嵌巖樁內(nèi)力測試探討

【摘要】內(nèi)力測試是獲取樁側(cè)和樁端阻力的最直接的手段。振弦式傳感器和滑動(dòng)測微計(jì)是工程中常用的內(nèi)力測試工具，測量樁身內(nèi)力后，換算為樁側(cè)和樁端阻力，為樁基設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在摩擦樁中，內(nèi)力測試一般可獲得較準(zhǔn)確的樁側(cè)和樁端阻力，但對于嵌巖樁而言，嵌巖段的內(nèi)力測試值很小，不符合概念中巖體側(cè)摩和端阻相當(dāng)大的印象。本文通過對一個(gè)在建工程的樁身內(nèi)力測試過程，探討分析了嵌巖段內(nèi)力測試結(jié)果的處理方法。

【關(guān)鍵詞】嵌巖樁；內(nèi)力測試；卡頸效應(yīng)

1、引言

電力工程設(shè)計(jì)中，嵌巖樁因沉降小、能提供的豎向承載力大而受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的青睞，但目前對嵌巖段的受力機(jī)理研究的不夠清楚[1-2]，原體試驗(yàn)仍是確定嵌巖樁豎向承載力的重要手段。為了方便設(shè)計(jì)者根據(jù)需要調(diào)整嵌巖深度，在原體試驗(yàn)中就必須進(jìn)行樁身內(nèi)力測試，確定樁的側(cè)摩阻力和端阻力。

在摩擦樁中，內(nèi)力測試一般可獲得較準(zhǔn)確的樁側(cè)和樁端阻力，但對于嵌巖樁而言，嵌巖段的內(nèi)力測試值很小，不符合概念中巖體側(cè)摩和端阻相當(dāng)大的印象。

2、樁身內(nèi)力測試方法

樁身內(nèi)力測試可采用應(yīng)變式傳感器、鋼弦式傳感器或者滑動(dòng)測微計(jì)等。傳感器應(yīng)設(shè)置在兩種不同性質(zhì)土層的界面處。在地面處或以上應(yīng)設(shè)置一個(gè)測量斷面作為傳感器標(biāo)定斷面。傳感器埋設(shè)斷面距樁頂和樁底的距離不宜小于1倍樁徑。在同一斷面處可對稱設(shè)置2～4個(gè)傳感器。

2.1鋼弦式傳感器測試內(nèi)力原理

2.2鋼弦式傳感器內(nèi)力測試方法

原體試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)勘測資料，確定安裝鋼筋計(jì)的斷面，將鋼筋計(jì)與主筋綁扎，通過電纜線與測試儀器連接，靜載試驗(yàn)時(shí)測量在各級荷載作用下鋼筋測力計(jì)的頻率大小，通過試驗(yàn)前標(biāo)定的鋼筋測力計(jì)的頻率和荷載關(guān)系，分析計(jì)算確定不同截面的樁側(cè)及樁底各部分的阻力。

3、某嵌巖樁內(nèi)力測試

在某電廠的原體試驗(yàn)過程中，基巖埋深較淺，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。在豎向加載的過程中，采用鋼筋計(jì)進(jìn)行內(nèi)力測試，獲得樁基設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.1地層巖性

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖洪積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘性土，下伏侏羅系泥質(zhì)砂巖。各地層自上而下描述如下。

①雜填土（Q4ml）：雜色，稍濕，松散～稍密，主要成分為碎石、粘性土和磚渣等，為近期人類活動(dòng)形成。該層層厚為2.20m。

②1層粉質(zhì)粘土（Q4al） ：黃褐色，灰黃色，稍濕～濕，可塑偏軟，局部軟塑，含少量高嶺土團(tuán)塊。該層層厚為0.20m。

②2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4al） ：青灰、灰黃色，飽和～濕，軟塑～流塑，略有腥味，該層土為欠固結(jié)土，靈敏度較高，有機(jī)質(zhì)含量約在1.10～2.58%之間。該層層厚為4.30m。

⑥1層泥質(zhì)砂巖（J）：灰白、灰褐色，全風(fēng)化，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，巖體風(fēng)化呈粘性土混砂土狀，可見原巖構(gòu)造，手捏可碎，遇水易軟化，巖體基本質(zhì)量等級為V類。厚度約為5.20m。

⑥2層泥質(zhì)砂巖（J）：灰白、灰褐色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈短柱狀，裂隙較發(fā)育，遇水易軟化和崩解，巖體基本質(zhì)量等級為V類。該層厚度為1.10m。

⑥3層泥質(zhì)砂巖（J）：灰白、灰褐、紅褐色，中風(fēng)化，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈長柱狀或短柱狀，裂隙較發(fā)育，遇水易軟化，巖體基本質(zhì)量等級為V類。該處未揭穿。

3.2 試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)

采用旋挖成孔工藝，兩組共6根試驗(yàn)樁，樁徑600mm和800mm的樁長分別為16m、17m，以中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖作為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層深度5d分別3m、4m。

3.3 鋼筋計(jì)安裝

鋼筋計(jì)安裝在6根試驗(yàn)樁的主筋上，每根樁測試5個(gè)斷面，每個(gè)斷面對稱安裝3個(gè)鋼筋計(jì)。Φ600mm樁安裝在1m、7m、10m、13m、15m深度處；Φ800mm樁安裝在1m、7m、10m、13m、16m深度處。

3.4 測試結(jié)果——軸力

通過對測試數(shù)據(jù)計(jì)算并根據(jù)孔徑測量結(jié)果進(jìn)行校正，試驗(yàn)樁S1～S6共計(jì)6根試驗(yàn)樁在各級荷載作用下軸力分布情況見圖1～6。

3.5 測試結(jié)果分析

從3.4節(jié)可以看出，樁端附近軸力很小，對于樁徑800的S4～S6來說，樁端處軸力接近于零，樁頂荷載無法傳遞到樁端。結(jié)合地層巖性來分析，當(dāng)嵌巖段巖體完整性好、強(qiáng)度高時(shí)，樁體混凝土與周圍巖體變?yōu)橐粋€(gè)整體，在進(jìn)入嵌巖段后，軸力迅速傳入周圍巖體，形成“卡頸”效應(yīng)，樁端軸力變得很小。由于“卡頸”效應(yīng)的存在，在嵌巖樁的內(nèi)力測試中，針對嵌巖段不適合單獨(dú)提側(cè)阻力和端阻力，而是給出一個(gè)綜合的承載力值，這與《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94的提法一致。在此次原體試驗(yàn)中，最終推薦的內(nèi)力測試值如表1。

結(jié)論：

本文通過一個(gè)在建電廠樁基原體試驗(yàn)中的內(nèi)力測試過程，分析了嵌巖段內(nèi)力的特點(diǎn)，提出針對巖體完整性好、強(qiáng)度高的巖體時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸力的“卡頸”效應(yīng)，在測試成果中不宜單獨(dú)提側(cè)阻力和端阻力，而是提供嵌巖段的綜合承載力，設(shè)計(jì)樁基時(shí)可以直接采用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋進(jìn)國，劉利民.嵌巖樁樁側(cè)阻力特征的研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2004，30（2）：56-57.

[2]雷勇.嵌巖樁豎向承載機(jī)理及其承載力計(jì)算方法研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

[3]JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：

張立新（1980.5-），男，漢，內(nèi)蒙古寧城縣，河北國華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司工程師，工程碩士，研究方向：動(dòng)力工程。