戚墅堰站站房钢筋混凝土钻孔灌注桩试验研究

田旭亮

[摘 要] 为了保证戚墅堰站站房修建的安全，对修建区钢筋混凝土钻孔灌注桩进行试验研究，对各钢筋混凝土钻孔灌注桩桩身结构完整性和高应变评价单桩极限承载力进行检测，结果表明：各检测桩桩身结构完整，桩身完整性类别判定均为“Ⅰ”类；各试验桩极限承载力特征值满足设计要求。

[关键词] 钢筋混凝土钻孔灌注桩试验极限承载力

1.工程概况

拟建的新建铁路上海至南京城际轨道戚墅堰站房场地位于江苏省常州市戚墅堰车站站区内。工程由中铁第四勘察设计院集团有限公司设计。工程桩基施工由中铁建工集团戚墅堰站项目部完成。

工程桩总数260根（其中站房58根，雨棚202根），设计桩身混凝土C30。站房工程桩设计要求桩径800mm，桩长为19m和20m的单桩竖向抗压承载力特征值为1300kN；桩径800mm，桩长为22m~25m的单桩竖向抗压极限承载力标准值为1850kN；

雨棚工程桩设计要求桩径700mm，桩长为17m的两种类型桩单桩竖向抗压极限承载力特征值为1300kN和1400kN。雨棚工程桩设计要求桩径700mm，桩长为16m的单桩竖向抗压极限承载力特征值为1300kN。

本次检测内容包括低应变检测与高应变检测2部分[1-4]，其中完成了桩径800mm的工程桩低应变检测181根，桩径700mm的工程桩低应变检测48根；完成了桩径800mm的工程桩高应变检测10根，桩径700mm的工程桩高应变检测21根。

2.现场检测条件

拟建场地地质钻孔及地质剖面(共分为9层)等资料简述如下：

(1)人工填土：褐黄色、灰褐色、灰黑色，由工业、生活垃圾混合物组成，夹少量碎石及碎砖块，局部夹少量腐朽物，该土层厚度约0.5~6.7m。

(2)粉质黏土：局部粘土，褐黄色夹少量灰白色、灰黄色，硬塑，局部可塑，夹少量铁锰结核，局部夹少量姜石及薄层粉土，该土层厚度较均匀，厚度约0.5~5.6m。fak=150kPa ，qsik =85kPa，qpk=1000kPa。

(3)淤泥质粉质黏土：灰色，流塑，该土层局部分布，厚度约2.1~6.1m。fak=70kPa ，qsik =11kPa。

(4)粉质黏土：褐黄色、深灰色、浅灰色，软塑，局部夹薄层粉土，厚度为1.9~7.4m。fak=110kPa ，qsik =40kPa，qpk=200kPa。

(5)粉质黏土：深灰色、浅灰色，可塑，局部硬塑，夹少量铁锰结核，该土层厚度较均匀，厚度为1.6~6m。fak=140kPa ，qsik =70kPa，qpk=900kPa。

(6)粉质黏土：灰黄色、褐黄色，硬塑，夹少量铁锰结核，局部夹少量姜石及薄层粉土，该土层厚度较均匀，站房范围内厚度为5.8~17.15m。fak=160kPa ，qsik =86kPa，qpk=1000kPa。

(7)粉质黏土：深灰色、浅灰色，软塑，局部可塑，夹少量铁锰结核，局部夹少量姜石及薄层粉土，该土层厚度均匀，厚度为4~11.3m。fak=110kPa ，qsik =40kPa，qpk=400kPa。

(8)粉质黏土：局部粘土，灰黄色、褐黄色，硬塑，夹少量铁锰结核，局部夹少量姜石及薄层粉土，该土层最小揭露深度为5m，最大揭露深度为18.27m，该层钻孔未揭穿。fak=160kPa ，qsik =85kPa，qpk=1500kPa。

(9)粉土：褐黄色、深灰色、浅灰色，中密，饱和，含云母碎片、少量贝壳及少量植物腐朽根系，局部夹薄层细砂及薄层粘性土，该土层呈透镜体状局部分布于⑻层中，厚度为2~9.1m ，fak=120kPa ，qsik =45kPa，qpk=750kPa。

本区地下水的主要类型为第四系孔隙潜水。水位受季节及气候条件的影响较大，主要受大气降水及地表水的补给，根据多年钻探资料，地下水埋深0.2~2.3m。第（8）1层粉土层内地下水具有弱承压水性质。

根据JZ-V09-B18、JZ-V09-B9、JZ-V09-FB1孔所取水样的水质分析结果，按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）评价，拟建场地环境属III类。综合判定场地地下水和土对混凝土结构无腐蚀；土对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性；地表水及地下水对干湿交替处钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性；地下水及地表水对钢结构具弱腐蚀。

3.检测方法及原理

3.1低應变动力检测方法

低应变检测仪器采用美国PDI公司生产的P.I.T桩身完整性检测仪，检测方法为反射波法。

反射波法的原理：将桩视为一维弹性杆件，给桩顶施加一脉冲力，产生的应力波沿桩身向下传播，当遇到桩阻抗(ρA C)变化处将产生反射和透射。根据应力波反射规律分析桩身结构完整性。

反射波法的检测方法为：将桩头凿去浮浆，在桩顶安装加速度传感器，并用力棒锤击桩顶，桩顶受到瞬态脉冲作用后，在桩身产生压缩应力波，通过传感器采集应力波在桩身中的反射信号，储存在PIT采集器中，传输到计算机中进行分析，从而得到桩身结构完整性的分析结果。

3.2高应变检测的原理及方法

高应变动力检测法原理：将桩视为一匀质弹性杆件，当能量较大的力波F(t)作用于桩顶时，引起桩-土体系的振动，根据采集到的速度和力信号，通过实测曲线拟合法进行分析，得到单桩竖向抗压极限承载力值。这里提到的实测曲线拟合法，其原理是利用实测得到的速度和力曲线中任一条曲线为边界条件，假定桩身各段的计算参数（包括土阻力、最大弹性位移、弹性模量等）计算出另一条曲线，并将计算结果同实测曲线进行比较，经过反复比较、迭代、不断修正假定的各参数，直至计算结果同实测曲线基本一致。此时即可得到较精确的承载力值。

高应变动力检测方法为：采用吊车起吊重量为40kN的重锤夯击桩顶，使桩产生一定量的沉降，在桩顶下1.2m处对称安装两组传感器（应变和加速度），分别采集桩截面速度和力信号。将信号储存在采集器中，传输到计算机中进行波动方程分析，从而求解单桩竖向极限承载力。