夯擴(kuò)樁承載力估算值與靜動(dòng)載試驗(yàn)值的比1

1、夯擴(kuò)樁承載力估算值與靜動(dòng)載試驗(yàn)值的比較【關(guān)鍵詞】南京市第二建筑設(shè)計(jì)院 夏瑾 【論文摘要】結(jié)合實(shí)例對(duì)夯擴(kuò)樁按公式計(jì)算單樁設(shè)計(jì)承載力與靜動(dòng)載試驗(yàn)作了分析比較，就單樁設(shè)計(jì)承載力的合理取值進(jìn)行了探討，得出了幾點(diǎn)結(jié)論。 夯擴(kuò)沉管灌注樁是集合了錘擊樁和振動(dòng)沉管灌注樁優(yōu)點(diǎn)的一種新型沉管灌注樁，近年來(lái)得到了很快的推廣和應(yīng)用，并獲得了明顯的效益。夯擴(kuò)沉管灌注樁利用內(nèi)擊錘或內(nèi)夯管與沉管的共同作用，在沉管達(dá)到設(shè)計(jì)持力層深度之后，在管內(nèi)灌入混凝土進(jìn)行夯擊，在夯擊能量的作用下迫使灌入管內(nèi)的混凝土向下部及周?chē)耐馏w擠動(dòng)，這樣，既使灌入的管內(nèi)混凝土形成了擴(kuò)大端部分，又使端部所處的持力層在某種程度上得到了夯實(shí)，進(jìn)而提高了樁端

2、的承載力。1 夯擴(kuò)樁擴(kuò)底原理及作用機(jī)理 1.1擴(kuò)底原理 夯擴(kuò)樁目前有錘擊沉管夯擴(kuò)樁和振動(dòng)沉管夯擴(kuò)樁兩種。錘擊沉管夯擴(kuò)樁采用雙管，外樁管為通心鋼管，內(nèi)樁管下端封底，兩管套裝長(zhǎng)度相等，用樁錘將其打到設(shè)計(jì)深度后拔出內(nèi)管，往外管內(nèi)灌入一定高度的擴(kuò)底混凝土，重新插入內(nèi)管并將外管向上拔一定高度，錘擊力經(jīng)內(nèi)外樁管直接傳給混凝土，通過(guò)樁管的擠撐作用，迫使擴(kuò)底混凝土向下部和四周基土擠壓，形成擴(kuò)大頭(圖1)。圖1 錘擊沉管擴(kuò)底 振動(dòng)沉管夯擴(kuò)樁采用單管，用振動(dòng)加壓將其打到設(shè)計(jì)深度，往管內(nèi)注入一定高度的擴(kuò)底混凝土后向上提管，提管時(shí)樁尖活瓣打開(kāi)，混凝土進(jìn)入孔底，由于樁尖活瓣受外側(cè)阻力關(guān)閉，通過(guò)加壓振動(dòng)復(fù)打，迫使擴(kuò)底混凝

3、土向下部和四周基土擠壓，形成擴(kuò)大頭(圖2)。圖2 振動(dòng)沉管擴(kuò)底 上述兩種夯擴(kuò)方法，其擴(kuò)大頭直徑和形狀與持力層性質(zhì)及擴(kuò)底參數(shù)有直接關(guān)系，一般一次夯擴(kuò)，擴(kuò)大頭直徑可達(dá)到550 mm；二次夯擴(kuò)，擴(kuò)大頭直徑可達(dá)到700 mm。 1.2 作用機(jī)理 夯擴(kuò)樁是充分發(fā)揮樁側(cè)摩阻力和樁端支承力的一種新樁型，以單樁承載力為主，同時(shí)起到擠密和加固地基土，提高樁端地基土強(qiáng)度的作用。經(jīng)靜力觸探表明，樁側(cè)比貫入阻力提高5%10%，擴(kuò)大頭比貫入阻力提高25%35%。 2 夯擴(kuò)樁承載力的設(shè)計(jì)取值 2.1 擴(kuò)大端直徑的計(jì)算 根據(jù)成樁工藝，設(shè)沉管進(jìn)入土層后基底部在A-A位置(見(jiàn)圖3)，設(shè)沉管內(nèi)徑為d1，灌入的混凝土在管內(nèi)的高度為

4、H，沉管振起的高度為h，經(jīng)過(guò)夯擊之后沉管同時(shí)下沉距離為C，設(shè)形成的混凝土擴(kuò)大部分為管心球體，則擴(kuò)大頭的直徑為：(1)圖3 夯擴(kuò)過(guò)程示意圖 式中，為形狀系數(shù)。當(dāng)夯擴(kuò)完成后形成的擴(kuò)大端完全為圓球體時(shí)，1，當(dāng)擴(kuò)大端為豎向或橫向的橢圓球時(shí)，1。是樁端處土層的側(cè)壓力系數(shù)K、泊松比、豎向壓縮模量Es的函數(shù)，其關(guān)系為f（K，Es)。設(shè)擴(kuò)大端主要受土層的側(cè)壓力系數(shù)K、泊松比所控制，則有(2) 一般地，0.81.2，視具體情況而定。當(dāng)樁端所處持力土層的土質(zhì)較差時(shí)，則易于夯擴(kuò)形成擴(kuò)大端，應(yīng)該在施工控制中增加夯擴(kuò)混凝土量；當(dāng)樁端土層的土質(zhì)較好時(shí)，在相同的其它地質(zhì)條件下，拔管高度小比拔管高度大夯擴(kuò)后所得到的擴(kuò)大端直徑

5、為大。然而，當(dāng)拔管高度過(guò)小且管內(nèi)的混凝土量一定時(shí)，則施工中管內(nèi)存留的混凝土就多，在進(jìn)行夯擴(kuò)時(shí)容易出現(xiàn)卡管；若增加擊實(shí)能量時(shí)，則容易出現(xiàn)將沉管夯裂。因此，式(1)、(2)有實(shí)際應(yīng)用意義，但在施工過(guò)程中，必須根據(jù)具體情況，視地質(zhì)土層性狀，控制合理的施工方案。 2.2 按公式估算夯擴(kuò)樁單樁設(shè)計(jì)承載力 為實(shí)用上的方便，按一般摩擦樁承載力由樁側(cè)阻和樁端阻兩部分提供的概念，夯擴(kuò)樁的承載力也由樁身側(cè)阻承載力和擴(kuò)大后的端部承載力所構(gòu)成。夯擴(kuò)樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算(樁基所承受的主要豎向力)：(3) 式中：Ruk單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；d2樁身直徑，按外管外徑確定(m）；qski樁周第I層

6、土的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa），對(duì)于擴(kuò)大頭變截面以下不計(jì)側(cè)阻力；LI樁周第I層土的厚度(m)；qp樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；樁端土夯實(shí)綜合修正系數(shù)，表9.7.5。取1.051.40，粘性土取小值，砂性土取大值。在正常施工條件下，影響的主要因素也同樣是樁端處土層的性質(zhì)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，易于夯擴(kuò)的樁端土層，經(jīng)檢測(cè)得到的樁端承載力提高的比率就大一些；對(duì)于不易夯擴(kuò)的樁端土層，其承載力本來(lái)就高，在某一特定的傳播能量下，提高其土層的承載力是不易得到的。 設(shè)計(jì)估算值與經(jīng)驗(yàn)值有較大差距，常規(guī)做法是按設(shè)計(jì)估算值進(jìn)行施工，采用工程樁做試樁，不壓至破壞，以沉降量不超過(guò)40 mm某一值對(duì)應(yīng)的荷載值作為單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)

7、值。工程實(shí)例分析表明，有的樁靜載試驗(yàn)沉降量只達(dá)到幾毫米，就滿足單樁承載力的設(shè)計(jì)值要求，沒(méi)有充分發(fā)揮夯擴(kuò)樁的實(shí)際潛力，特別是上部結(jié)構(gòu)剛度大，對(duì)沉降要求可放松容許值的工程將造成較大浪費(fèi)。因此，對(duì)夯擴(kuò)樁應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、樁長(zhǎng)、夯擴(kuò)次數(shù)取用合理的單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值?，F(xiàn)以南京地區(qū)某小區(qū)的一個(gè)5棟全框架商住樓(均為7層)，且樓與樓之間均有連接體的聯(lián)合體建筑為工程實(shí)例。主體基礎(chǔ)采用夯擴(kuò)灌注樁，連接體采用沉管灌注樁，夯擴(kuò)灌注樁管徑377 mm，成孔直徑400 mm，均復(fù)打兩次，擴(kuò)底直徑為700 mm。其中3棟樓的土層分布等有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，表中，02棟的有效平均樁長(zhǎng)為14.60 m，01、03棟為14.8

8、0 m，3棟樁徑均為400 mm，試驗(yàn)方式均為靜載動(dòng)測(cè)。按表1所列數(shù)據(jù)代入公式即可計(jì)算出各棟的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為：01棟653.2 kN，02棟676.5 kN，03棟663.8 kN。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為550 kN。 3 樁的極限承載力和靜載、動(dòng)測(cè)取值 發(fā)揮樁的載荷潛力，必須發(fā)揮樁側(cè)阻力和樁端阻力。樁側(cè)阻力和樁端阻力都與樁土的相對(duì)位移密切相關(guān)，樁側(cè)阻力達(dá)到極限所需的位移量隨土層性質(zhì)不同而不同，對(duì)于粘性土約為57 mm，砂性土約為10 mm。端阻力發(fā)揮極限承載力所需的位移量目前尚無(wú)充分的資料，有資料介紹端阻力需在s4060 mm或更多時(shí)才發(fā)揮作用，由于樁尖“軟墊”的壓

9、縮影響，發(fā)揮端阻力所需的位移量要比側(cè)阻力大得多。一般樁側(cè)阻力先于樁端阻力發(fā)揮出來(lái)，隨著荷載增加，樁側(cè)阻力和樁端阻力以不同速率增長(zhǎng)，樁側(cè)阻力逐漸趨于穩(wěn)定，而樁端阻力不斷增加，所以單樁承載力的極限狀態(tài)一般由樁端阻力破壞所控制。本文的工程實(shí)例均在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ7-893規(guī)定的樁頂總沉降量s40 mm范圍內(nèi)取值。 表1 南京某小區(qū)0103棟樓土層分布等有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)表 棟號(hào) 土層分布層厚/mqski/kPaqp/kPa棟號(hào) 土層分布層厚/mqski/kPaqp/kPa01雜填土1.218 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.520 素填土1.530 粉質(zhì)粘土 (可塑)2.5441 800 粉土1.130 粉質(zhì)粘土 (堅(jiān)硬)1.6803 000 粉砂3.230 粉砂質(zhì)泥巖(堅(jiān)硬)未穿透904 000 淤泥質(zhì)粉土3.030 03雜填土1.418 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土4.620 素填土1.230 粉質(zhì)粘土 (可塑)2.0441 800 粉土0.830 粉質(zhì)粘土 (硬塑)1.9803 000 粉砂3.630 粉