王崢輝

（南京南大巖土工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210039）

0 引言

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)是最常用、可靠的樁基承載力檢測方法，根據(jù)反力作用方向試驗(yàn)可分為：堆載法、錨樁法和自平衡法等［1］。其中錨樁法靜載試驗(yàn)，快速、便捷、周期短，對(duì)大噸位靜載試驗(yàn)有較明顯的優(yōu)勢，目前對(duì)錨樁法研究主要是在大噸位［2］、超長樁［3］、反力橫梁裝置［4］、錨樁對(duì)試驗(yàn)樁［5］的影響等方面。由于靜載試驗(yàn)時(shí)，地面至實(shí)際樁頂標(biāo)高段（基坑挖深范圍內(nèi)）的樁側(cè)摩阻力的干擾，很難準(zhǔn)確獲得基樁在使用過程中的豎向承載力，其研究受到大噸位靜載工程的“一案一例”制約，相關(guān)報(bào)道較少。為此，本文以南京河西深厚軟土區(qū)某超高層建筑錨樁法靜載試驗(yàn)為研究案例，利用基坑開挖范圍內(nèi)樁基內(nèi)外雙層套管設(shè)計(jì)，消除該部位樁基與土體之間側(cè)摩阻力對(duì)承載力的影響，研究錨樁靜載試驗(yàn)中雙套管段樁身壓縮變形，分析靜載試驗(yàn)結(jié)果，以期獲得更精準(zhǔn)的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判定運(yùn)營期間的樁基承載力。

1 工程概況

本工程位于南京河西新城南部，分為 A、B、C、D 4 個(gè)地塊，其中 A1 塔樓高約 580 m，地下 4 層，基坑面積約 22 300 m2，基坑周長 600 m，開挖深度 21 m（見圖 1 中灰色區(qū)域）。該塔樓試驗(yàn)樁采用“鉆孔灌注樁+樁端后注漿”，樁徑 1 100 mm，樁長 78 m（其中有效樁長 50.0 m），樁端進(jìn)入 ⑤-3 層中風(fēng)化泥巖≥16.5 m，樁身混凝土強(qiáng)度 C50，單樁抗壓極限承載力特征值 17 000 kN?？箟涸囼?yàn)樁樁基上部 28 m 范圍（基坑開挖深度范圍）內(nèi)，采用內(nèi)外雙套管構(gòu)造設(shè)計(jì)（見圖 2），以消除該部位的側(cè)摩阻力對(duì)樁抗壓承載能力的影響，準(zhǔn)確地獲得樁基抗壓承載力（見圖 3）。

圖1 項(xiàng)目位置圖

圖2 樁基雙套管構(gòu)造示意圖（單位：mm）

圖3 試樁及錨樁設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

2 地質(zhì)條件

工程場地屬長江漫灘地貌單元，基本平緩。根據(jù)現(xiàn)場勘察報(bào)告顯示地基土層自上而下可分為 5 大層 12 個(gè)亞層，包括：①-2 層，松散～稍密的褐灰色～灰色素填土；②-1 層，軟塑～可塑狀態(tài)的灰黃色～灰色粉質(zhì)黏土；②-2 層，流塑狀態(tài)灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；②-3a 層，稍密～中密的灰色飽和粉砂夾粉質(zhì)黏土；②-3 層，中密局部稍密的飽和青灰色粉砂，局部夾薄層粉質(zhì)黏土；③-1 層，密實(shí)局部中密的飽和青灰色粉細(xì)砂，局部夾薄層粉質(zhì)黏土；③-1a 層，軟塑灰色粉質(zhì)黏土夾粉砂，本層以透鏡體狀分布在 ③-1 層粉細(xì)砂中；③-2 層，密實(shí)的青灰色飽和細(xì)砂；③e 層，密實(shí)的青灰色中粗砂含卵礫石，以中粗砂為主；⑤-2 層，強(qiáng)風(fēng)化棕紅色泥巖，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；⑤-3a 層，中風(fēng)化棕紅色泥巖（破碎層），局部為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；⑤-3 層，中風(fēng)化棕紅色泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

3 試驗(yàn)過程

3.1 靜載試驗(yàn)方案

試驗(yàn)現(xiàn)場采用“六錨一”的布樁方式，試驗(yàn)樁樁頂最大荷載為 34 000 kN，利用反力架、法蘭和對(duì)拉鋼筋等形成鋼構(gòu)體系，與錨樁外露鋼筋錨固形成反力系統(tǒng)，采用油壓千斤頂將反力系統(tǒng)頂起，由錨樁提供反力，俗稱“錨樁反力梁裝置”，加載方式采用慢速維持荷載法。如圖 4 所示。具體試驗(yàn)過程按照 JGJ 106－2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

圖4 試驗(yàn)樁與錨樁示意圖

3.2 雙套管段樁身壓縮量計(jì)算與測試

根據(jù) JGJ 94－2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》樁身壓縮量計(jì)算公式，套管段樁身不考慮側(cè)摩阻力時(shí)，其樁身壓縮理論計(jì)算值為 26.97 mm。樁內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行樁身壓縮量測試，在距樁頂面以下 9、20、26 m 位置各埋設(shè)一組 4 個(gè)應(yīng)變計(jì)，均勻分布在樁身橫截面上。將試驗(yàn)前的初始頻率與維持荷載時(shí)變形穩(wěn)定后的頻率按下面公式計(jì)算應(yīng)變量見式（1）：

3.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前對(duì)反力體系整體進(jìn)行了建模、計(jì)算，對(duì)找出的關(guān)鍵部位，如錨固件、抗拉鋼筋、鋼梁承載力及錨樁抗拔力等進(jìn)行了驗(yàn)算，驗(yàn)算通過后還制定了成孔質(zhì)量檢測、樁身完整性檢測、反力體系重心一致、反力架鋼構(gòu)驗(yàn)收等安全作業(yè)要點(diǎn)和應(yīng)急處理措施以確保試驗(yàn)的安全、穩(wěn)定。試驗(yàn)從樁基施工開始至拆除試驗(yàn)架結(jié)束，具體試驗(yàn)流程如圖 5 所示。每次試驗(yàn)的鋼架結(jié)構(gòu)完成（見圖 6），經(jīng)驗(yàn)收并試壓后正式試驗(yàn)，試驗(yàn)完成再轉(zhuǎn)移至下一根樁。

圖5 錨樁法靜載試驗(yàn)現(xiàn)場流程圖

圖6 搭設(shè)完成的試驗(yàn)架

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 應(yīng)變數(shù)據(jù)分析

本次共進(jìn)行了 4 根鉆孔灌注樁的單樁抗壓靜載試驗(yàn)，在試驗(yàn)的同時(shí)通過測試應(yīng)變計(jì)算套管段在某一級(jí)荷載作用下套管段樁身壓縮量，按單樁統(tǒng)計(jì)如表 1 所示。

表1 某一級(jí)荷載下雙套管段樁身壓縮變形量匯總表

根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出加載過程的散點(diǎn)圖；并以“0”截距的二次多項(xiàng)式對(duì) 4 根樁的平均值進(jìn)行曲線擬合，擬合曲線的多項(xiàng)式表達(dá)和相關(guān)性指標(biāo)如圖 7 所示。

圖7 雙套管段樁身壓縮量隨荷載變化散點(diǎn)圖及擬合曲線

由圖 7 可知，4 根樁的套管段樁身壓縮量變化趨勢是一致的，在最大加載（34 000 kN）時(shí)，總壓縮量在19.85～23.09 mm，與理論計(jì)算樁身壓縮量（約 26.97 mm）相比，總體偏??；樁身壓縮量隨加載過程沒有突變，說明此段樁身混凝土澆筑均勻、完整性好，在加載期間樁身未發(fā)生破壞。

經(jīng)多種擬合曲線比較看，按照截距為“0”的二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合時(shí)，具有較高的相關(guān)性（R2=0.996 4），不完全服從線性（胡克定律F=K·S）規(guī)律，說明混凝土為非彈性介質(zhì)，樁身壓縮變形還受其他因素制約。從每一級(jí)不同樁的樁身壓縮量數(shù)據(jù)離散情況分析，為“離散→集中→分散”，說明受壓前期樁身混凝土內(nèi)可能存在微裂隙的收縮，再到混凝土處于彈性形變，到后期樁身混凝土出現(xiàn)少量的塑性變形，與混凝土材料變形一般規(guī)律相似。

4.2 靜載數(shù)據(jù)分析

對(duì) 4 根試驗(yàn)樁的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理匯總?cè)绫?2 所示。

表2 靜載加載數(shù)據(jù)匯總表

如圖 8 所示，樁頂總體位移量隨荷載增加而增大，最大值在 46.96～60.60 mm，樁受力變形趨勢為線性，由于該位移包含上部套管段樁身壓縮變形，影響因素較多，所以應(yīng)當(dāng)扣除上部樁身壓縮變形量后進(jìn)行比較分析。

圖8 位移隨荷載變化散點(diǎn)圖及擬合曲線

4.3 扣除套管段樁身壓縮量后的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)前述分析，試驗(yàn)期間上部雙套管段樁身變形基本為彈性變形，假設(shè)該部分樁體無側(cè)摩阻力，可以將上述部分的樁體簡化為獨(dú)立于下部有效樁部分的“傳力柱”，荷載通過該“傳力柱”將樁頂部位的受力傳遞到深部樁體處，將樁頂測得的總位移量扣除對(duì)應(yīng)每級(jí)荷載的套管段樁身壓縮量，就得到了下部有效樁體段隨荷載的位移量，據(jù)此修正后的每級(jí)荷載位移量如表 3 所示。

表3 扣除套管段樁身壓縮變形量的靜載試驗(yàn)位移隨荷載變化表

如圖 9 所示，扣除套管段的樁身壓縮變形量后的樁位移與加載級(jí)數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系與前述變形趨勢基本一致；但最大位移量為 27.11～40.59 mm，除 S5# 樁在最后一級(jí)荷載下位移出現(xiàn)較為明顯的增大外（但不大于前一級(jí)的 5 倍），有效樁位移在變化過程中，均為“緩變型”曲線，沒有出現(xiàn)較大的突變（沒有“拐點(diǎn)”），由此可以說明有效樁段的抗壓極限承載力滿足 34 000 kN。

圖9 扣除雙套管段樁身壓縮變形量的位移隨荷載變化散點(diǎn)圖及擬合曲線

5 結(jié)論

1）鉆孔灌注樁內(nèi)外雙套管方式可以有效地消除雙套管段側(cè)摩阻力對(duì)基樁承載力的影響，但其自身壓縮變形不可忽略，且該壓縮變形受多方因素影響，呈非線性。

2）超長樁大噸位錨樁法靜載試驗(yàn)是可行、有效的，除總體位移量較一般樁的試驗(yàn)結(jié)果偏大，其他過程均一致；該工程的“有效”樁段的抗壓承載力滿足 34 000 kN要求。

3）建議加強(qiáng)研究錨樁法靜載試驗(yàn)方法與設(shè)備，使該方法更加便捷、高效；進(jìn)一步研究在荷載作用下樁基與深部土體之間的受力變形規(guī)律，并優(yōu)化樁基的設(shè)計(jì)。Q