某變電站鉆孔灌注樁試樁試驗(yàn)研究與分析

黃學(xué)明

（1.湖南科創(chuàng)電力工程技術(shù)有限公司，長(zhǎng)沙 410007；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410007）

1 引言

樁基礎(chǔ)是工程建設(shè)中最常見(jiàn)的一種基礎(chǔ)形式。采用樁基礎(chǔ)的目的，一是提高地基的承載力，二是有效地控制地基及基礎(chǔ)的沉降[1]。鉆孔灌注樁由于其施工簡(jiǎn)便、承載能力高、變形小等優(yōu)點(diǎn)在基礎(chǔ)工程中應(yīng)用非常廣泛[2]。試樁是通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，根據(jù)試驗(yàn)樁檢測(cè)結(jié)果、地質(zhì)報(bào)告，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)分析，選定樁型及確定單樁豎向承載力特征值等參數(shù)[3]。工程樁施工前，需要開展試樁試驗(yàn)來(lái)確定相關(guān)力學(xué)參數(shù)，確保樁基設(shè)計(jì)的合理性。

本文對(duì)某變電站的試樁試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，分析了鉆孔灌注樁在本工程的適用性，為樁基設(shè)計(jì)和施工提供了單樁豎向承載力特征值等力學(xué)參數(shù)和建議。

2 工程概況

2.1 試樁參數(shù)設(shè)計(jì)與施工

本工程共計(jì)施工3根試驗(yàn)樁。3根試驗(yàn)樁樁徑均為800 mm，樁身為C30混凝土，主筋為18根直徑20 mm的鋼筋。樁端持力層為③板巖（中等風(fēng)化），試驗(yàn)樁預(yù)估單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)最大加載值4 800 kN。3根試驗(yàn)樁的樁長(zhǎng)分別為26 m、25.5 m和26.5 m。SZ1～SZ3成孔過(guò)程中也出現(xiàn)大量滲水和塌孔，主要分布在17～19 m處，水位區(qū)間在2.0～5.2 m。在此過(guò)程中，本工程進(jìn)行了泥漿護(hù)壁成孔試驗(yàn)，試驗(yàn)最終發(fā)現(xiàn)，在本場(chǎng)地中，泥漿無(wú)法有效黏附孔壁，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)護(hù)壁功能。最終，對(duì)3根試驗(yàn)樁，本工程采用直護(hù)筒護(hù)壁工藝來(lái)進(jìn)行施工。

2.2 試樁區(qū)巖土工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探結(jié)果及巖土工程勘測(cè)報(bào)告等資料，試樁區(qū)域的地層巖性自上而下分布為素填土、①粉質(zhì)黏土（可塑～硬塑）、②板巖（強(qiáng)風(fēng)化）、③板巖（中等風(fēng)化）。

3 試樁檢測(cè)結(jié)果與分析

3.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

本次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載值為4 800 kN，采用慢速維持荷載法。3根試樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)荷載-位移（Q-s）曲線見(jiàn)圖1。

從圖1中可以看出，SZ1、SZ2和SZ3樁最大加載為4 800 kN，加荷分級(jí)為480 kN。在加載至4 800 kN時(shí)，SZ1、SZ2和SZ3樁沉降總量分別為8.76 mm、15.62 mm和12.08 mm，該級(jí)沉降量分別為1.17 mm、2.94 mm和1.28 mm，該級(jí)穩(wěn)定時(shí)間為120 min。從3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)Q-s曲線分析，SZ1、SZ2和SZ3試驗(yàn)Q-s曲線無(wú)明顯的陡降段，試驗(yàn)樁沉降量小，SZ1、SZ2和SZ3的卸載回彈率分別為45.99%、49.37%和52.04%，基樁未被破壞。分析認(rèn)為SZ1、SZ2和SZ3的豎向抗壓極限承載力均大于或等于4 800 kN。根據(jù)JGJ 106—2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[4]的第4.4.3條規(guī)定“參加統(tǒng)計(jì)的試樁結(jié)果，當(dāng)滿足其極差不超過(guò)平均值的30%時(shí)，取其平均值為單樁豎向抗壓極限承載力”，故3根試驗(yàn)樁單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為4 800 kN，其單樁豎向抗壓承載力特征值推薦取值為2 400 kN。試夯區(qū)淺層平板載荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 試樁區(qū)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q-s曲線

表1 試夯區(qū)淺層平板載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總表

3.2 樁身應(yīng)力測(cè)試

本次在對(duì)3根試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的過(guò)程中分別對(duì)3根試驗(yàn)樁進(jìn)行了樁身應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，根據(jù)樁身應(yīng)變實(shí)測(cè)資料，計(jì)算出實(shí)測(cè)應(yīng)變曲線的擬合曲線，從而計(jì)算出各級(jí)豎向抗壓下試驗(yàn)樁不同截面的軸力數(shù)值。豎向抗壓靜載試驗(yàn)軸力分布曲線見(jiàn)圖2。側(cè)摩阻力和端阻力統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

圖2 3根試樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)軸力分布曲線圖

表2 側(cè)摩阻力和端阻力統(tǒng)計(jì)表

分析SZ1、SZ2和SZ3單樁豎向抗壓不同荷載下的軸力數(shù)據(jù)來(lái)看，在最大4 800 kN荷載下，下壓荷載由側(cè)阻力和端阻力共同承擔(dān)。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，其阻力分布大致有以下特征：

1）隨著上部荷載的增大，樁側(cè)阻力占總阻力比例逐漸減少，表明試驗(yàn)樁的土層側(cè)阻力仍有繼續(xù)發(fā)揮的余地，但發(fā)揮逐漸減小，樁側(cè)阻力平均占比為60%左右。

2）隨著上部荷載的增大，樁端阻力占總阻力比例逐漸增大，樁端阻力平均占比40%左右。

3）在試驗(yàn)過(guò)程中，填土表現(xiàn)的是正側(cè)阻力，在最大試驗(yàn)荷載作用下，填土的側(cè)阻力占總阻力30%左右。

4）結(jié)合單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和低應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果，對(duì)基樁應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析整理，分析認(rèn)為本次試驗(yàn)的3根單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)均為未達(dá)到極限破壞狀態(tài)。

5）從樁身軸力分析，當(dāng)加載到最大荷載4 800 kN時(shí)，總的端阻與總的側(cè)阻占比是4/6，而樁的沉降量又比較小，已開始發(fā)揮出較大作用，占比在35%～44%，說(shuō)明可以認(rèn)為樁側(cè)阻力已基本上得到充分發(fā)揮，而端阻還沒(méi)有達(dá)到極限值狀態(tài)。因此，各層位地層極限側(cè)阻力按加載到最大值時(shí)的應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)分析取得，考慮到填土為新近填土，因此，其極限側(cè)阻力取小值，其他原狀土地層取大值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，本試樁樁端持力層為中等風(fēng)化板巖，3根試驗(yàn)樁均未達(dá)到破壞狀態(tài)，因此，極限端阻力推薦值取本次測(cè)得的最大端阻力。具體推薦值見(jiàn)表3。

表3 各地層抗壓極限側(cè)阻力qsik和極限端阻力qpk推薦標(biāo)準(zhǔn)值kPa

4 結(jié)論與建議

通過(guò)上述試樁施工過(guò)長(zhǎng)及試樁試驗(yàn)結(jié)果分析，本文得到以下幾點(diǎn)結(jié)論和建議：（1）本項(xiàng)目工程樁施工時(shí)，應(yīng)充分考慮填土中囊狀上層滯水對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響，以及填土滲透系數(shù)大導(dǎo)致泥漿護(hù)壁成敗的問(wèn)題，建議深填土區(qū)且存在囊狀含水層區(qū)域考慮鋼護(hù)筒護(hù)壁，其他區(qū)域可以采用干作業(yè)成孔。（2）本工程單樁豎向抗壓極限承載力值為4 800 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值推薦取值為2 400 kN。（3）各地層抗壓極限側(cè)阻力和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值推薦值見(jiàn)表3。（4）通試樁區(qū)填土層的碾壓效果較好，但考慮到本次填土為新填土，而且填土自重固結(jié)是長(zhǎng)期的過(guò)程，建議工程樁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮填土層負(fù)摩阻力的影響。