陳翠麗，殷開成，宋偉偉，王 旭

（1.東南大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210096；2.南京賽寶液壓設(shè)備有限公司，江蘇 南京 211164；3.江蘇京滬高速公路有限公司，江蘇 淮安 223005）

引言

灌注樁具有地層適應(yīng)性好、承載力高等特點(diǎn)，目前已作為橋梁、建筑物的基礎(chǔ)，得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)采用泥漿護(hù)壁工藝時(shí)，灌注樁將不可避免的在樁端產(chǎn)生沉渣、在樁側(cè)產(chǎn)生泥皮，一定程度上會(huì)削弱樁基承載力；當(dāng)沉渣和泥皮較厚時(shí)，樁基承載力將有明顯下降。

近年來(lái)，針對(duì)泥漿護(hù)壁灌注樁的固有缺陷，專門開發(fā)了后注漿工藝，即在成樁后一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)樁身預(yù)留的注漿管，向樁端注入水泥漿加固樁端沉渣、向樁側(cè)注入水泥漿加固樁側(cè)泥皮，從而起到增大承載力、減小沉降的作用，顯著改善樁基承載性能［1-5］。

灌注樁后注漿效果因采用的施工工藝、注漿方式、地層的不同而有所變化，宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定注漿參數(shù)和樁基承載力［6-8］。

1 試樁條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，TP1 試驗(yàn)樁所在處的地層分布情況見(jiàn)圖1，從上到下依次為：②粉質(zhì)黏土：褐黃～黃褐色，硬塑、稍濕，以粉質(zhì)黏土為主，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=50 kPa。③礫砂：黃褐色，中密，濕～飽和，以中粗砂為主，混約30%的圓礫或卵石顆粒，局部含量較高，圓礫顆粒粒徑2～30 mm，少量直徑可達(dá)70 mm，qsik=60 kPa。④粉質(zhì)黏土：褐灰色，呈飽和、可塑狀態(tài)，主要由黏土礦物組成，qsik=60 kPa。⑤礫砂：黃褐色，呈飽和、密實(shí)狀態(tài)，以中粗砂為主，混約40%的圓礫或卵石顆粒，顆粒粒徑2～30 mm，少量直徑可達(dá)70 mm，qsik=70 kPa，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk=2 000 kPa。

圖1 TP1 試驗(yàn)樁處地層

TP1 試驗(yàn)樁的基本參數(shù)見(jiàn)表1，其中，試驗(yàn)樁有效樁長(zhǎng)20.0 m，絕大部分處于礫砂層。采用樁端后注漿工藝，共設(shè)置2 根注漿管，長(zhǎng)度超出鋼筋籠，使其注漿段位于樁端以下礫砂層中，見(jiàn)圖2。

表1 TP1 試驗(yàn)樁參數(shù)

圖2 樁底注漿管

我國(guó)建筑、公路行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范均有樁基后注漿的內(nèi)容，注漿量：

式中：Gc—注漿量，以水泥質(zhì)量計(jì)，t ；ap—樁端注漿系數(shù)；as—樁側(cè)注漿系數(shù)；d—樁徑，m ；n—樁側(cè)注漿斷面數(shù)［7］。

試驗(yàn)樁所處的礫砂層，建筑、公路規(guī)范給出的樁端注漿系數(shù)分別為1.5～1.8、2.7～3.0。本項(xiàng)目樁徑800 mm，建筑行業(yè)使用較多，故按建筑規(guī)范進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)。取αp=1.8，可得樁端注漿量Gc=1.44 t，設(shè)計(jì)注漿量按1.5 t 計(jì)。

2 試驗(yàn)方法

TP1 的設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位于自然地面以下約15 m處，施工順序?yàn)橄乳_挖、后打樁、再注漿和測(cè)試。因開挖后的施工場(chǎng)地受限，加之工期較為緊張，故本次靜載試驗(yàn)采用場(chǎng)地條件要求低、試驗(yàn)周期短的自平衡法進(jìn)行［9-10］。

自平衡法是在樁身中預(yù)埋特制加載裝置—荷載箱，將樁身分成上下兩段，分別測(cè)試樁側(cè)阻力與樁端阻力的試驗(yàn)方法，原理見(jiàn)圖3［9-11］。

圖3 自平衡法試驗(yàn)原理

TP1 荷載箱的加載能力為2×6 450 kN，埋設(shè)于樁底向上2.5 m 處，見(jiàn)圖1、圖4。在樁底及荷載箱上部1 d 處、④、⑤土層分界面處、以及⑤土層中間部位埋設(shè)了應(yīng)變計(jì)，進(jìn)行樁身軸力測(cè)試。

圖4 荷載箱及鋼筋籠下放

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

TP1 試驗(yàn)樁的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，按《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 403—2017）進(jìn)行。試驗(yàn)分級(jí)荷載為2×645 kN，第一級(jí)按分級(jí)荷載的2倍施加。當(dāng)加載至2×6 450 kN 時(shí)，荷載箱處向上位移增量大于前一級(jí)位移增量的5 倍，且位移總量超過(guò)40 mm，上段樁發(fā)生陡變破壞，故終止加載，卸載至零。試驗(yàn)測(cè)得的荷載-位移曲線見(jiàn)圖5，各級(jí)荷載作用下的樁身軸力分布曲線見(jiàn)圖6（后兩級(jí)測(cè)試應(yīng)變計(jì)有損壞）。

圖5 TP1 荷載-位移測(cè)試曲線

圖6 TP1 樁身軸力分布曲線

4 結(jié)果分析與討論

4.1 極限承載力

由圖5 測(cè)試曲線可見(jiàn)，上段樁呈陡變型破壞，故其極限加載值取拐點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的荷載值5 805 kN。下段樁的荷載-位移曲線呈緩變型，當(dāng)加載至2×5 160 kN時(shí)，荷載箱處向下位移42.46 mm，滿足40 mm（0.05 d）的位移標(biāo)準(zhǔn)［10-12］，認(rèn)為已達(dá)到極限承載力。按JGJ/T 403—2017，下段樁的極限加載值取對(duì)應(yīng)位移為40 mm（0.05 d）時(shí)的荷載值，為5 050 kN［10］。

按《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 403—2017），TP1 單樁豎向抗壓極限承載力：

式中：Qu—抗壓承載力極限值，kN；Quu—上段樁的極限加載值，kN；W—荷載箱上段樁的自重與附加重量之和，kN；γ1—抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)；Qud—下段樁的極限加載值，kN［10］。

現(xiàn)取浮重度計(jì)算自重W，抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)取0.8，可得TP1 單樁豎向抗壓極限承載力為12 141 kN。

4.2 樁側(cè)阻力、樁端阻力與注漿增強(qiáng)系數(shù)

根據(jù)樁身軸力測(cè)試結(jié)果，上、下兩測(cè)試斷面間的側(cè)阻及端阻：

式中：qsi—樁側(cè)阻力，kPa；Qi—樁身軸力，kN；u—樁身周長(zhǎng)，m；li—測(cè)試斷面間樁長(zhǎng)，m；qp—樁端阻力，kPa；Qb—樁端軸力，m；A0—樁端面積，m2。

由式（3）求得側(cè)阻為負(fù)向側(cè)阻，在扣除自重并除以抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)后，可得與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)相一致的正向側(cè)阻?，F(xiàn)取上段樁極限加載值5 805 kN 作用下的軸力，可得⑤礫砂的平均側(cè)阻為186 kPa。

式（4）中Qb為樁端軸力，但試驗(yàn)樁在樁端以上0.8 m 處布設(shè)應(yīng)變計(jì)，故測(cè)得的是該位置軸力?，F(xiàn)將該段長(zhǎng)度的側(cè)阻按⑤礫砂的平均側(cè)阻扣除，從而得到下段樁的端阻。下段樁荷載-位移曲線為緩變型，內(nèi)力測(cè)試只在分級(jí)荷載作用下進(jìn)行，故只能取向下位移超過(guò)40 mm 時(shí)的荷載（5 160 kN，42.46 mm）對(duì)應(yīng)的端阻為極限承載力，為7 789 kPa。

按側(cè)阻、端阻測(cè)試結(jié)果與地勘報(bào)告提供的承載力對(duì)比，得到⑤礫砂層的注漿增強(qiáng)系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 側(cè)阻增強(qiáng)系數(shù)實(shí)測(cè)值

目前，我國(guó)建筑、公路行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范均提供了注漿增強(qiáng)系數(shù)。本項(xiàng)目礫砂增強(qiáng)系數(shù)實(shí)測(cè)值與各規(guī)范推薦值的比較見(jiàn)表3。

表3 側(cè)阻增強(qiáng)系數(shù)與規(guī)范比較

由表3 可見(jiàn)，側(cè)阻、端阻增強(qiáng)系數(shù)的實(shí)測(cè)值，均大于建筑和公路行業(yè)規(guī)范的上限值，并且與建筑行業(yè)規(guī)范的上限值較接近，說(shuō)明按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 94—2008）》進(jìn)行樁基注漿設(shè)計(jì)，計(jì)算得到的承載力偏保守、偏安全。

4.3 等效轉(zhuǎn)換曲線

按《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 403-2017）附錄E，將TP1 測(cè)得的上、下兩段樁的荷載-位移曲線，見(jiàn)圖5 等效轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)樁頂加載時(shí)的荷載-位移曲線，其中，荷載按式（5）計(jì)算，沉降按式（6）計(jì)算，等效轉(zhuǎn)換結(jié)果見(jiàn)圖7。

式中：Quj—上段樁荷載，kN；Qdj—下段樁荷載，kN；Lu—上段樁樁長(zhǎng)，m；Ep—樁身彈性模量，kPa；Ap—樁身橫截面面積，m2；sdj—荷載箱向下位移，m［10］。

圖7 TP1 等效轉(zhuǎn)換荷載-位移曲線

按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014），可取樁頂沉降為40 mm（0.05 d）時(shí)的荷載為豎向抗壓極限承載力［12］，得到TP1 單樁豎向抗壓極限承載力為11 717 kN；此結(jié)果與式（2）計(jì)算結(jié)果12 141 kN 的比值為96.5%，二者基本一致。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）自平衡法靜載試驗(yàn)，可用于場(chǎng)地條件受限、工期緊張的基樁承載力測(cè)試。（2）對(duì)礫砂層中樁端后注漿灌注樁承載性能進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)樁上段樁產(chǎn)生了陡變破壞，極限承載力對(duì)應(yīng)的礫砂層平均側(cè)阻為186 kPa，相應(yīng)的注漿增強(qiáng)系數(shù)為2.66，大于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）的上限值但較接近。（3）下段樁荷載-位移曲線為緩變型，取向下位移超過(guò)40 mm（0.05 d）對(duì)應(yīng)的端阻7 789 kPa 為極限承載力，其注漿增強(qiáng)系數(shù)為3.89，大于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）的上限值但較接近。（4）本項(xiàng)目按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）進(jìn)行樁基注漿設(shè)計(jì)，得到的承載力是偏保守、偏安全的。