泥岩持力层的管桩沉降试验研究

常 虹 张 亮

(1：吉林建筑大学 测绘与勘查工程学院,长春 130118； 2：中交一公司第七工程有限公司，郑州 451450)

1 试验方法

试验采用桩长12m、直径为400mm的PHC-AB400预应力管桩进行单桩竖向抗压静载试验[1-2],本次试验分两次进行,第一次试验桩取4根桩进行静压试验,采用快速维持荷载法分级加载到3 000kN,每级荷载300kN,第一次加载600kN,当加载到3 000kN后维持60min逐级卸载到零;第二次试验是卸载75d后采用慢速维持荷载法进行第二次加载,当加载到3 000kN后维持荷载210min逐级卸载到零.试验目的是观察泥岩持力层桩顶沉降随荷载的变化规律,得出桩顶位移-荷载的关系式[3-4].

本次试验桩端持力层为第⑤层中风化泥岩,桩顶竖向位移观测采用两支量程为50mm、精度为0.01mm的位移传感器.

2 地基土层分布情况

第①-1层素填土. 褐红色,人工回填,以风化泥岩为主,稍湿、稍密,厚度3m;

第①-2层粉质粘土. 褐色、灰色、黑灰色.可塑偏软状态,中等偏高压缩性,厚度3.8m;

第③层全风化砂岩. 褐红色,上部为残积土,原岩为泥岩,已风化为可塑偏硬～硬塑状态粘性土状,极破碎,结构已破坏,白垩纪,软岩,极破碎,全风化成粘性土状,厚度1.9m;

第④层强风化砂岩. 紫红色,白垩纪,块状构造,破碎,岩石基本质量等级Ⅴ级,强风化状态,厚度3.2m;

第⑤层中风化泥岩. 白垩纪,岩石基本质量等级Ⅴ级,结构大部分破坏,干钻不易钻进,顶板略有起伏,无空洞、临空面及软弱夹层,厚度2.3m.

3 初次加载桩顶沉降量

3.1 初次加载桩顶沉降量

采用快速维持荷载法当逐级加载至3 000kN后,维持荷载60min,测得桩顶沉降量,见表1.

表1 初次加载桩顶沉降量Table 1 Settlement of pile top under initial loading

由表1可得桩顶沉降量满足公式:

S=1E-06P2+0.002P+0.377

(1)

式中,S为桩顶沉降量,mm;P为桩顶荷载,kN.

3.2 初次加载桩顶沉降量

当加载至3 000kN后,维持荷载60min,然后逐级卸载到零,每级卸载值取加载时分级荷载的2倍,测得桩顶累计沉降量,见表2和图1.

表2 初次卸载桩顶沉降量Table 2 Settlement of pile top under initial unloading

从表1和图1可以得出,初次加载和卸载,P-S曲线相差较大,其中1桩回弹率最大,达到46.01%,4根桩的平均回弹率达到38.15%,可见卸载后地基土变形以残余变形为主,且P-S满足公式:

S=-5E-07P2+0.004 2P+12.188

(2)

式中,S为桩顶沉降量,mm;P为桩顶荷载,kN.

图1 初次加-卸载桩顶沉降量Fig.1 Settlement of pile top under initial loading and unloading

图2 再次加-卸载桩顶沉降量Fig.2 Settlement of pile top under reloading

4 再加载桩顶沉降量

4.1 再次加载桩顶沉降量

卸荷75d后采用慢速维持荷载法逐级加载到3 000kN,测得桩顶沉降量,见表3.

表3 再次加载桩顶沉降量Table 3 Settlement ofpile top under reloading

由表3可得再加载后桩顶沉降量计算,即:

S=2E-07P2+0.003 1P+0.071 3

(3)

式中,S为桩顶沉降量,mm;P为桩顶荷载,kN.

4.2 再卸载桩顶沉降量

当再次加载至3 000kN后,维持荷载210min,然后逐级卸载到零测得桩顶累计沉降量,见表4,图2.

表4 再次卸载桩顶沉降量Table 4 Settlement of pile top under unloading again

续表4

由表4和图2可得,再次加载和卸载,P-S曲线近乎平行,卸载时最大回弹率达到90.9%,平均回弹率达到77.83%,且P-S满足如下关系式:

S=-5E-07P2+0.004 5P+2.556 2

(4)

式中,S为桩顶沉降量,mm;P为桩顶荷载,kN.

5 回弹率分析

从表2和表4卸载的回弹率可以看出,初次卸载的回弹率达到38.15%;75d后再卸载最大回弹率达到90.9%,平均回弹率达到77.83%,是初次卸载回弹率的2倍.

加载桩顶沉降量与加载之间的P-S关系曲线见图3;卸载桩顶沉降量与卸载之间的P-S关系曲线见图4.

图3 加载桩顶沉降量Fig.3 Settlement of pile top under loading

图4 卸载桩顶沉降量Fig.4 Settlement of unloading pile top

6 结论

(1) 对比初次加载和再加载桩顶沉降量,从图3可以看出，泥岩为持力层的管桩桩顶位移随荷载的增加呈现非线性增长,再加载的沉降量较初次加载的沉降量小,考虑是初次静载试验导致桩端土固结的缘故.

(2) 对比初次卸载和再卸载桩顶位移,从图4可以看出，下降幅度趋于一致,但再卸载的回弹率达到初次卸载的2倍,可见,当桩端土固结到一定程度后,桩端土的弹性变形所占比例急剧增加.

(3) 通过静载试验,给出泥岩持力层桩顶竖向位移与荷载满足关系式S=1E-06P2+0.002P+0.377,可为工程实践提供指导.

参 考 文 献

[1] 中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2] 中华人民共和国行业标准.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[3] 何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程力学[M].北京：科学出版社，2002.

[4] 黄宏伟,车平.泥岩遇水微观机理研究[J].同济大学学报，2007，35(7)：866-870.