敞口鋼管樁土塞效應試驗研究

黃 浩，余 巍

(南京東大巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210018)

0 前 言

錨桿靜壓樁是錨桿和靜力壓樁結(jié)合形成的一種樁基施工工藝，具有施工機具輕便靈活、作業(yè)面小、可在室內(nèi)施工，并由于其能耗低、無振動、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應用于新老建筑物的基礎(chǔ)加固或基礎(chǔ)脫換工程，適應于粉土、黏性土、人工填土、淤泥質(zhì)土、黃土等地基土(一般要求靜力觸探比貫入阻力Ps﹤8.0 MPa)的工程[1]。

本文對靜壓鋼管樁土塞情況進行研究，通過實測壓樁土塞高度，結(jié)合地基土層物理力學指標，討論了樁身尺寸、土層條件等對土塞高度發(fā)展規(guī)律的影響，加深對靜壓錨桿樁土塞性狀的認識，為相關(guān)研究提供依據(jù)。

1 試驗概況

選取有地下室高層所用鋼管樁為研究對象，基礎(chǔ)型式為樁筏板基礎(chǔ)，因地基承載力不能滿足設(shè)計要求，后期，采用錨桿靜壓樁對地基進行加強。

部分高層鋼管樁為φ300×8(mm)，鋼材為Q235B，設(shè)計承載力特征值800 kN，部分高層鋼管樁為φ480×10(mm)，鋼材為Q345B，設(shè)計承載力特征值2 000 kN，樁長設(shè)計29 m，并結(jié)合壓樁力雙控。

工程地質(zhì)土層自上而下主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉土、黏土、粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉砂等，地基承載力整體表現(xiàn)為上軟下硬。

本文選取兩種樁徑(φ300×8(mm)、φ480×10(mm))鋼管樁進行試驗，壓樁時，每壓入約2.0 m立即測量樁內(nèi)土塞高度，從而建立土塞增長率與沉樁深度的動態(tài)關(guān)系。

2 試驗結(jié)果及分析

《建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[2]對鋼管樁樁端土塞效應系數(shù)λρ作了規(guī)定：

(1)

其中，hb為樁進入持力層深度，d為樁直徑。

規(guī)范給出了土塞效應系數(shù)λρ，樁端進入持力層的深度越大，土塞效應系數(shù)越大，樁端承載力分項系數(shù)越大，單樁承載力越高。

土塞增長率(IFR)被國內(nèi)外認可的用以描述土塞高度變化的最為有效的參數(shù)[3]，其表達式如式(2)所示。當IFR = 0時，說明敞口鋼管樁處于完全閉塞的情況，而IFR =1則表明完全非閉塞狀態(tài)。

IFR=dL/dH×100%

(2)

式中，L為土塞高度；H為管樁的壓樁深度。

鋼管樁沉樁過程中，壓樁力由兩部分來承擔，即鋼管樁外側(cè)提供的側(cè)摩阻力和鋼管樁端阻力。鋼管樁端阻力主要由管內(nèi)土塞體側(cè)壁與鋼管樁內(nèi)壁的側(cè)摩阻力承擔 ，鋼管薄壁承擔的端阻力可忽略不計，當鋼管樁端阻力大于土塞體側(cè)阻力極限值，土塞效應即發(fā)生。

本文中也將采用IFR土塞變化規(guī)律進行研究，為找出不同樁徑尺寸對土塞效應的貢獻，選取φ480和φ300兩種尺寸的鋼管樁進行研究。

3.1 鋼管樁φ480 mm土塞情況

選取有代表性的6根φ480 mm鋼管樁，對單樁內(nèi)土塞情況進行研究，采用土塞增長率IFR作為分析指標，每壓入深度2.0 m，立即測量土塞深度，獲得IFR隨沉樁深度變化規(guī)律見圖1。

圖1 土塞增長率IFR～沉樁深度曲線圖

由圖1可知，φ480 mm鋼管樁沉樁由②粉質(zhì)黏土，經(jīng)③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③-1粉土，至④黏土層等相對較軟土層附近時，土塞增長率(IFR)由0增至0.38左右，基本成線性變化。經(jīng)黏土、粉砂等土層，繼續(xù)沉樁至持力層⑨-2粉砂層等相對較硬土層時，土塞增長率IFR基本為0.34～0.50。

通過對多根φ480鋼管樁土塞情況的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)上軟下硬的土層分布中地基承載力小于60 kPa軟弱土層內(nèi)容易發(fā)生土塞，土塞增長率IFR隨沉樁深度幾乎成線性增加；在各層地基承載力相差不大的較硬土層，土塞增長率IFR隨沉樁深度基本保持定值0.34。

陸昭球等[4]對φ609 mm和φ380 mm鋼管樁的土塞情況進行了研究，發(fā)現(xiàn)表層土越硬,第1節(jié)樁的土塞高度就越低, 最終土塞高度也相應降低。土塞高度受樁徑尺寸影響較大, 一般樁徑越大, 土塞越高。

2.2 鋼管樁φ300 mm土塞情況

研究φ480鋼管樁土塞情況的同時，對456根φ300 mm鋼管樁土塞增長率也進行了統(tǒng)計，不同樓棟土塞增長率略有差異，5#樓IFR相對最小為21.7%，8#樓IFR最大為38.6%，IFR整體平均值為29.3%。統(tǒng)計情況見表1。

表1 土塞情況統(tǒng)計表

3 結(jié) 語

1)通過多根靜壓鋼管樁土塞數(shù)據(jù)實測，φ480鋼管樁土塞增長率約為0.34，φ300鋼管樁內(nèi)土塞增長率約為0.29，樁徑越大，土塞增長率越大，已有研究成果φ609鋼管樁土塞增長率約為0.64，進一步證實了樁徑尺寸越大，土塞增長率越大。

2)對于上軟下硬的土層分布，沿深度方向，鋼管樁在軟土層內(nèi)，土塞增長率成線性增長，下層較硬土層內(nèi)，土塞增長率基本保持為定值0.34。

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