软土地区预制桩承载力时间效应试验研究

文/代子幸、林明亮、吴慧明 浙江开天工程技术有限公司 浙江宁波 315111



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软土地区预制桩承载力时间效应试验研究

文/代子幸、林明亮、吴慧明 浙江开天工程技术有限公司 浙江宁波 315111

基桩承载力随成桩龄期增加而增加，这种现象可称为基桩承载力时间效应；时间效应与桩型、成桩方式、桩周土体等众多因素有关，尤其是软土地区挤土预制桩的承载力时间效应极为明显，但目前桩基理论尚无法量化计算，且可靠的相关试验成果也较少。本文通过一组软土地区挤土预制桩在不同龄期时的承载力实验，比对不同成桩龄期时的单桩极限承载力，分析研究了软土地区挤土桩承载力的时间效应，不仅对实际工程有积极的指导，也为今后理论研究提供了有益的试验依据。

承载力；休止期；超孔压；再固结；时效性应

1、引言

预制桩采用压入或打入方式沉桩，利用桩架提供的机械能、克服土体对桩的阻力，土体静力平衡状态在施工中瞬间破坏，迅速形成超孔压；超孔压又迅速降低桩周土体抗剪强度，使得桩周土体力学性状下降，此时土体对桩的侧阻和端阻均为最低水平。成桩后随着休止期的增加，桩周土体中的超孔隙水缓慢下降、土体重新固结、土体力学性能逐渐恢复提高，桩的承载力逐渐增加。鉴于软黏土粒径小、含水量高、渗透系数差、灵敏度高等不利物理力学性状，导致软土地区挤土桩的承载力时间效应尤为明显。

本文通过对宁波某软土地区预制方桩在不同龄期的静载试验，结合工程地质资料对基桩承载力时间效应进行了分析研究。

2、工程地质概况

试验位于宁波市鄞州区，场地地形、地貌简单，地势平坦，各地基土层主要为湖相海相沉积及冲洪积沉积，属正常固结土。场地上覆有较厚软土，为软弱场地土；第8-1层为砾砂层，土性较好，中密～密实状态，层厚较薄，局部缺失；第8-2层为粉质粘土，硬可塑状态，土性较好，层厚较大；第8-3层中砂层，土性较好，中密状态，全址分布。故综合考虑第8层作为本工程基桩良好持力层。各土层的主要物理力学指标见表1。

表1 土层主要物理力学指标表

3、工程概况

该地块基桩采用锤击式预应力方桩，预打了S1～ S5共计5根静载设计试桩。S1桩型为PHS-AB450（260）-12-12-12-13a，S2、S3桩型为PHS-AB500（310）-12-12-12-13a，S4、S5桩型为PHS-AB550（310）-12-12-12-13a。

4、试验概况及试验成果

对上述5根设计试桩，分别进行了两次静载试验。第一次设计试桩在基本达到规范要求的休止期时（龄期10～14天）进行，试验中试桩桩身均未出现破坏；第二次试验在第一次试验后300天（龄期309～313天）进行。试验概况及试验结果见表2，试验桩的两次静载试验的Q-S曲线汇见图1～图5。

表2 两次休止期静载试验结果汇总表

5、试验成果分析

5.1极限承载力试验结果分析

从图1、图3～图5中 S1、S3、S4、S5试验桩的Q-S曲线可以知道，四根试验桩均未出现极限破坏现象，故取40mm对应的荷载作为基桩极限承载力。S1由3990kN提高到4985kN，增幅24.9%；S3由5288kN提高到7008kN，增幅32.5%；S4由5780kN 提 高 到7410kN， 增 幅28.2%；S5由5239kN提高到6816kN，增幅30.1%。第二次相比第一次极限承载力几乎都是呈30%的幅度增长，说明经过近一年休止期，桩周及桩端土孔隙水压力逐渐消散，土体固结密实，同时土的结构强度也逐渐恢复，抗剪强度逐渐提高，因而桩周摩擦力及桩端阻力也不断增加。

从图2可以看出：S2试验桩的Q-S曲线在第一次试验时存在明显拐点并呈陡降型，具有明显的破坏特征，故取明显拐点的前一级荷载为基桩极限承载力；第二次未出现极限破坏现象，故取40mm对应的荷载作为基桩极限承载力。试验极限承载力由第一次的4200 kN提高到6787kN，增幅61.6%。第一次发生刺入破坏可能是因为打桩时未能送桩到持力层，第一次静载试验发生刺入破坏的同时也将桩端送达持力层。经过近一年的休止期，第二次试验时桩周土体结构恢复，侧摩阻力和桩端阻力同时发挥，故极限承载力大幅提高。说明基桩承载力时间效应同一黏土可以多次反复出现。

5.2累计沉降量20mm时对应承载力结果分析

从图1～图5中S1～S5试验桩的Q-S曲线可以看出，总沉降量在20mm时承载力S1由2540kN提高到2841 kN，增幅11.9%；S2由3963kN提高到4802 kN，增幅21.2%；S3由3508kN提高到5601kN，增幅59.7%；S4由4463kN提高到5050 kN，增幅13.2%；S5由3697kN提高到5480 kN，增幅48.2%。这五根试验桩经过300天左右的休止期在总沉降量为20mm时的承载力也有11.9%～59.7%的增幅，说明基桩承载力时间效应显而易见的。按照规范规定时间进行承载力试验显然还不能够体现基桩在以后使用过程中能够发挥的最大承载力。

结语：

（1）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）规定承载力检测前的休止时间，黏土非饱和15天、饱和25天，根据本文的试验结果，建议软土地区的基桩静载试验龄期应适当延长方能更好反应基桩的实际承载力。

（2）建筑物主体一般在桩基工程完成一年以后方能竣工，由于软土地区预制桩承载力的明显时间效应，以成桩后短龄期下的静载试验成果作为设计依据显然偏于保守，设计时充分考虑这一效应，在确保安全的前提下，合理提高基桩承载力设计值将具有重要的经济意义。

（3）理论上深入探讨基桩承载力的时间效应，是岩土工程研究极为具有意义的课题。

［1］基桩检测技术与实例［M］，刘屠梅，赵竹占，吴慧明，中国建筑工业出版社，2006.

［2］GB50007-20，建筑地基基础设计规范［S］.

［3］JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范［S］.

［4］JGJ94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［5］桩基工程手册，中国建筑工业出版社.