【摘要】在深厚濕陷性黃土上進行12000kN.m能級強夯處理,進行樁基的浸水與不浸水靜載荷實驗,通過對測得的P-S, - 等曲線的分析,得出了處理后的黃土層上樁基的承載規(guī)律,為設計、施工、檢測提供參考數(shù)據。
【關鍵詞】濕陷性黃土;地基處理;強夯; 樁;承載力;荷載傳遞規(guī)律
1、概述
隨著經濟的發(fā)展,大型的重工業(yè)項目比如煉油廠,鋼鐵廠等在黃土地區(qū)的逐漸興起。其上部形成的大面積的集中荷載要求地基不僅僅要有足夠的承載力,而且還要有較小的沉降。高能級強夯能不僅能提高黃土地基承載力和消除黃土的濕陷性,使樁基滿足承載力高和沉降小的要求,同時能有效的減少工程用樁的長度。筆者實測了在豎向荷載作用下的承載力和沉降曲線,通過埋設在樁身的應力測試元件,測試了樁基的荷載分布規(guī)律,探討了強夯后的黃土地基中樁的承載特性。分析結果表明,強夯后的黃土地基中的樁基有著獨特的性質,本次試樁試驗所得樁的工作特性和規(guī)律將會對未來的強夯區(qū)樁基施工和設計提供一些的經驗和參考。[1] [2] [3] [4]
2、夯實前后場地工程地質條件
本次實驗場地所在屬半干旱內陸性季風氣候區(qū),地下水埋深一般為29.5m~33.5m左右。鉆孔最大揭示深度40m,揭示地層13層,第一層粉質粘土(黑壚土)為Q4;第二、第三、第四層粉質粘土(馬蘭黃土)為Q3;第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三層粉質粘土(離石黃土上段)為Q2??碧綀鰠^(qū),濕陷性黃土的濕陷程度由上向下逐漸減弱,一直漸變?yōu)榉菨裣菪渣S土。濕陷性黃土的底界埋深16m左右,包含的地層為②、③、④、⑤粉質粘土,場地黃土的濕陷等級為Ⅱ級,濕陷類型為自重濕陷性黃土。根據標準貫入、靜力觸探及靜載結果來看,參考土工試驗成果,強夯的有效加固深度為11m。
3、設計要求
3.1設計參數(shù)
根據設計要求,最大加載量根據錨樁所能提供反力確定。試樁以第八層粉質粘土為持力層,樁身混凝土強度等級C30。試樁類型為混凝土灌注樁。
3.2實驗要求
樁基靜載荷試驗方法分為不浸水試驗和浸水試驗,加載方式采用慢速維持荷載法。確定試樁的極限承載力可按下列方法之一進行[5]:
(1)對于陡降型 - 曲線,取其發(fā)生明顯陡降的起始點對應的荷載值;
(2)在 - 曲線中取曲線尾部明顯向下彎曲的前一級荷載;
(3)對于緩變型 - 曲線可根據沉降量確定,宜取 =40mm對應的荷載值;
(4)加載終止條件為已達到樁身材料的極限強度以及試樁頂出現(xiàn)明顯破壞現(xiàn)象時,可取終止荷載的前一級荷載。
3.3試樁條件
(1)試樁在樁頭澆筑完成28天后進行。
(2)試樁樁頂按方案要求進行處理并保持完好。對樁頂標高低于自然地面,開挖樁頂以上部分土。
(3)試驗進行期間,試樁區(qū)域無沖擊、振動等影響。
(4)本次豎向抗壓靜載試驗,由于受錨樁鋼筋限制,試樁均未加載至破壞,且終止試驗時,各試樁頂總沉降均小于40mm,其 - 曲線尾部也均未出現(xiàn)明顯向下彎曲,因此,各試樁單樁豎向抗壓極限承載力均按最大試驗荷載值確定。
3.4內力測試埋點
試驗主要通過預先埋設樁身埋設傳感器,測試其在靜載荷試驗過程中樁側摩阻力分布,端阻力的變化情況。埋設時,在設計好的位置斷開主筋,用鋼筋應力計替換焊接。讀數(shù)導線隨鋼筋籠主筋引至地面。應力計連接桿直徑與鋼筋主筋相同,在埋設位置截斷主筋用鋼筋應力計置換。本次共埋設162個鋼筋計,最終試驗能夠得到數(shù)據的成活鋼筋計157個。
4、承載力和沉降實驗成果
表1抗壓試樁靜載試驗結果統(tǒng)計表
從靜載試驗加載量和變形對比曲線來看,得到本次強夯后黃土地區(qū)試樁的承載力和沉降的一些規(guī)律和結論:
(1)本次試樁的沉降較小,S800試樁沉降平均在4.5mm,S600試樁沉降平均在5.5mm,比本地區(qū)同等條件下的樁沉降小的得多。浸水試樁變形量曲線稍微比非浸水試驗陡,沉降量大1.0mm左右,但總體差別不是很大,說明本場地經高能級強夯處理后,黃土的沉降明顯減小。
(2)樁基的承載力和變形特性方面均勻性較好。從靜載試驗結果來看,抗壓靜載試驗和抗拔靜載試驗均未加載到破壞狀態(tài)(由于錨樁配筋限制,試驗未做到試樁的極限值),S800試樁抗壓承載力特征值在2250~2475kN之間,S600試樁抗壓承載力特征值為2000kN。樁還有繼續(xù)承載的潛力,與天然黃土樁基的承載力相比,強夯后單樁的承載力明顯提高。
5、內力測試結果
在得到內力測試數(shù)據之后,我們就可以根據樁身內力測試結果,計算抗壓試樁的樁側摩阻力與樁端阻力關系見圖
結論:
通過本次試樁,可以得到荷載傳遞的一些規(guī)律和結論
(1)從上面的圖標可以看出,兩組6根試樁端樁阻力分擔比最大在10.0%左右,側阻力未充分發(fā)揮,端阻力所占比例較小,可以看出樁基的承載力還有一定潛力。
(2)從樁側摩阻力的發(fā)揮曲線土可以看出,樁的側摩阻力發(fā)揮呈現(xiàn)出多峰值效應。通過靜力觸探,發(fā)現(xiàn)本次12000kN.m強夯對樁側上部土層的摩阻力提高效果顯著,這個效果隨深度逐漸變小。內力測試數(shù)據也表明在土中上部出現(xiàn)了峰值,從而驗證強夯后樁的荷載分布特性 [6]。
(3)強夯造成地表淺層結構破壞,有效加固深度范圍內濕陷性消除,中上部摩阻力極限值提高最大。在不浸水試驗中樁的摩阻力發(fā)揮需要的位移比其他土層較大,因此在其他土層的摩阻力得到發(fā)揮的時候,其值還是很小,發(fā)揮較差。而浸水試驗整個加載的過程中,樁的中上部土的摩阻力一直較大,負擔了樁的主要荷載,使得沉降較小,沒有像普通浸水試樁那樣因沉降多大而造成較大的負摩阻力[7]。
(4)結合本場地室內土工試驗的物理力學參數(shù),綜合靜載試驗、樁身內力測試和靜力觸探結果[8],提出夯后樁側摩阻力和端阻力標準值見表2。
參考文獻:
[1]王鐵宏.全國重大工程項目地基處理實錄,中國建筑工業(yè)出版社,2005.
[2]薛玉,韓曉雷,水偉厚,詹金林.8000kN·m能級強夯處理濕陷性黃土實踐研究.水利與建筑工程學報,2008,6(2):8~10.
[3]薛玉,強夯后黃土地基中樁的承載特性研究[D].西安建筑科技大學,2009.
[4]王鐵宏,水偉厚,王亞凌,等.10000 kN·m高能級強夯時的地面變形與孔壓試驗研究.巖土工程學報,2005,27(7):759~762.
[5]中華人民共和國行業(yè)標準.建筑樁基技術規(guī)范(JGJ94-2008).北京:中國建筑工業(yè)出版,2008.
[6]張展弢.黃土地區(qū)單樁豎向承載力與沉降特性研究[D].西安理工大學,2003.
[7]刑心魁.黃土地基中旋挖成孔灌注樁荷載傳遞函數(shù)規(guī)律及沉降特性研究[D].西安建筑科技大學,2000.
[8]羅汀,姚仰平.黃土地基中工程樁摩阻力發(fā)揮值的變化特性[J].工業(yè)建筑,工業(yè)建筑,2002,32(12):20-23.
作者簡介:
薛玉,男,1981年出生,山東青島人,工程師,主要從地基處理,邊坡和基坑支護,地基檢測等方面的工作和研究。