泥巖地基中鉆孔灌注樁承載力特性試驗研究

1、泥巖地基中鉆孔灌注樁承載力特性試驗研究第 23 卷第 3 期2005年 6 月河南HENAN科學(xué)SCIENCEV01.23No.3Jun.2005文章編號 :10043918200503 041104 泥巖地基中鉆孔灌注樁承載力特性試驗研究 張曉煒（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院 ,河南鄭州 450052）摘要 :依據(jù)某工程 3 根鉆孔灌注樁的單樁豎向抗壓靜載試驗,通過對其靜栽試驗QS曲線的特性,樁身軸力傳遞機理 ,樁側(cè)阻力發(fā)揮性狀和樁端阻力發(fā)揮性狀的分析,探討了鉆成孔方法 ,泥漿循環(huán)等施工因素對鉆孔灌注樁工程性狀的影響 ,揭示了泥巖地基中鉆孔灌注樁的承載力特性和破壞機理 模式.關(guān)鍵詞:鉆孔灌注樁

2、;靜載荷試驗 ;工程性狀 ;施工因素中圖分類號：TU473.11文獻標(biāo)識碼:A鉆孔灌注樁作為主要基礎(chǔ)形式之一在高層建筑和大跨度橋梁等土木工程建設(shè)中 得到大量采用 ,但關(guān)于泥巖地基中樁的承載力特性試驗資料目前尚不多見 .本文通過某工程泥巖地基中 三根試樁承載力的靜載試驗結(jié)果 ,從荷載傳遞機理分析了其承載力的特性和破壞模式 .1 工程概況1.1 地層條件 據(jù)工程地質(zhì)勘察報告 ,試樁所處位置的巖土層結(jié)構(gòu)如下 :亞砂土 :結(jié)構(gòu)稍密實 ,孔 隙發(fā)育 ,層底埋深2.3m;亞粘土 ：上部具孔洞，局部夾黃色團塊狀粘土或亞砂土，下部致密均勻，硬塑可塑，層底埋深4.9m;砂卵礫石土 ：成分為砂巖,石英巖，片麻巖,

3、砂為中粗砂,稍密中密，層底埋 深8.0m;強風(fēng)化泥 巖：呈粘粒狀 ,類似于粘性土 ,較致密 ,浸水易崩解泥化 ,稍濕 ,軟可塑 ,層底埋深 20.5m;中風(fēng)化泥巖：質(zhì)密 , 較堅硬 , 遇水軟化 , 失水干裂 , 未揭穿 . 1.2試樁參數(shù)與試驗方法試樁樁頂位于地面，樁身混凝土強度等級為C30.樁長29.2m,樁端進人中風(fēng)化泥巖 8.7m;8.0m 以上采用沃卡斯沖擊鉆沖擊成孔，孔徑900mm左右,8.0m以下地層采用HGJ 15型 回旋鉆正循環(huán)鉆進成孔 ,孔徑800mm左右施工時采用泥漿護壁，泥漿比重w 1.15,粘度w 26s. 為了研究基樁的承載性狀 ,在樁身內(nèi)預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計 ,具體埋

4、設(shè)截面位置在樁頭部位 ,各土層層底和樁端位置附近 ,對厚度較大 的地層增設(shè)截面 .將 4只應(yīng)力計對稱地安置在相應(yīng)埋設(shè)截面的主 筋上.試驗加載裝置采用錨樁承載梁反力裝置 .在試樁樁頂上放 置 4 臺 5000kN 千斤頂并聯(lián)同步加載 ,并在樁頂外側(cè)軸對稱安裝 4 只大量程電子位移傳感器 ,記錄各級荷載作用下的樁頂沉降量 . 試驗采用慢速維持荷載法加載 .2 試驗結(jié)果 各試樁的載荷試驗QS曲線見圖1.T1#,1r3#樁均加載至10400kN時,樁頂沉降量急劇增大，分 別達37.17ram和45.70ram,荷載難于繼續(xù)維持，滿足終止加載條 件,即進行卸載觀測回彈 .r2#樁當(dāng)加至9600kN級荷載

5、過程中，接樁部位突然開裂，樁 頂沉降急劇增大達40.47ram荷載無法維持，隨即終止加載.圖1樁頂荷載Q與樁頂沉降S關(guān)系曲線Fig.1Loadsettlementcurves根據(jù)圖1可以看出,3根試樁的QS曲線均有明顯拐點，曲線末端均出現(xiàn)陡降段 呈現(xiàn)為陡降型 ,具有收稿日期 :2005 一 OllO作者簡介:張曉煒（1 967 一）,男,河南登封人 ,河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院高級工程 師,從事巖土工程勘察 ,設(shè)計,測試工作 -?412-?河南科學(xué)第 23卷第 3期明顯的破壞特征，取QS曲線陡降段的前一級荷載為試樁的極限承載力，見表1. 裹 1 試樁靜載試驗結(jié)果匯總裹Table1Theresul

6、tsofloadingtests號試樁號號T1#1040037.17960016.271r2#96O040.4788OO14.90T3#1040045.70960018.13由實測各級荷載作用下鋼筋應(yīng)力計的穩(wěn)定頻率值 ,根據(jù)其力一頻率標(biāo)定曲線 ,標(biāo)定 截面的樁身荷載應(yīng)變關(guān)系以及樁身尺寸 ,得出試樁在各級荷載作用下樁身各截面的軸力,見圖 24.樁身軸力 （l【N）圖 2T1 試樁樁身截面軸力分布圖Fig.2TheaxidforcedistributionofT1#圖 4 試樁樁身截面軸力分布圖Fig.4TheaxidforcedistributionofT3#3 試驗結(jié)果分析圖 3T2 試樁樁身

7、截面軸力分布圖F 嚷 .3TheaxidforcedistributionofT2 裹2試樁極限承載力試驗結(jié)果表Table2TheuhionatecopaitiesofTest piles3.1 單樁豎向極限承載力結(jié)果分析表 2 為靜載試驗結(jié)果表 ,由于 T2 試樁在施加 9600kN 級時 ,試樁 接樁處開裂 ,造成試驗無法進行 ,不能反映真實的極限承載力 .樁身軸 力標(biāo)定截面的數(shù)據(jù)表明 ,在靜載作用下 ,樁身材料的力及其產(chǎn)生的應(yīng) 變并不是線性的 ,即樁身材料并不是理想彈性體 ,因此 ,靜載試驗測試 樁身軸力時 ,設(shè)置標(biāo)定截面是很有必要的 .3.2 側(cè)摩阻力結(jié)果分析 由于樁側(cè)存在的側(cè)摩阻力

8、,造成了樁身軸力在任意兩樁身軸力測 試面間的差值 ,其差值的大小 ,即為該段樁側(cè)摩阻力 ,而總側(cè)摩阻力可 由樁頂荷載和樁端軸力之差得到 .樁側(cè)單位摩阻力的大小可結(jié)合樁段 的側(cè)表面尺寸而得到 .根據(jù)試驗結(jié)果計算的 #試樁在極限荷載下 的樁側(cè)單位平均摩阻力 q 的分布見圖 5（其余兩根類似 ）. 根據(jù)樁身軸力測試結(jié)果 ,計算的 3 根試樁在極限荷載下的總側(cè)摩 阻力 Qf 詳見表 3.fl入.12005年 6 月泥巖地基中鉆孔灌注樁承載力特性試驗研究 _ 413- 3.3 端承力結(jié)果分析靜載試驗測得的樁端部軸力實際上就為樁的端承力 .對于靠近樁端部的測試截面 的樁身軸力 ,可近似取為樁的端承力 .根

9、據(jù)靜載試驗樁身軸力測試結(jié)果得到的3 根試樁極限荷載下的端承力 Q 見表 4.可以看出,3 根試樁的端承力試驗結(jié)果基本一致 ,所占總阻力的比例較小 .表 3 試樁總側(cè)摩阻力試驗結(jié)果表Table3Theside-resistancevalueoftest piles表 4 試樁端承力試驗結(jié)果表Table4Thebaseresistancevalueoftestpiles3.4 荷載傳遞機理及承載力特性分析 , 樁身軸力的變化斜率大小反映了樁側(cè)摩阻力的大小,因此 ,根據(jù)各試樁每級荷載下的樁身軸力可以得到各試樁的樁身截面軸力傳遞規(guī)律為 :三根試樁在加荷初期 ,樁上部摩阻力首先發(fā)揮 ,端承力發(fā)揮極小甚至

10、為零 ,荷載主 要由上部樁側(cè)摩阻力承擔(dān) ;隨著荷載的增加 ,樁的側(cè)摩阻力由上向下逐漸發(fā)揮增大,而端承力也逐漸發(fā)揮,當(dāng)樁接近土的極限狀態(tài)時 ,上部摩阻力甚至減小而下部摩阻力和端承力急劇增大.而比較三根試樁的軸力傳遞曲線變化規(guī)律 ,T1#,#樁軸力傳遞較慢，軸力差大,到達樁端時，軸力較?。?r3#樁軸力傳遞較快，軸力 差小 ,到達樁端時 ,軸力較大 .測試面間軸力差同時造成該樁層面間樁段的豎向位移或樁身壓縮,根據(jù)樁頂實測沉降減去樁身的壓縮量,可以得到樁身軸力測試截面的位移 ,由此可得到樁土之間的相對位移量和樁側(cè) 平均摩阻力 q 的關(guān)系曲線 .根據(jù)靜載試驗結(jié)果計算的3 根試樁在極限荷載下各層土的樁土

11、之間相對位移量和樁側(cè)平均摩阻力q的關(guān)系曲線，詳見圖68.瞥i=r露 暈 輯 樁土間相對位移 (6/-.) 圖6T1#試樁關(guān)系曲線圖Fig.6The qCLII'VeofTI#由圖68可以看出，樁側(cè)摩阻力q極限值的發(fā) 揮取決于樁土之間的相對位移量 ,隨著樁土之間相 對位移量的增加 ,樁側(cè)摩阻力也逐步發(fā)揮 .同時不同 的土層 ,樁側(cè)土的摩阻力到達極限時所需的樁土間相 對位移也不盡相同 .對于亞粘土層約為 13 15mm, 砂卵礫石土約為89.5mm,強風(fēng)化泥巖約為10 11mm,中風(fēng)化泥巖約為8.59mm.同時樁側(cè)摩阻力 和樁土之間的相對位移量的關(guān)系并不是線性的 . 根據(jù)上述結(jié)果 ,得到的

12、 3 根試樁在極限承載力時 總則摩阻力和端承力分別占極限承載力的比例見 表 5.由表中可以看出 ,試樁加荷至極限荷載時 ,樁側(cè) 重-一 圈 瞥 露 暈 輯 樁土間相對位移 (6/一圖 7T2 試樁關(guān)系曲線圖Fig .7The qcurveofT2#樁土問相對位移 (e/m)圖8試樁關(guān)系曲線圖Fig.8The qcurveofT3#摩阻力占絕大部分 ,樁頂垂直荷載基本由側(cè)摩阻力承受,端阻力所占的比例很小 ,小于 6%.這與圖 1 的試樁一日.D)盛瞥轷暈輯河南科學(xué)第 23 卷第 3 期QS曲線一致,QS曲線具有明顯的陡降段，樁產(chǎn)生"刺人破壞"，為典型的摩擦樁 破壞的特性.表

13、5 試樁側(cè)摩阻力與端阻力所占比例表Table5Theratiesofside.resistanceandbase.resistanceintotalloads3.5 施工因素對樁的承載性狀影響分析該 3根試樁的樁端位于中風(fēng)化泥巖 ,一般情況下應(yīng)為端承樁 ,但根據(jù)實測結(jié)果 ,端阻 力占樁的極限承載力的比例卻很小 ,樁的承載性狀近乎純摩擦樁 .分析原因可能與樁的成孔方式有很 大關(guān)系 .由于施工時采用正循環(huán)鉆進成孔 ,不利于排除較大的巖土屑 ,孔底殘留屑多 ,因此 樁底殘留一定厚度的沉渣,猶如樁底存在 "軟墊 ",樁端極限承載力受沉渣與擾動虛土的控制.另外,泥巖浸水極易崩解泥化

14、,軟化,強度較低 ,同時在施工過程中 ,樁端持力層極易受擾動 ,由于擾動虛土的強度比 樁端巖土的承載力低得 多,使樁端土層的承載力在允許的樁頂沉降量下難以發(fā)揮.上述原因大大降低了樁端承載力的發(fā)揮 ,因此在測試結(jié)果中 ,端阻力所占比例很小 .4 結(jié)語4.1 泥巖地基中鉆孔灌注樁的靜載試驗結(jié)果表明 ,樁在極限荷載作用達到穩(wěn)定的 情況下 ,荷載由同一時刻的摩阻力和端承力共同承擔(dān) .樁側(cè)摩阻力 q 極限值的發(fā)揮取決于樁土之間的相對 位移量.4.2 樁側(cè)摩阻力和樁土之間相對位移量的關(guān)系并不是線性的.對于不同的土層 ,樁側(cè)土的摩阻力達到極限時所需的樁土問相對位移不盡相同 .4.3 泥巖地基中鉆孔灌注樁的承

15、載性狀表現(xiàn)為摩擦樁的特征,破壞形式為 "刺人破壞".4.4 樁的施工工藝直接影響泥巖地基中樁的承載性狀和側(cè)摩阻力的發(fā)揮 . 參考文獻 :1 樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊 M. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1995.2 劉俊龍.大直徑灌注樁豎向承載力的影響因素及其評價J.工程勘 察,2001,(2):1417.3 池躍君，顧曉魯,周四思，等.大直徑超長灌注樁承載性狀的試驗研究J.工業(yè)建筑,2000,30(8):2629.4 張曉輝，孟慶碧,劉晨光,等.噴射攪拌水泥土樁復(fù)合地基承載力特征研究J.河南科學(xué),2003,30(8):644647Experimentalstudy

16、onbearingmechanismofboredpilesinmudstone ZHANGXiao-wei(HenanProvincialCommunicationPlanning&SurveyDesignInstitute,Zhengzhou45 0052,China)Abstract:Bymeansofthestaticloadtestsofthreeboredpileswiththesamediameterinabuilding,theQ Scurves,axialforetranfermechanism,thedevelopingprocessofsidefrictionalresistenceandendbearingareanalyzedinthepaper.Itisindicatedthattheb