南通富水地层钻孔灌注桩承载特性研究

2020-12-25高同矿崔笛曾辉

工程建设与设计 2020年23期

高同矿，崔笛，曾辉

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，南京210000）

1 引言

目前，钻孔灌注桩在我国桩基工程中大量应用，然而富水地层由于其高渗透性的地质条件，将钻孔灌注桩作为抗拔桩设计，为桩基础理论研究和工程实际应用带来了巨大的挑战，设计时难以做到兼顾经济与合理【1】。一些工程在设计时过高估算了钻孔灌注桩竖向抗拔承载力，导致工程安全隐患问题较多，严重时甚至会引发一系列工程事故【2】；更多的工程会采取保守设计来估算承载力，这就导致工程造价过高，极大地浪费了工程成本【3】。因此，开展富水地层钻孔灌注桩抗拔承载特性研究，有助于为今后富水地层钻孔灌注桩设计提供参考并节约工程成本【4】。

2 工程概况

本试验依托工程为南通市轨道交通2号线一期土建施工03标火车站。南通火车站为南通市城市轨道交通2号线一期工程的第2座车站，位于宁启铁路股道北侧地块内（顺达路以南与安达路以北），南北向敷设，为地下3层岛式站。车站全长约225.2m，车站主体标准段基坑深约23.8m，基坑宽约24.3m；小里程盾构井段基坑深约25.1m，大里程盾构井段基坑深约25.1m，基坑宽约28.4m。钻孔灌注桩设计桩径为1m，桩长为30m，共计115根（工程桩74根，立柱桩41根）。采用HRB400、HPB300钢筋，混凝土采用水下C35。

3 竖向抗拔静载试验

3.1 试验原理

南通富水地层钻孔灌注桩竖向抗拔静载试验装置分为静载反力装置、加载装置、位移观测装置。静载反力装置采用天然地基提供支座反力。加载装置采用JCQ-503B型静载测试仪。加载系统采用2台500t千斤顶加载。位移观测装置采用4个量程为50mm的位移传感器进行测量，安装在桩顶往下40cm处，均固定于基准梁，基准梁在独立的基准桩上安装。

本试验目的是测试南通富水地层钻孔灌注桩竖向抗拔极限承载力是否满足设计要求。试验按JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》中的规定进行。

本试验选取KBZ-25和KBZ-26 2根桩进行试验，桩径1 000mm，桩长30m，持力层为砂质粉土夹粉质黏土，混凝土强度C35。

3.2 试验步骤

1）按照慢速维持荷载法进行试验。

2）每个等级的荷载是估算极限荷载的1/10，第1个等级的荷载是分级荷载的2倍。

3）每级加载后，在第5min、15min、30min、45min、60min各测量读数1次后，之后每30min测量读数1次。

4）桩顶上拔量不超过0.1mm/h，并连续出现2次（从施加分级荷载后第30min开始，按1.5h连续3次每30min的上拔观测值计算），即可加载下一级。

5）发生以下情况之一时，可以终止加载：

（1）某级荷载作用下的桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍；

（2）当桩顶累计上拔量超过100mm时；

（3）钢筋应力达到钢筋强度设计值或某根钢筋拉断。

（4）达到设计要求的最大上拔荷载值。

6）保持每个等级的荷载1h，对桩顶上拔量在第15min、30min、60min进行测量读数后，可以卸下一等级的荷载。卸载至零后，对桩顶残余上拔量进行测量读数并保持3h，测量读数时间为第15min、30min，之后每30min测量读数1次【5】。

4 抗拔承载特性分析

4.1 试验数据

南通富水地层钻孔灌注桩KBZ-25、KBZ-26 2根试验桩竖向抗拔静载试验数据记录于表1和表2。

表1 KBZ-25桩竖向抗压静载试验数据汇总表

表2 KBZ-26桩竖向抗压静载试验数据汇总表

为了更加直观地分析研究南通富水地层钻孔灌注桩抗拔承载特性的规律，绘制KBZ-25和KBZ-26试验桩的桩顶沉降与桩顶荷载关系图（Q-s曲线）、桩顶沉降与历时关系图（s-lgt曲线），如图1～图4所示。

图1 Q-s曲线（KBZ-25桩）

图2 s-lgt曲线（KBZ-25桩）

图3 Q-s曲线（KBZ-26桩）

4.2 承载特性研究

图4 s-lgt曲线（KBZ-26桩）

根据KBZ-25和KBZ-26钻孔灌注桩试验数据绘制的Q-s和s-lgt曲线，成果汇总如表3所示。

表3 试验成果汇总表

分析南通富水地层钻孔灌注桩Q-s和s-lgt曲线（图1～图4），可以得出以下结论：

由图1可以看出，对于KBZ-25桩，在前3级荷载（762～1 534kN）作用下，Q-s曲线变化缓慢，基本呈一条倾斜直线，即位移量与加载量之间基本呈线性关系；加载到第9级荷载3 810kN的过程中，斜率逐渐增大，没有明显剧烈变化的时段，可以得出KBZ-25桩单桩竖向抗拔极限承载力值为3 810kN。

由图3可以看出，对于KBZ-26桩，在前4级荷载（762～1 905kN）作用下，Q-s曲线曲线变化缓慢，基本呈一条倾斜直线，即位移量与加载量之间基本呈线性关系；加载到第9级荷载3 810kN的过程中，斜率逐渐增大，没有明显剧烈变化的时段，可以得出KBZ-26桩单桩竖向抗拔极限承载力值为3 810kN。

分析图2可得，对于KBZ-25桩，按规定荷载级别加载到第1级荷载762kN时，桩顶累计上拔量为0.53mm；加载到第3级荷载1 524kN时，桩顶累计上拔量为1.89mm；继续加载到第9级荷载3 810kN（抗拔极限承载力）时，桩顶累计上拔量为16.08mm。卸载后测得桩顶回弹量为9.42mm，桩顶残余上拔量为6.66mm。

分析图4可得，对于KBZ-26桩，按规定荷载级别加载到第1级荷载762kN时，桩顶累计上拔量为0.46mm；加载到第3级荷载1 524kN时，桩顶累计上拔量为1.13mm；继续加载到第9级荷载3 810kN（抗拔极限承载力）时，桩顶累计上拔量为13.43mm。卸载后测得桩顶回弹量为6.89mm，桩顶残余上拔量为6.54mm。

进一步分析知，当荷载集中在762～1 905kN，即上拔量与加载量之间基本呈线性关系时，s-lgt曲线接近为一条直线，且桩顶沉降数值较小，表明前4级加载随着历时的增加，桩顶累计沉降基本保持稳定。

当荷载持续增加直至抗拔极限承载力时，s-lgt曲线变化幅度开始增加，接近为一条倾斜的直线，这一阶段桩顶沉降数值较大，逐渐接近最大位移量，少部分桩沉降出现回弹现象。当加载到第9级，即达到抗拔极限承载力值3 810kN时，KBZ-25桩和KBZ-26桩的s-lgt曲线均达到峰值，且变化幅度较其他级数更为剧烈。