洞庭湖區(qū)管樁豎向承載性能試驗研究-

洞庭湖區(qū)管樁豎向承載性能試驗爭辯2、湖南省交通規(guī)劃設計院有限公司，湖南長沙410200[摘要]軟基的處理。橋梁建設以及軟基處理均需要基樁施工來進行技術(shù)支撐。在進行高速大路修建的過程中，環(huán)保工作也同樣重要。灌注樁由于施工時需要建立泥漿池，對周邊環(huán)境會造成地下水的污染；管樁由于其預制樁的特性，對周邊環(huán)境影響較小。在針對管樁設計過程中，其長度需要通過基樁的側(cè)摩阻力以及端阻力進行計算。常規(guī)的算法通常接受地勘供應的數(shù)值進行計算，帶來的是長度的大量富余。文中通過對試驗管樁進行豎向承載性能試驗，得到更為精確的洞庭湖區(qū)各土層側(cè)摩阻力系數(shù)以及端阻力，可以有效削減設計的樁長，節(jié)省工程造價。[關(guān)鍵詞】：洞庭湖區(qū)；管樁；豎向承載力；側(cè)摩阻力；自平衡ExperimentalstudyonverticalbearingcapacityofpipepileinDongtingLakeareaPengLingxing1, HeXianqi1，ZhuJianmin2，WangYan1HunanProvincialCommunicationsPlanning,Survey&DesignInstituteco,ChanshaNanjingDongdaselfbalancedpilefoundationtestingCo.,Ltd,210018,ChinaAbstract:ThehighwayconstructioninDongtingLakeareaisdevelopingrapidly,followedbyalargenumberofbridgeconstructionandspecialsoftfoundationtreatment.Bothbridgeconstructionandsoftfoundationtreatmentneedpileconstructionfortechnicalsupport.Intheprocessofhighwayconstruction,environmentalprotectionisalsoimportant.Duetotheneedtobuildamudpitduringtheconstructionofcast-in-placepile,itwillcausegroundwaterpollutiontothesurroundingenvironment;becauseofthecharacteristicsofprefabricatedpile,thepipepilehaslittleimpactonthesurroundingenvironment.Inthedesignprocessofpipepile,itslengthneedsbecalculatedbythesidefrictionresistanceandendresistanceoffoundationpile.Theconventionalalgorithmusuallyusesthenumericalvalueprovidedbygeologicalsurvey,whichbringsalotofsurplusoflength.Inthispaper,throughtheverticalbearingcapacitytestofthetestpipepile,moreaccuratesidefrictioncoefficientandendresistanceofeachsoillayerinDongtingareaareobtained,whichcaneffectivelyreducethedesignpilelengthandsavetheprojectcost.Keywords:DongtingLakearea,Pipepile,Verticalbearingcapacity,Sidefriction,Selfbalance作者簡介：許騁（1979-）， ，男，工程師，爭辯方向為樁無損檢測理論爭辯及工程應用。預制管樁有著施工便利快捷、環(huán)境友好、造價廉價、樁身質(zhì)量好等優(yōu)點，被大量應用在工民建領域作建筑物基礎，此外在湖區(qū)的軟土地基處理上預制管樁的應用也越來越廣泛[1-3]。但目前國內(nèi)外爭辯預制管樁的工程資料和試驗資料相對較少，因此為了滿足設計及施工的需要，有必要開展對預制管樁承載性能的爭辯。本文從現(xiàn)場試驗入手，對軟土地區(qū)管樁的豎向承載性能進行探討，為其在工程應用中供應相關(guān)依據(jù)。張忠苗等[4]、潘艷輝等[5]、吳躍東等[6]接受鋼筋計的方式對管樁樁身軸力進行測試，進而推算樁身側(cè)摩阻力和樁端阻力，但是鋼筋計的成活率較低，該方法難以推廣。近年來，隨著光纖技術(shù)的快速進展，Kister等[7]、魏廣慶等[8]、寇海磊等[9]、秋仁東等[10]相繼接受光纖傳感器技術(shù)對管樁的承載性能進行了試驗，但在光纖傳感器的埋設便利存在較大的爭議[11]。本文從現(xiàn)場試驗入手，對軟土地區(qū)管樁的豎向承載性能進行探討，為其在工程中實際應用供應相關(guān)依據(jù)。在管樁的承載性能試驗方面，主要分為兩種方法，堆載法[12-13]和自平衡法[14-16]。受試樁環(huán)境條件所限，文中試驗接受自平衡測試方法。自平衡測試方法原理自平衡試樁法是接近于豎向抗壓樁實際工作條件的試驗方法，將一種特制的加載設備——荷載箱，與鋼筋籠相接，埋入樁的指定位置，并將荷載箱的高壓油管和位移棒一起引到地面，由高壓油泵向荷載箱充油而加載。圖1樁承載力自平衡試驗示意圖Fig1Schematicdiagramofpilebearingcapacityselfbalancetest基樁自平衡試驗開頭后，荷載箱產(chǎn)生的荷載沿著樁身軸憧憬上、往下傳遞。假設基樁受荷后，樁身結(jié)構(gòu)完好（無破損，混凝土無離析、斷裂現(xiàn)象），則在各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應變量等于鋼筋產(chǎn)生的應變量，通過量測預先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋計，可以實測到各鋼那么相應樁截面微分單元內(nèi)的應變量亦可求。由此便可在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力P值及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。z依據(jù)《基樁靜載試驗自平衡法》738-2009）按下式確定試樁的極限承載力：抗壓單荷載箱—試樁i抗壓單荷載箱ui—試樁iusiQ —試樁i下段樁的加載極限值，單位為千牛uxiW—試樁i荷載箱上部樁自重，單位為千牛（kN）；siγi—試樁i的抗托系數(shù)，依據(jù)荷載箱上部土的類型確定：粘性土、粉土γi=0.8；砂土γi=0.7；巖石γi=1，若上部有不同類型的土層，γi取加權(quán)平均值。工程概況地質(zhì)概況粉質(zhì)黏土、砂層、圓礫等，第四系更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、砂層、碎石類土、膠結(jié)砂層等。人工填土主要為黏性土組成，主要分布于大路路基、民宅地基、地坪地基、河堤堤身部位，一般厚0.5-2.0m5.0-6.0m。不良地質(zhì)作用主要為與強有關(guān)的軟土振陷與粉土液化。橋位地表淺層脆弱土層分布廣泛，軟土多無上覆硬殼層或硬殼層過薄，在強振作用下，軟土有震陷的危急。試樁概況本次試驗試樁接受PHC管樁，樁徑為600mm，強度為C80，具體參數(shù)見表1。表1 試驗樁主要參數(shù)表樁徑樁徑樁長樁端樁型樁號試驗方法(mm)(m)持力層PHC1-260020圓礫自平衡PHC3-260016圓礫自平衡本次試驗試樁地層參數(shù)詳見表2。表2 試驗樁地層參數(shù)樁樁土樁土層名標高（m） 標高（m）號層名稱號稱1雜30.09m～3粉細30.83m～26.33m-2填土26.99m-2砂粉粉26.99m～粉質(zhì)26.33m～24.33m質(zhì)黏土20.29m黏土粉20.29m～淤泥24.33m～22.13m砂18.79m質(zhì)黏土粗18.79m～粉質(zhì)22.13m～18.33m砂14.29m黏土試驗現(xiàn)場布置考慮到工程實際操作，本次試驗的荷載箱埋設于樁底往上2m處，同時在預制廠訂制2mPHC測試的精度。在本次試驗中，接受光纖傳感器進行側(cè)摩阻力的測試。通過在管樁兩側(cè)進行開槽，將光纖埋入槽中，后進行環(huán)氧樹脂密封，效果如下圖2圖2管樁中埋入光纖傳感器圖Fig2Diagramofopticalfibersensorembeddedinpipepile4試驗結(jié)果及分析1-29（2×2000kN）47.61mm，樁被抬起，荷載無法穩(wěn)定，此時向下位移10.974280KN為極限加載值。樁身軸力檢測結(jié)果見圖3所示；樁身側(cè)摩阻力檢測結(jié)果見45圖31-2號樁樁身軸力曲線 圖41-2號樁樁身側(cè)摩阻力曲線Fig3 AxialforcecurveofNo.1-2pile FigSidefrictioncurveofNo.1-2pile圖51-2號樁樁側(cè)摩阻力-位移曲線Fig5LateralfrictiondisplacementcurveofNo.1-2pile3-2樁加載至第8級（荷載值2×1800kN）時，荷載箱向上位移消滅陡變，位移快速增大至46.17mm，樁被抬起，荷載無法穩(wěn)定，此時向下位移10.16mm，3840KN6見圖7所示；樁側(cè)摩阻力-位移曲線見圖8所示。圖33-2號樁樁身軸力曲線 圖43-2號樁樁身側(cè)摩阻力曲線Fig3 AxialforcecurveofNo.3-2pile Fig4 SidefrictioncurveofNo.3-2pile圖83-2號樁樁側(cè)摩阻力-位移曲線Fig8LateralfrictiondisplacementcurveofNo.3-2pile581-23-29圖9管樁等效轉(zhuǎn)換Q-S曲線Fig9Q-Scurveofequivalenttransformationofpipepile將1-2、3-2號樁的各土層側(cè)摩阻力結(jié)果進行列表，并與地勘報告中的土層側(cè)摩阻力進行對比分析，如表3、表4所示。表3 1-2樁各土（巖）層摩阻力土層土層標高厚地勘實測基樁基名稱（m）度（m）報告土層摩阻力土層摩阻力(kPa)側(cè)摩阻力值樁端阻力值（kPa)雜填30.09m～320土26.99m雜填30.09m～320土26.99m.1027粉質(zhì)26.99m～625～黏土20.29m.70555720.29m～1141粉砂 25 287018.79m .50 41 018.79m～4粗砂 6514.29m .50 7714.29m～4圓礫9010.09m .20 157地勘地勘厚實測基樁基土報告土層標高（m） 度 土層摩阻側(cè)摩阻力 樁端阻層名稱 摩阻（m） 力(kPa) 值 力值（kPa)粉30.83m～430～11156 2730細砂26.33m.50500粉粉26.33m～230～70質(zhì)黏土24.33m.0060淤24.33m～2泥質(zhì)黏254822.13m .20土粉22.13m～330～85質(zhì)黏土18.33m.8060圓18.33m～3100183礫14.83m.50～110樁的承載力構(gòu)成主要為基樁的側(cè)摩阻力以及端阻力，且以側(cè)摩阻力為主，占比約70%；以端30%。中提出的側(cè)摩阻力值相差較小，實測值略為偏大；在圓礫層，實測的土層側(cè)摩阻力值與地勘報告中提出的側(cè)摩阻力值小差較大，實測值近乎提升了75%。依據(jù)基樁承載力計算公式，在承載力特征值確定的狀況下，基樁在圓礫層中的長度可以大幅度減小。結(jié)論通過預制短樁以及預埋式光纖傳感器的手段，可以保證傳感器存活率極高；自平衡測試的費用；7030%，在設計過程中對基樁承載力特征值進行計算分析時，端阻力不能忽視；洞庭湖區(qū)管樁在圓礫層的實際側(cè)摩阻力比起依據(jù)巖土勘察規(guī)范得出的閱歷值要高左右，在針對洞庭湖區(qū)管樁進入持力層長度設計的計算過程中，可以參照此次試驗得到的數(shù)值，削減基樁進入持力層的長度，節(jié)省工程造價。參考文獻[D].杭州：浙江工業(yè)高校，2017ChenKailei.Modeltestsstudyonbearingbehaviorofprecastmicro-pipepilesinsoftsoil[D].Hangzhou：ZhejiangUniversityofTechnology,2017[MZhangMingyi.ResearchandApplicationofStaticallyPressedPile[M].Beijing：ChinaBuildingMaterialsIndustryPublishing[3][DLuoZhanyou.Studyonsoilcompactioneffectofstaticpressurepileandconstructionmeasures[D].Hangzhou：ZhejiangUniversity，2004張忠苗，喻君，張廣興，等.PHC[J土力學，2008，29（11）：3059-3065ZhangZhongmiao，YuJun，ZhangGuangxing，etandAnalyzingMechanicalBehaviorofPHCPipePileandPrefabricatedSquarePile[J].GeotechnicalMechanics，2008，29（11）：3059-3065潘艷輝，石明生，葛明明，等.鋼筋計在PHC[J]工程，2007，19（11）：57-59PanYanhui，ShiMingsheng，GeMingming，etal.TestSchemeAnalysisofReinforcementMeterinPHCPipePile[J].West-ChinaExplorationEngineering，2007，19（11）：57-59爭辯[J]．施工技術(shù)，2015，44（13）：19-22WuYuedong，LuoRuping，ZiHongli，etal.ResearchonInstallationTechnologyofVibratingStringReinforcementinPileFormingProcessofPrestressedPipePile[J].ConstructionTechnique，2015，44（13）：19-22KisterG,WinterD,GebremichaelymYM.MethodologyandintegritymonitoringoffoundationconcretepilesusingBragggratingopticalsensors[J].Engimeering29（9）：2048-2055[J]．巖土工程學報，2009，31（6）：911-916WeiGuangqing，ShiBin，JiaJiancun，etApplicationofDistributedOpticalFiberSensingTechnologyinInternalForceTestingofPrefabricatedFoundation[J].JournalofGeotechnicalEngineering，2009，31（6）：911-916寇海磊，張明義．基于樁身應力測試的靜壓PHC[J35（5）：1295-1302KouHailei，ZhangMingyi.PenetrationmechanismofstaticpressurePHCpipepilebasedonpilestresstest[J].GeotechnicalMechanics，2014，35（5）：1295-1302秋仁東，高文生，孫軍杰，等．光纖光柵傳感技術(shù)在PHC管樁水平載荷試驗中的應用[J]．巖石力學與工程學報，2013，32（12）：2583-2589QiuRendong，GaoWensheng，SunJunjie，etal.ApplicationofFiberBraggGratingSensingTechnologyinPHCPipePileHorizontalLoadTest[J].JournalofGeotechnicalEngineering，2013，32（12）：2583-2589王永洪，張明義，白曉宇，等.靜壓PHC[J].青島理工高校學報，2018，39（6）：10-15WangYonghong，ZhangMingyi，BaiXiaoyu，etal.DiscussiononthemethodoffieldtestforthepiledrivingandstaticloadofjackedPHCpipepile[J].JournalofQingdaoUniversityofTechnology，2018，39（6）：10-15[J].2016，30（6）：631-637ZhaoShengfeng，HuangGuanglong，ZhouYi，etal.Experimentalstudyonbearingcharacteristicofsuper-longprecastpipepileinsandysoilarea[J].JournalofJiangsuUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)，2016，30（6）：631-637黃柳云，姚東升，宋少軍，等.基于FLAC3D的紅粘土地