降荷載變化的特征取值取樁頂總沉降量s=40mm對(duì)應(yīng)的承載力為極限承載力，

5、照此規(guī)定，該樁的極限承載力宜取39000kN；第二種方法根據(jù)沉降隨時(shí)間變化的特征取值slgt曲線在40000kN級(jí)荷載下有明顯向下彎曲現(xiàn)象，且在該級(jí)荷載下，樁頂沉降速率加快，無收斂跡象，按上述規(guī)范判別，該樁的極限承載力為38000kN。綜合兩種判別結(jié)果，將38000kN作為該樁極限承載力推薦值，與極限承載力對(duì)應(yīng)的樁頂沉降為34.28mm。該樁在卸載至零后的樁頂殘余沉降為26.41mm。 圖1 靜載荷試驗(yàn)Qs曲線 圖2 靜載荷試驗(yàn)slgt曲線 2.3分層摩阻力檢測結(jié)果及分析 為了得出該試驗(yàn)樁在不同土層中的分層側(cè)摩阻力和樁端阻力，樁內(nèi)設(shè)置了靈敏度較高的電阻應(yīng)變傳感器，傳感器采用全橋電路（泊松比橋路

6、），預(yù)先按不同土層位置固定在鉆孔灌注樁的鋼筋籠上，每個(gè)截面對(duì)稱布置4個(gè)測點(diǎn)。 埋設(shè)傳感器時(shí)對(duì)其采取了可靠的防水絕緣措施，并加強(qiáng)了對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)，傳感器的成活率較高，對(duì)地絕緣滿足測試要求，至試驗(yàn)時(shí)傳感器成活率達(dá)90%以上。荷試驗(yàn)過程中，在每級(jí)荷載加載后及下一級(jí)荷載加載前，分別對(duì)各傳感器進(jìn)行測試，再通過設(shè)置在泥面以上標(biāo)定斷面的測試結(jié)果，對(duì)其它斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。 圖3試驗(yàn)樁成孔質(zhì)量檢測曲線 從圖3的成孔質(zhì)量檢測曲線可以看出，該試驗(yàn)樁在成孔后孔徑變化較大。為了減少測試誤差，在將各截面實(shí)測應(yīng)變換算成軸力時(shí)采用了實(shí)測樁徑，具體樁徑取值如下：014m樁徑為2500mm；1433m樁徑為2400mm；3341

7、m樁徑為3000mm；4174m樁徑為2600mm；84.8m樁徑為2400mm；90112m樁徑為2350mm。計(jì)算得出的各級(jí)荷載下的樁身軸力曲線見圖4。樁頂荷載38000kN時(shí)各土層的分層摩阻力測試結(jié)果見表1，表1中同時(shí)列出了地質(zhì)勘察報(bào)告推薦的樁側(cè)分層摩阻力值。從實(shí)測值和勘察報(bào)告推薦值的對(duì)比可以看出，在淺部的2123淤泥質(zhì)粘土層中，分層側(cè)摩阻力的實(shí)測值與勘察報(bào)告推薦值比較接近；從31層往下，實(shí)測值普遍低于勘察報(bào)告推薦值，其差值在15%40%之間。 圖4 試驗(yàn)樁軸力曲線 大直徑鉆孔灌注樁的承載力降低，有多方面的原因，如大孔徑引起的孔壁應(yīng)力釋放、孔壁泥皮過厚等都會(huì)削弱樁側(cè)摩阻力；樁過長，下部的

8、側(cè)摩阻力及端阻力得不到充分發(fā)揮，也會(huì)使樁側(cè)摩阻力降低。針對(duì)本次試驗(yàn)，導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力降低主要有以下原因： 1）大直徑鉆孔灌注樁的尺寸效應(yīng)。鉆孔樁在成孔后，盡管有泥漿護(hù)壁，但孔壁土仍會(huì)有應(yīng)力釋放，產(chǎn)生松弛變形，從而降低樁側(cè)摩阻力，而且孔徑越大，這種現(xiàn)象越明顯。除此之外，鉆孔樁的側(cè)摩阻力降低幅度還與土性有關(guān)，淤泥質(zhì)土的孔徑效應(yīng)不明顯，砂土及碎石類土的孔徑效應(yīng)大于粘性土。我國建筑樁基技術(shù)規(guī)范中推薦的大直徑鉆孔灌注樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)為： 粘性土、粉土：si=（0.8/d）1/5； 砂土、碎石類土：si=（0.8/d）1/3d為樁身設(shè)計(jì)直徑）。 根據(jù)上述公式，當(dāng)鉆孔樁的樁徑大于800mm時(shí)應(yīng)考慮尺寸效

9、應(yīng)。本次試樁的設(shè)計(jì)樁徑為2200mm，表1試驗(yàn)樁側(cè)摩阻力勘察報(bào)告推薦值及實(shí)測值，而實(shí)際樁徑均大于2200mm。 表1 試驗(yàn)樁側(cè)摩阻力勘察報(bào)告推薦值及實(shí)測值 按實(shí)測孔徑值計(jì)算，則31層以下各土層的側(cè)摩阻力將大大降低。為便于比較，將各土層側(cè)摩阻力的樁側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)、試驗(yàn)實(shí)測值及按孔徑效應(yīng)系數(shù)推算的值分別列于表2，表中尺寸效應(yīng)系數(shù)均按（0.8/d）1/5計(jì)算。由表2可知，該試驗(yàn)樁按建筑樁基技術(shù)規(guī)范計(jì)算的樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)達(dá)到0.8左右，這是本次試驗(yàn)樁側(cè)摩阻力實(shí)測值偏低的一個(gè)主要原因。 表2 試驗(yàn)樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)修正后的勘察值及實(shí)測值 鉆孔灌注樁的樁側(cè)摩阻力隨著樁徑增大而減小的現(xiàn)象不僅在直徑

10、大于800mm的樁中存在，樁徑小于800mm的鉆孔灌注樁中也同樣有此現(xiàn)象。以廣東省肇慶市某工程為例，我公司對(duì)該工程共進(jìn)行了9根鉆孔灌注樁的靜載抗壓試驗(yàn)，其中樁徑600mm的樁4根，樁長50m；樁徑700mm的樁3根，樁長59m；樁徑850mm的樁2根，樁長59m。9根試樁區(qū)域的地質(zhì)情況相同，施工工藝相同，且全部進(jìn)行了分層摩阻力測試，所有試樁均加載至地基土破壞為止。各土層中不同樁徑的極限側(cè)摩阻力（均取同種尺寸樁的平均側(cè)摩阻力）見表3。 表3 三種不同樁型樁的側(cè)摩阻力實(shí)測值 表3的數(shù)據(jù)反映了對(duì)樁徑小于800mm的鉆孔灌注樁，無論是砂層還是粘性土層，同樣存在樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。 2）孔壁泥皮過厚

11、是影響泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁側(cè)摩阻力的另一個(gè)重要因素。該試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)直徑2200mm，樁長118m，成孔時(shí)間（包括清孔）長達(dá)11d，盡管這期間在不停地進(jìn)行反循環(huán)清孔，但泥漿中的膠質(zhì)體會(huì)在孔壁形成泥皮。泥皮的厚度與成孔時(shí)間、泥漿的濃度有關(guān)。成孔時(shí)間越長，形成的泥皮越厚；泥漿越濃，產(chǎn)生的泥皮也越厚。超長鉆孔灌注樁深部的泥漿濃度一般要大于淺層部分，因此深層部分側(cè)摩阻力的損失也要大于淺層。對(duì)比表2中的71、72及81層，樁側(cè)摩阻力實(shí)測值比尺寸效應(yīng)修正后的勘察值小15%17%，這與該樁的成孔時(shí)間及泥皮厚度有一定的關(guān)系。 3. 結(jié)束語 綜上所述，對(duì)樁徑小于800mm的鉆孔灌注樁，無論是砂層還是粘性土層，同樣存在樁側(cè)摩阻力尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。大直徑鉆孔灌注樁由于成孔后孔壁應(yīng)力釋放、孔壁土松弛變形等因素導(dǎo)致側(cè)摩阻力降低，降低幅度隨孔徑和土質(zhì)不同而不同，在進(jìn)行鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這一因素。鉆孔灌注樁的成孔時(shí)間和泥漿的濃度，也是影響樁承載力的一個(gè)重要因素。成孔時(shí)間越長、泥漿越濃，在孔壁形成的泥皮越厚，相應(yīng)的樁側(cè)摩阻力降低幅度越大，樁下部側(cè)摩阻力降低的幅度要大于上部。這一現(xiàn)象在超長樁中尤為明顯。 參考文獻(xiàn) 1 張祿祺 陳靜