吳群昌

(西安市勘察測(cè)繪院,陜西西安 710054)

西安地區(qū)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗(yàn)研究

吳群昌?

(西安市勘察測(cè)繪院,陜西西安 710054)

針對(duì)西安市三環(huán)路系統(tǒng)工程特點(diǎn)和建設(shè)場(chǎng)地巖土工程條件,選擇有代表性的三個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行大直徑、大噸位鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗(yàn)研究。通過(guò)試樁試驗(yàn)確定了單樁豎向抗壓極限承載力和樁周土極限側(cè)摩阻力等參數(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析研究,對(duì)工程樁基的設(shè)計(jì)、施工提出了科學(xué)合理的建議。

鋼筋混凝土鉆孔灌注樁;試樁試驗(yàn);極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值

1 引 言

西安市三環(huán)路系統(tǒng)工程是西安市“十五”期間重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,全線數(shù)座互通式立交和跨河大橋均采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。為給設(shè)計(jì)提供依據(jù)和優(yōu)化工程樁施工參數(shù),保證樁基工程達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的目標(biāo),建設(shè)方要求工程樁施工前在有代表性的三個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行試樁試驗(yàn)研究。通過(guò)試樁試驗(yàn)確定的樁側(cè)摩阻力值普遍比《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的建議值高30%～50%。

2 工程概況及巖土工程條件

2.1 工程概況

擬建的西安市三環(huán)路系統(tǒng)東三環(huán)官?gòu)d立交橋位于西安市東郊灞橋區(qū)官?gòu)d村,試驗(yàn)場(chǎng)地位于官?gòu)d村西;擬建的三環(huán)路系統(tǒng)北三環(huán)呂小寨立交橋位于西安市北郊北繞城高速未央路收費(fèi)站西南側(cè),試驗(yàn)場(chǎng)地位于北繞城高速未央路收費(fèi)站西南側(cè);擬建的三環(huán)路系統(tǒng)西三環(huán)西戶路立交橋位于西安市西南郊小曹里村西,試驗(yàn)場(chǎng)地位于小曹里村西。

2.2 場(chǎng)地巖土工程條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,官?gòu)d場(chǎng)地地貌單元屬灞河一級(jí)階地,地形平坦,屬非自重濕陷性黃土場(chǎng)地,地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)。場(chǎng)地地下水水位深度4.50 m,屬潛水類型。

呂小寨場(chǎng)地地貌單元屬渭河南岸一級(jí)階地。場(chǎng)地地下水地下水水位埋深8.60 m,屬潛水類型。該場(chǎng)地為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地,地基濕陷等級(jí)為Ⅰ(輕微)級(jí)。

表1 場(chǎng)地地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

西戶路場(chǎng)地地貌單元屬皂河一級(jí)階地。場(chǎng)地屬非自重濕陷性黃土場(chǎng)地,地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)。

場(chǎng)地各主要地層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

3 試樁試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)點(diǎn)的布置及要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,各試驗(yàn)場(chǎng)地均布置試樁2根,錨樁6根,樁徑1 200 mm,樁長(zhǎng)38.0 m。施工采用機(jī)械旋挖鉆成孔工藝,水下灌注混凝土成樁,樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25。試樁及錨樁樁身主筋配置:樁頂至18.0 m處30Φ25,自18.0 m～36.0 m處15Φ25。試樁編號(hào)為S1～S6,其中S1和S2為官?gòu)d場(chǎng)地、S3和S4為呂小寨場(chǎng)地、S5和S6為西戶路場(chǎng)地。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容及要求

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地6根試樁進(jìn)行樁孔成孔質(zhì)量測(cè)試、樁身完整性的低應(yīng)變反射波法和聲波透射法檢測(cè)、單樁靜載荷試驗(yàn)和樁身內(nèi)力測(cè)試。提供樁孔孔深、孔徑、孔斜和孔底沉渣厚度、單樁豎向抗壓極限承載力和樁周土極限側(cè)摩阻力等參數(shù),并對(duì)試樁樁身完整性進(jìn)行分類。

3.3 試樁試驗(yàn)方法及技術(shù)要求

試樁試驗(yàn)依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。成孔質(zhì)量測(cè)試采用孔徑儀、孔斜儀、沉渣測(cè)定儀,對(duì)試樁成孔質(zhì)量進(jìn)行樁孔深度、孔徑、沉渣厚度和垂直度檢測(cè)。成樁質(zhì)量測(cè)試方法為低應(yīng)變彈性波反射法和超聲波透射法。樁周土側(cè)摩阻力測(cè)試采用HXG-1型鋼筋應(yīng)力計(jì),在試樁樁身主筋預(yù)定位置上綁扎鋼筋應(yīng)力計(jì)。鋼筋應(yīng)力測(cè)試與靜載荷試驗(yàn)同步進(jìn)行,靜載荷試驗(yàn)加載前讀取鋼筋應(yīng)力計(jì)初讀數(shù),每級(jí)荷載施加后及樁頂沉降穩(wěn)定后各測(cè)量一次讀數(shù)。各鋼筋應(yīng)力計(jì)的埋深位于地層分界處。鋼筋應(yīng)力計(jì)埋設(shè)參數(shù)如表2所示。

表2 鋼筋應(yīng)力計(jì)埋設(shè)參數(shù)表

續(xù)表2

4 試樁試驗(yàn)結(jié)果分析評(píng)價(jià)

4.1 成孔質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202-2002),由表3可見(jiàn),6根試樁成孔質(zhì)量的樁孔深度、孔徑、沉渣厚度和垂直度偏差均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求,平均孔徑為1 184 mm～1 230 mm。

表3 試樁樁孔成孔質(zhì)量測(cè)試結(jié)果匯總表

4.2 成樁質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

(1)樁身低應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

依據(jù)規(guī)范,從6根試樁S1～S6的低應(yīng)變反射波實(shí)測(cè)曲線分析看,6根試樁樁底反射信號(hào)清晰可見(jiàn),表明試樁樁身結(jié)構(gòu)完整,均屬Ⅰ類樁。試樁S1和S2實(shí)測(cè)混凝土縱波波速在2 846 m/s～2 900 m/s之間;試樁S3和S4實(shí)測(cè)混凝土縱波波速在2 780 m/s～2 840 m/s之間;試樁S5和S6實(shí)測(cè)混凝土縱波波速在2 930 m/s～3 010 m/s之間。

(2)樁身聲波透射法測(cè)試結(jié)果

根據(jù)對(duì)該場(chǎng)地6根試樁成樁質(zhì)量的聲波透射法測(cè)試曲線綜合分析,6根試樁樁身結(jié)構(gòu)均完整,均屬Ⅰ類樁。

4.3 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)靜載荷試驗(yàn)資料分析,試樁S1～S2在20 000 kN荷載下,Q～s曲線均呈緩變狀,未達(dá)到極限破壞狀態(tài),樁頂最終沉降量分別為12.83 mm、13.03 mm,如圖1所示。依據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》,2根試樁在試驗(yàn)條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為20 000 kN。試樁S3～S4在15 000 kN荷載下,Q～s曲線均呈緩變狀,未達(dá)到極限破壞狀態(tài),樁頂最終沉降量分別為16.31 mm、15.18 mm,如圖2所示。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),2根試樁在試驗(yàn)條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為15 000 kN。試樁S5～S6在18 000 kN荷載下,Q～s曲線均呈緩變狀,未達(dá)到極限破壞狀態(tài),樁頂最終沉降量分別為17.75 mm、19.18 mm,如圖3所示。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),2根試樁在試驗(yàn)條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為18 000 kN。

圖1 S1、S2載荷試驗(yàn)Q～s曲線

圖2 S3、S4載荷試驗(yàn)Q～s曲線

圖3 S5、S6載荷試驗(yàn)Q～s曲線

4.4 樁身內(nèi)力測(cè)試結(jié)果

(1)樁身軸力測(cè)試結(jié)果

根據(jù)鋼筋應(yīng)力計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及各鋼筋應(yīng)力計(jì)的率定曲線參數(shù),可確定出鋼筋籠主筋的軸向力。

根據(jù)鋼筋與混凝土應(yīng)變諧調(diào)條件,可按下式計(jì)算出各斷面處的樁身軸力。

式中:Qi——樁身第i斷面處軸力(kN);

Ai—第i斷面處樁身截面面積(m2),根據(jù)實(shí)測(cè)孔徑計(jì)算;

Ei—第i斷面處樁身材料彈性模量(kPa)。

從實(shí)測(cè)資料計(jì)算結(jié)果繪制的樁身軸力分布圖4～圖6看,在樁頂荷載作用下,各樁身軸力均隨深度的增加而遞減,到樁端時(shí)已很小,反映出各樁均以摩擦樁為主的承載特性。

圖4 S1、S2樁身軸力分布圖

圖5 S3、S4樁身軸力分布圖

圖6 S5、S6樁身軸力分布圖

(2)樁周土側(cè)摩阻力測(cè)試結(jié)果

根據(jù)計(jì)算的樁身軸力分布圖可得到樁身各測(cè)點(diǎn)截面的軸力Qi(kN)。

樁第i斷面與第i+1斷面間的側(cè)摩阻力qsi(kPa)可按下式計(jì)算:

式中:u——樁身周長(zhǎng)(m),根據(jù)實(shí)測(cè)孔徑平均值(m)計(jì)算。

li——第i斷面與第i+1斷面之間的樁長(zhǎng)(m)。

根據(jù)計(jì)算得到的各試樁在試驗(yàn)極限承載力下的地基土側(cè)摩阻力發(fā)揮值如表4所示。

計(jì)算得到的各試樁在試驗(yàn)極限承載力下的樁端阻力發(fā)揮值很小,反映試樁承載力尚有潛力。

5 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)西安市三環(huán)路系統(tǒng)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗(yàn)分析研究。得出下列結(jié)論:

(1)三環(huán)路系統(tǒng)6根試樁成孔質(zhì)量的樁孔深度、孔徑、沉渣厚度和垂直度偏差均滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求。

(2)三環(huán)路系統(tǒng)6根試樁樁身完整,均為Ⅰ類樁。

(3)三環(huán)路系統(tǒng)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁在試驗(yàn)條件下的單樁豎向抗壓極限承載力為:官?gòu)d場(chǎng)地20 000 kN、呂小寨場(chǎng)地15 000 kN、西戶路場(chǎng)地18 000 kN。

(4)根據(jù)樁身內(nèi)力測(cè)試結(jié)果分析研究,建議該鋼筋混凝土鉆孔灌注樁在試驗(yàn)荷載下的樁側(cè)摩阻力參照表5采用。試樁試驗(yàn)測(cè)試的樁側(cè)極限摩阻力比《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的建議值普遍高30%～50%(個(gè)別地層低于規(guī)范建議值)。

表4 地基土側(cè)摩阻力發(fā)揮值(單位/kPa)

表5 側(cè)摩阻力建議值(單位/kPa)

(5)在樁身內(nèi)力測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上,經(jīng)綜合分析研究,建議該鋼筋混凝土鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)調(diào)整為36 m,為工程樁設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

[1] 姜規(guī)模,張思玉,韋顯呈.鋼筋混凝土鉆孔灌注樁應(yīng)用研究[J].巖土工程界,2009(8).

[2] 李豐,吳群昌,姜規(guī)模等.西安市三環(huán)路系統(tǒng)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗(yàn)研究[A].第三屆全國(guó)巖土與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C].中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì),中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì),中國(guó)建筑學(xué)會(huì),中國(guó)土木工程學(xué)會(huì),2009(6).

[3] 姜規(guī)模,吳群昌,蔡金選等.西安市某工程鋼筋混凝土鉆孔灌注樁試樁試驗(yàn)研究[A].第八屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文集[C].中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì),2008(10).

[4] GB50007-2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB50010-2002.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] JGJ106-2003 J256-2003.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[7] JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[8] GB50202-2002.建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

An Experimental Research on Reinforced Concrete Drill-hole Pile Testing of the Third Ring Road System in Xi’an City

Wu Qunchang
(Xi’an Institute of Prospeotng&Mapping,Xi’an 710054,China)

According to the characteristics of the system engineering of the Third Ring Road in Xi’an city and the geotechnical conditions of construction site,the trial pile tests were carried out on the typical three sites with large diameter and large-tonnage reinforced concrete drill-hole pile.The parameters,such as vertical resist compression ultimate bearing capacity and the ultimate friction resistance of single pile,were determined.In addition,the suggestions to constructing and design of boundation piles were proposed based on the analysis of the experimental results.

reinforced concrete drill-hole pile;trial pile test;the standard value of the ultimate bearing capacity;the standard value of the friction resistance

2014—03—18

吳群昌(1964—),男,高級(jí)工程師,主要從事巖土工程技術(shù)工作。