某樁基工程承載力研究

梁朝書

0 引言

灌注樁因能提供較高的承載力而被廣泛應(yīng)用于高層的樁基設(shè)計(jì)當(dāng)中。為了加快工程進(jìn)度，試樁的檢測標(biāo)高往往位于自然地面，如何為設(shè)計(jì)提供基底標(biāo)高處準(zhǔn)確、可靠的承載力參數(shù)成為檢測單位所面臨的難題。

針對上述情況，本文通過某工程的工程實(shí)例著重論述當(dāng)試樁檢測標(biāo)高與工程樁樁底標(biāo)高不一致時，如何對試樁檢測結(jié)果進(jìn)行判定，在取得樁身應(yīng)力的情況下，計(jì)算出彈性壓縮量，在進(jìn)行承載力評定時予以扣除，采用扣除樁身彈性壓縮量后的沉降量評定試樁承載力，為設(shè)計(jì)提供合理的工程樁承載力參數(shù)，并利用工程樁的檢測結(jié)果驗(yàn)證所提供的承載力參數(shù)的合理性。

1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)原理

利用壓重平臺作為反力裝置，油壓千斤頂加載，通過位于千斤頂之上的測力傳感器對加載壓力進(jìn)行控制，并由位移傳感器對樁頂沉降按規(guī)范規(guī)定的時間間隔進(jìn)行測讀，再根據(jù)規(guī)范取值標(biāo)準(zhǔn)判定單樁豎向抗壓極限承載力值，通過單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，可以得到自然地面處的單樁豎向抗壓極限承載力。

2 樁身內(nèi)力測試

2.1 樁身軸力計(jì)算

在樁身主筋上焊接鋼筋應(yīng)力計(jì)，得出鋼筋的應(yīng)力，鋼筋應(yīng)力除以鋼筋彈性模量得出鋼筋應(yīng)變，假定混凝土應(yīng)變與鋼筋應(yīng)變是一致的，應(yīng)變乘以各自的彈性模量后，得出各自的應(yīng)力，再乘以各自的面積，兩者之和即為應(yīng)力計(jì)埋設(shè)位置的樁身軸力值。

2.2 樁身彈性壓縮量計(jì)算

根據(jù)樁身軸力計(jì)算結(jié)果，假定樁側(cè)阻力呈梯形分布，則所受荷載為上下軸力之和的1/2，再根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系計(jì)算出樁身彈性壓縮量。

3 試驗(yàn)概況

3.1 工程概況

根據(jù)試驗(yàn)需要，試驗(yàn)共埋設(shè)了3 層應(yīng)力計(jì)，埋設(shè)深度自樁頂而下深度分別為0.8m、20.0m、59.2m，其中20.0m 處為基底標(biāo)高處。

3.2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

4 根試樁的試驗(yàn)結(jié)果Q-S 曲線如下。如圖1-4 所示

圖1 1#樁：回彈率54.87%

圖2 2#樁：回彈率62.80%

圖3 3#樁：回彈率65.80%

圖4 4#樁：回彈率54.84%

圖1～4 中，4 根樁的取值均為不考慮樁身彈性壓縮量的情況下所得到的自然地面處的單樁豎向抗壓承載力極限值。其單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為16 984kN。

3.3 樁身內(nèi)力測試成果

（1）樁身軸力

如表1 所示。

（2）樁身彈性壓縮量

根據(jù)表1，計(jì)算出的基底標(biāo)高處以上部分的樁身彈性壓縮量如表2 所示。

表2 樁身彈性壓縮量匯總表（單位：mm）

4 承載力取值分析

根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果，如果承載力的取值不考慮樁身彈性壓縮量，直接按照樁頂沉降量大小進(jìn)行取值，則得到的結(jié)果會過于保守。如果扣除整個有效樁長范圍內(nèi)的樁身彈性壓縮量后進(jìn)行取值，其結(jié)果雖然具備一定的安全系數(shù)，但樁頂沉降量過大，不利于對樁基沉降量的控制?？紤]到工程樁樁長不超過40.0m時，樁身受力也存在樁身壓縮情況，為了保證設(shè)計(jì)對樁基沉降量有要求時的工程質(zhì)量，故只對該工程基底標(biāo)高以上部分無效樁長的彈性壓縮量亦以扣除，使其結(jié)果更接近于工程樁實(shí)際受力情況。

4.1 自然地面處的承載力

扣除基底標(biāo)高以上部分樁身彈性壓縮量后自然地面處的單樁豎向抗壓承載力的取值如表3。

根據(jù)表3 得到的單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為18 835kN，相對于不考慮樁身彈性壓縮量時的統(tǒng)計(jì)值16 984kN高出1 851kN，再者所提供的基底標(biāo)高處的特征值是根據(jù)自然地面處的極限值推導(dǎo)而來，故以下將從樁側(cè)阻力、樁端阻力、樁身位移等幾個方面對極限承載力的取值的可靠性進(jìn)行分析。

表3 單樁豎向抗壓極限承載力取值表

（1）樁側(cè)摩阻力分析

根據(jù)表1 的結(jié)果可計(jì)算出各試樁極限荷載時樁側(cè)極限側(cè)摩阻標(biāo)準(zhǔn)值如表4。

表1 樁身軸力匯總表（單位：kN）

通過對比表4 中的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，樁側(cè)極限側(cè)摩阻力取值略大于勘察報(bào)告所提供的數(shù)據(jù)。

表4 樁側(cè)極限側(cè)摩阻標(biāo)準(zhǔn)值（單位：kPa）

（2）樁端阻力、樁端位移及靜載試驗(yàn)回彈量分析

a.由表1 可看出，隨著樁頂荷載的增加，各試樁端阻力值逐漸增大，達(dá)到最大試驗(yàn)荷載時4 根樁的端阻力平均值為1 595.3kN，遠(yuǎn)小于勘察報(bào)告建議值3 220 kN；

b.根據(jù)表2，利用內(nèi)插法計(jì)算出的極限承載力下的樁端位移分別為27.50mm、13.89mm、6.05mm、17.75mm，其值均比較小，端阻力的充分發(fā)揮所需的樁端位移為樁徑的4%～5%，均未達(dá)到充分發(fā)揮的樁端位移量；

c.靜載數(shù)據(jù)的回彈率在54.84%～65.80%，回彈率均比較大，說明樁身壓縮量比重較大，樁未達(dá)到極限狀態(tài)。

以上三款均印證了樁端阻力在最大試驗(yàn)荷載下均未充分發(fā)揮，這給予上述的單樁豎向抗壓極限承載力的取值方法提供了充分的安全保證系數(shù)。

4.2 基底標(biāo)高處的承載力

經(jīng)過以上分析，考慮扣除基底標(biāo)高以上部分樁身彈性壓縮量后所得到的單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值18 835kN 是安全可靠的，故根據(jù)這個承載力結(jié)果，計(jì)算出相對應(yīng)的軸力值即可推導(dǎo)基底標(biāo)高處的承載力特征值。

當(dāng)1#樁取17 261kN 為極限承載力時，利用內(nèi)插法可算出對應(yīng)的基底標(biāo)高處的軸力值為12 585.8kN。其它3 根樁取極限荷載時對應(yīng)的基底標(biāo)高處的軸力值在表1 中可查到，分別為13 731.0 kN、14 312.4kN、14 997.5 kN，4 根樁的平均值為13 906.7 kN。

在不考慮基底標(biāo)高以上20.0m 深度土荷載影響的情況下，可以認(rèn)為13 906.7kN 即為基底標(biāo)高處的單樁豎向抗壓承載力極限值，其值一半6 953.4 kN 為其特征值?？紤]到基底標(biāo)高處以上部分的土荷載對單樁豎向抗壓承載力有一定的加強(qiáng)作用，可取6 800 kN 為基底標(biāo)高處單樁豎向抗壓承載力特征值。

5 工程樁檢測結(jié)果

4 根工程樁進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)時沒有進(jìn)行內(nèi)力測試，假設(shè)軸力沿樁身呈倒三角形分布，即可粗略計(jì)算出當(dāng)樁頂荷載為13 600kN 時，樁身的彈性壓縮量為13.92mm，據(jù)此計(jì)算出的4根樁的樁底位移如下：

S1#∶15.53mm；S2#∶12.72mm；S3#∶13.13mm；S4#∶15.60mm；

樁底位移量平均值14.24mm，與試樁樁底位移量平均值16.30mm 基本一致。由此說明按照上述方法來判定基底標(biāo)高處承載力特征值是準(zhǔn)確、可靠的。

6 結(jié)語

通過該工程實(shí)例，在今后的測試工程中可以通過樁身埋設(shè)應(yīng)力計(jì)，獲取基底標(biāo)高處的軸力值這種方式來估算工程樁的承載力特征值。在考慮樁身彈性壓縮量時，不一定將樁身全部的彈性壓縮量均予以扣除，可根據(jù)工程的具體情況對試樁進(jìn)行分析、判定，合理取值，給設(shè)計(jì)提供工程樁設(shè)計(jì)所需要的準(zhǔn)確、可靠的樁身承載力參數(shù)。