王一鳴

（安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院， 安徽合肥 230022）

PHC管樁在合肥老黏土地區(qū)承載特性試驗(yàn)研究

王一鳴

（安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院， 安徽合肥 230022）

文章針對(duì)PHC管樁在合肥老黏土地區(qū)的應(yīng)用，結(jié)合合肥地區(qū)老黏土的分布，分析了老黏土的巖土特性，得出了老黏土各種巖土參數(shù)的取值范圍以及合肥老黏土地區(qū)PHC管樁承載及變形特征。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜荷載試驗(yàn)，得到了合肥老黏土地區(qū)PHC管樁的樁頂沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為PHC管樁在老黏土地區(qū)的應(yīng)用提供科學(xué)的試驗(yàn)與理論依據(jù)。

PHC管樁；老黏土；承載力；靜載試驗(yàn)

0　引言

先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（簡(jiǎn)稱(chēng)PHC樁），是指采用預(yù)應(yīng)力先張法和旋轉(zhuǎn)離心成型方法制成的一種細(xì)長(zhǎng)空心體混凝土預(yù)制構(gòu)件。目前預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在我國(guó)廣東、上海等軟土地區(qū)應(yīng)用與發(fā)展較為成熟［1］，但在我國(guó)廣泛分布的第四紀(jì)晚更新世及其以前沉積的黏性土（后稱(chēng)老黏土）地區(qū)，卻尚缺乏系統(tǒng)有效的研究。隨著管樁在老黏土地區(qū)的工程應(yīng)用越來(lái)越廣泛，老黏土地區(qū)應(yīng)用的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐的問(wèn)題日益突出，主要體現(xiàn)在較多管樁工程的關(guān)鍵技術(shù)照搬軟土地區(qū)應(yīng)用的理論與成果，關(guān)于管樁在老黏土地區(qū)的受力機(jī)理與承載特性的研究尚不成熟，亟待解決［2］。本文展開(kāi)一系列試驗(yàn)研究，分析研究了合肥老黏土地區(qū)老黏土巖土特性，結(jié)合PHC管樁靜荷載試驗(yàn)得到更加合理的技術(shù)參數(shù)［3］。

1　老黏土巖土特性研究

1.1密實(shí)性與低壓縮性研究

結(jié)合對(duì)合肥地區(qū)多項(xiàng)巖土工程勘察資料及土工試驗(yàn)資料［4］，數(shù)據(jù)匯總具體見(jiàn)表1。老黏土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)值一般分別為10-30擊/30cm，平均值為17.64擊/30cm。此外，通過(guò)靜力觸探試驗(yàn)可得老黏土的Ps值的平均值為5.03MPa，按照規(guī)范可得出老黏土的密實(shí)度為中密，具體見(jiàn)表2。

表2　老黏土Ps試驗(yàn)值表Table2 Ps test values of the paleo-clay

老黏土典型物理參數(shù)壓縮系數(shù)α1-2為0.07～0.18MPa，依據(jù)規(guī)范可查出老黏土屬于中、低壓縮性土。管樁沉樁過(guò)程中土體產(chǎn)生擾動(dòng)且產(chǎn)生超孔隙水壓力，相較于高壓縮性的軟土地區(qū)，老黏土地區(qū)管樁沉樁后超孔隙水壓力消散的時(shí)間及受擾動(dòng)的土體重新固結(jié)的時(shí)間均較長(zhǎng)，引起老黏土地區(qū)管樁壓樁力和單樁極限承載力之間的關(guān)系確定的相關(guān)問(wèn)題及管樁承載力時(shí)效性問(wèn)題。

1.2低滲透性與超固結(jié)性研究

老黏土中的含水量隨著土層深度的變化是有一定規(guī)律的，這個(gè)規(guī)律就是土層上部含水量小，在土層3～5m處含水量顯著增大，然后隨著土層深度的增加含水量逐漸減小。老黏土土體中所含水一般為結(jié)合水，結(jié)合水的黏滯作用使得自由水的滲流受到很大的阻力，所以老黏土的透水和給水能力很弱，一般我們認(rèn)為它是隔水層。自由水只有克服結(jié)合水的抗剪強(qiáng)度后才能開(kāi)始滲流，其滲透系數(shù)K一般小于10-7cm/s。目前管樁在老黏土地區(qū)的大范圍應(yīng)用，由于老黏土具有低滲透性，流動(dòng)性差，使得管樁在沉樁過(guò)程中產(chǎn)生很大的孔隙水壓力，從而產(chǎn)生浮樁、樁體偏向移位等一系列問(wèn)題，如圖1所示。

圖1　老黏土中的孔隙水壓力示意圖Fig1 Pore water pressure in the paleo-clay

根據(jù)現(xiàn)有的勘察資料和室內(nèi)試驗(yàn)資料，通過(guò)研究分析，我們得到老黏土的前期固結(jié)壓力隨著土層深度的增加而變大，呈線性相關(guān)的關(guān)系，土層類(lèi)型是超固結(jié)土。

1.3非飽和性與膨脹性研究

老黏土普遍為非飽和土，根據(jù)多地區(qū)勘察報(bào)告，計(jì)算出飽和度平均值約為94.16%，飽和度數(shù)值區(qū)間在84.90%～99.70%范圍內(nèi)。飽和度在深度上無(wú)明顯變化，是因?yàn)楹颗c孔隙比均隨著深度的變化而變化。老黏土土體孔隙比增大，強(qiáng)度降低，滲透系數(shù)顯著增大是因?yàn)橥馏w浸水后，吸水飽和。非飽和土的強(qiáng)度特征參數(shù)黏聚力與土體孔隙比息息相關(guān)，尤其是非飽和土的吸力，最終影響管樁的端阻力和沉樁過(guò)程中的土體擾動(dòng)區(qū)域的大小。老黏土具有弱-中膨脹潛勢(shì)，自由膨脹率平均值約為52.1%，區(qū)間30%～92%。黏土中礦物成分決定著膨脹率的大小，老黏土中礦物成分大部分是伊利石，高嶺石、綠泥石與蒙脫石是其中含量較少的部分。

土層的礦物組成決定著老黏土的膨脹性，顯著的失水收縮和吸水膨脹是老黏土較為突出特性，具體表現(xiàn)出來(lái)就是浸水后土體發(fā)生膨脹，形成不可忽略的膨脹力。管樁在沉樁后，其持力層多為具有微膨脹性的老黏土，膨脹土吸水后膨脹，使得孔隙比增大，使得處于持力層中的管樁端部阻力增大；在周?chē)軜兜某翗哆^(guò)程中更加容易產(chǎn)生裂紋。此外，對(duì)于管樁應(yīng)用于基坑支護(hù)中，基坑開(kāi)挖后老黏土失水收縮，之后又浸水膨脹，產(chǎn)生膨脹力，是支護(hù)管樁的設(shè)計(jì)的考慮因素之一。

2　工程實(shí)例分析

2.1工程概況

合肥某工程采用PHC管樁做基礎(chǔ)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁型號(hào)為PHC-AB600-130，樁長(zhǎng)10m，樁身混凝土強(qiáng)度為C80，彈性模量取4.94×104MPa，密度取2470kg/m3。根據(jù)勘察單位提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告［5］，整理分析得到該工程管樁穿越老黏土地區(qū)各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下表3所示。

2.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)的實(shí)際情況［6］，采用分級(jí)加載的方式進(jìn)行，具體工況見(jiàn)表4。在樁頂施加分級(jí)靜荷載，初級(jí)荷載為540kN，持續(xù)加載至樁頂沉降達(dá)到規(guī)范要求，停止加載?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況如圖2～4所示。靜荷載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

表3　各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Table3 Physical and mechanical property indexes of each soil layer

從圖5中可以看出，試驗(yàn)曲線為緩變型，加載過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)明顯向下轉(zhuǎn)折段，樁土體沒(méi)有達(dá)到極限狀態(tài)，仍有一定的承載能力。但是加載至4860kN時(shí)，樁頂沉降已達(dá)到46.26mm，根據(jù)JGJ106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》可以判斷，此類(lèi)管樁在老黏土地區(qū)的豎向極限承載力在4320kN左右。

3　結(jié)語(yǔ)

表4　試驗(yàn)過(guò)程各工況情況表Table4 Each work-condition during test

合肥老黏土屬于中、低壓縮性土，管樁沉樁后超孔隙水壓力消散的時(shí)間及受擾動(dòng)的土體重新固結(jié)的時(shí)間均較長(zhǎng)。老黏土的前期固結(jié)壓力隨著深度增加而增大，線性相關(guān)，為超固結(jié)土。老黏土普遍為非飽和土，飽和度在深度上無(wú)明顯變化。老黏土地區(qū)管樁靜荷載試驗(yàn)荷載-沉降曲線為緩變型，試驗(yàn)加載過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)明顯向下轉(zhuǎn)折段，樁體沒(méi)有達(dá)到極限狀態(tài)，仍有一定的承載能力，樁端的最終失穩(wěn)是由于樁端土的破壞導(dǎo)致的。

圖2　位移表架設(shè)位置圖Fig2 Arrangement of displacement meters

圖3　外接設(shè)備圖示Fig3 External devicese

圖4　現(xiàn)場(chǎng)靜載實(shí)驗(yàn)Fig4 Static load test on the spot

圖5　靜荷載試驗(yàn)管樁荷載-沉降曲線Fig5 Pipe pile load-settlement curve for static load test

［1］王離.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁十年來(lái)在廣東的推廣與應(yīng)用［J］.混凝土與水泥制品，1997（3）：37～40.

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［6］張義.靜壓預(yù)應(yīng)力管樁單樁極限承載力的應(yīng)用分析［J］.甘肅科技，2005（7）：129～131.

TEST STUDY OF BEARING BEHAVIOR OF PHC PIPE PILE IN THE PALEO-CLAY AREA IN HEFEI

WANG Yi-ming
（Institute of Geophysical and Geochemical Survey Technology of Anhui Province， Hefei， Anhui 230022， China）

Considering PHC pipe pile used in paleo-clay area in Hefei and distribution of the clay， this paper analyzed geotechnical behavior of the clay， and concluded the range of values taken for various geotechnical parameter of the clay and bearing and deformation features of PHC pipe pile in the area， and acquired measured data on pile top settlement in the paleo-clay area.

PHC pipe pile； paleo-clay； bearing capacity； static load test

1005－6157（2016）03－0225－3

TU473.1

A

2016-05-20

王一鳴（1963－ ），男，安徽望江人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事物探勘查和地基基礎(chǔ)檢測(cè)工作。