，，，，

(1. 浙江大學(xué)城市學(xué)院 工程學(xué)院，杭州 310015；2. 蕭山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)，杭州 311215；3. 浙江眾城檢測(cè)技術(shù)有限公司，杭州 310023；4. 宏潤建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315000)

1 研究背景

隨著我國建筑技術(shù)不斷發(fā)展，港珠澳大橋等特大型橋梁以及超高層建筑不斷涌現(xiàn)，對(duì)橋梁和建筑基礎(chǔ)的承載力和變形能力要求越來越高，也對(duì)樁基礎(chǔ)的承載力與沉降量提出了越來越高的要求。國內(nèi)外學(xué)者均對(duì)單樁承載力進(jìn)行了大量的模型及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[1-5]，但對(duì)后壓漿法鉆孔灌注樁的抗壓與抗拔的對(duì)比研究分析較少[6-8]。后壓漿法鉆孔灌注樁是在灌注樁成樁并達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿。鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)提高樁承載力的根本原理在于，運(yùn)用樁端壓漿技術(shù)，加固樁端土體，提高樁端土體的承載力，使得在樁端產(chǎn)生相同沉降量的情況下，樁端承受更高的荷載[9-12]。樁側(cè)壓漿技術(shù)使得混凝土漿與樁周土體混合，提高了樁周土體的強(qiáng)度，最終達(dá)到增加單樁承載力的效果。

筆者對(duì)3根工程樁進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)抗壓抗拔試驗(yàn)，試圖對(duì)相同邊界條件下單樁的抗壓抗拔進(jìn)行對(duì)比研究,對(duì)比分析抗壓樁與抗拔樁的荷載發(fā)揮機(jī)理,明確樁的荷載傳遞路徑，研究樁周摩擦力發(fā)揮的機(jī)理。

2 工程簡介

本試驗(yàn)的超高層項(xiàng)目位于杭州市錢江南岸的奧體博覽城核心位置，建成后將成為“長三角最高雙塔建筑”及“杭州第一高樓”。場(chǎng)地內(nèi)主要規(guī)劃建造2幢64～70層塔樓、3～4層配套商業(yè)及地下2層車庫。塔樓區(qū)試樁采用鉆孔灌注樁，樁尖進(jìn)入土層號(hào)為⑧1的卵石層≥4 m，樁長40.6 m，樁徑650 mm，樁身混凝土強(qiáng)度C40，并采用樁底注漿工藝，單樁豎向抗壓靜載設(shè)計(jì)最大加載量25 000 kN，故本建筑對(duì)基礎(chǔ)可靠性有著極高要求。

勘察資料揭示：上部為巨厚的沖海積粉土和粉砂層，性質(zhì)較好，多屬中等或中偏低壓縮性；中部為沖湖積可塑狀粉質(zhì)黏土層，土體性質(zhì)較好，以中壓縮性為主；其下伏為海相軟塑狀粉質(zhì)黏土層，性質(zhì)較差，土質(zhì)均一性差，多中等或中偏高壓縮性；再下為沖積粉、細(xì)砂、中密—密實(shí)圓礫、卵石層和基巖。具體細(xì)分為9個(gè)工程地質(zhì)層，共15個(gè)工程地質(zhì)亞層和1個(gè)夾層，土層及主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

復(fù)雜的場(chǎng)地條件、施工技術(shù)與人為因素等均影響成孔質(zhì)量與成樁質(zhì)量。為了使測(cè)得的數(shù)據(jù)更加嚴(yán)謹(jǐn)，在成樁前后對(duì)孔徑、孔深、垂直度、沉渣厚度以及樁身質(zhì)量均進(jìn)行了檢測(cè)，保證了單樁試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度與客觀性。受檢樁信息、試驗(yàn)樁測(cè)量結(jié)果及成樁后對(duì)樁身質(zhì)量低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果見表2、表3、表4。

檢測(cè)結(jié)果表明除SP2-2有輕微缺陷外，其他2根樁均為一類樁，樁身質(zhì)量符合要求。

表1 場(chǎng)地土層及主要物理力學(xué)指標(biāo)

表2 受檢樁信息

表3 試驗(yàn)樁測(cè)量結(jié)果

表4 成樁后對(duì)樁身質(zhì)量低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

表5 單樁豎向抗壓及抗拔靜載試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法

(1)結(jié)合場(chǎng)地條件及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，抗壓樁加載反力裝置選用傘形架反力裝置，配重采用挖機(jī)現(xiàn)場(chǎng)取土堆載，加載采用快速維持荷載法，并按檢測(cè)規(guī)范規(guī)定加載。單樁抗壓試驗(yàn)結(jié)果見表5。

(2)單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)采用千斤頂反力加載及位移計(jì)量測(cè)樁頂上拔量的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)設(shè)備的安裝按規(guī)范進(jìn)行，并按規(guī)定布置了獨(dú)立的基準(zhǔn)梁系統(tǒng)。試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，并按檢測(cè)規(guī)范規(guī)定加載。單樁抗拔試驗(yàn)結(jié)果見表5。

4 試驗(yàn)成果整理及數(shù)據(jù)分析

4.1 抗壓樁試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)繪出的抗壓曲線如圖1所示。

圖1抗壓樁荷載-沉降曲線

Fig.1Curvesofcompressiveloadvs.settlementofpiles

(1)通過抗壓曲線可以看出，在樁頂施加較小的荷載時(shí)，即在0～1 100 kN范圍內(nèi)時(shí)，荷載-沉降曲線近似表現(xiàn)為彈性變形性質(zhì)，此時(shí)的沉降主要由樁頂范圍內(nèi)的樁身壓縮及少量樁土位移組成，由于樁頂受力較小，樁身周圍間的樁土間摩擦力發(fā)揮主要作用。在較小樁頂荷載作用下樁端受力接近為0，樁端幾乎不產(chǎn)生位移。

(2)隨著樁頂荷載的增大，荷載-沉降曲線并沒有較大的轉(zhuǎn)折，沉降增量與荷載增量的比率緩慢增加，表現(xiàn)為摩擦樁的特性。在這一變化階段中，隨著樁頂荷載的增加，最早發(fā)展的樁土摩擦力部分被破壞，荷載逐漸向下傳遞，摩擦力從樁頂向下不斷發(fā)展，最終樁端開始受力，樁端土受力壓縮，此時(shí)樁端土的加固程度直接影響到樁頂沉降的大小。

(3)在樁頂分級(jí)卸荷過程中，荷載-沉降曲線一直表現(xiàn)為平緩的回彈曲線，表明這部分回彈值與樁頂施加的荷載具有密切的關(guān)系，這部分變形主要為彈性變形。

(4)在樁頂卸載完畢后樁身回彈量分別占樁頂總沉降的38.7%，44.8%，47.6%。

4.2 抗拔樁試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)繪出的抗拔曲線如圖2所示。

(1)抗拔樁在樁頂向上不斷加載的過程中，荷載-位移曲線具有明顯的3段特征，在0～1 000 kN范圍內(nèi)，樁體受力較小，樁土并未發(fā)生較大的相對(duì)位

圖2抗拔樁荷載-位移曲線

Fig.2Curvesofupliftloadvs.settlementofpiles

移，樁頂位移變化速度與荷載增長速度的比值保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，3根樁的荷載-位移曲線走向均近似表現(xiàn)為彈性位移曲線的性質(zhì)。

(2)隨著樁頂荷載的不斷增加，SP2-1與SP2-2在荷載1 000～3 300 kN范圍內(nèi)，樁身上部一部分荷載突破樁土間摩擦力的極限，部分樁土間機(jī)械摩擦力被破壞，之前部分由樁土間摩擦力承受的荷載將向下轉(zhuǎn)移，由之下的樁身及樁土間的摩擦力承受，從而達(dá)到一種新的平衡。隨著樁頂荷載的不斷加大，新施加的荷載及一部分被破壞的摩擦力以這樣的原理不斷向下傳遞，直至達(dá)到新的平衡。

(3)在第3階段，相比第1、第2階段相同荷載變化速率情況下，樁頂位移迅速增加，并未表現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢(shì)，此階段為樁身臨近抗拔破壞階段，當(dāng)樁頂位移突破一定的沉降極限時(shí)，定義此時(shí)的荷載為樁身抗拔破壞荷載。

(4)當(dāng)樁身達(dá)到臨界破壞荷載時(shí)，樁頂開始分級(jí)卸荷，隨著樁頂荷載的減少，部分樁頂沉降開始出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象，這部分沉降回彈主要由樁身彈性拉伸組成，其次為部分樁土摩擦力在消散的過程中，由土體結(jié)構(gòu)恢復(fù)產(chǎn)生的反向摩擦引起的，這部分回彈所占總回彈的比例根據(jù)土質(zhì)的不同而有所差異，在軟黏土中所占的比例較大，在顆粒較大、土質(zhì)相對(duì)松散的地質(zhì)中所占的比例較小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，抗拔樁的回彈率分別是30.6%，32.0%。SP2-3樁抗拔試驗(yàn)中，在荷載達(dá)到2 600 kN后，依據(jù)荷載-位移曲線和規(guī)范判別發(fā)生了破壞。

4.3 抗壓樁與抗拔樁試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

(1)通過抗壓樁與抗拔樁的試驗(yàn)結(jié)果均可以看出，在樁頂施加較小荷載作用下，兩者樁頂均產(chǎn)生較小的位移，但可以明顯看出抗拔樁產(chǎn)生的位移更大。從樁體受力角度分析，在0～1 000 kN范圍內(nèi)，受壓樁樁端受力為0考慮，受相同軸力情況下，樁身受拉產(chǎn)生的變形大于樁身受壓產(chǎn)生的變形。影響試驗(yàn)結(jié)果的另一因素為在樁側(cè)壓漿后，樁身與周圍加固的土體間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力無法評(píng)估測(cè)量，本次試驗(yàn)采用的抗拔和抗壓在同一根試樁上，在抗壓試驗(yàn)過程中已經(jīng)把一部分這種摩擦破壞掉，故在抗拔試驗(yàn)中這種機(jī)械咬合力的發(fā)揮大打折扣。這也是抗拔位移大于抗壓位移的另一個(gè)重要因素。

(2)隨著樁頂荷載的增加，抗拔樁頂產(chǎn)生的位移增加速度與位移均大于抗壓樁，這是由于抗壓樁的樁端土體經(jīng)后壓漿技術(shù)加固的結(jié)果，抗壓樁在樁端加固土體的約束下產(chǎn)生較小的位移，而在抗壓樁與抗拔樁摩擦力均已經(jīng)發(fā)揮到極限的狀態(tài)下，隨著荷載的增大，抗拔樁的摩擦力性質(zhì)已經(jīng)改變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，樁身受到的約束力只有摩擦力，而抗壓樁此時(shí)還受到樁端阻力的約束，故抗拔樁樁頂產(chǎn)生位移的速度與位移量大于抗壓樁。

(3)從卸荷階段分析，抗壓樁的回彈率要大于抗拔樁的回彈率，這是由于混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓能力優(yōu)于抗拉能力，在抗拔樁試驗(yàn)過程中，抗拔樁樁身受到了不可恢復(fù)的受拉破壞。

5 結(jié) 論

通過樁的抗壓與抗拔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)在樁頂承受較小荷載作用下，前期抗壓樁與抗拔樁均表現(xiàn)出彈性變形的特性。

(2)在相同工程地質(zhì)條件下，抗拔樁的承受能力要弱于抗壓樁，故考慮抗拔的情況下應(yīng)以抗拔樁設(shè)計(jì)。

(3)混凝土樁在樁頂荷載作用下，受壓時(shí)樁身產(chǎn)生更多的彈性變形，而受拉時(shí)由于混凝土的特性，樁身產(chǎn)生更多的是不可恢復(fù)的變形。

(4)從抗壓試驗(yàn)與抗拔試驗(yàn)結(jié)果綜合分析可以得出，鉆孔灌注樁在經(jīng)過樁端與樁側(cè)壓漿后，其樁體的承載能力得到了提高。

(5)抗壓樁與抗拔樁發(fā)揮作用的機(jī)理相似，均是隨著荷載的增加，荷載產(chǎn)生的作用從樁頂向樁端向下發(fā)展。

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