中掘法管桩承载特性现场试验研究

2022-02-16刘贵强吕仁红郑孝露陈宗涵

安徽建筑 2022年1期

刘贵强，吕仁红，郑孝露，陈宗涵

（1.安徽省城建基础工程有限公司，安徽合肥 230002；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009）

0 前言

中掘法又可称为桩中钻孔法，是通过在管桩中心钻孔后，由扩大钻头采取边钻孔边注浆的方式掘进，在桩底形成扩大头，保证桩的承载力的方法。相较于现今常用的管桩施工方法，能有效地减少桩周土体垂直隆起和水平移动[1]。中掘法具有经济、低污染、高效、经济效益高等优点，并且能够解决管桩在较硬土体中的使用问题[1～3]。中掘法管桩的适合地层主要为软硬地层、碎石层、卵石层及岩层。不同的施工方法对施工地层的要求也有所不同。常用的两种工法为中掘扩大头加固法（NAKS工法）以及中掘、高压喷射、扩大头加固法（STJ工法）[3]。国内学者[1～5]对于中掘法管桩不同工况管桩的承载特性进行了较多研究，但对应大直径的高承载力管桩的承载特征研究较少，因此本文基于合安高速改扩建01标中派河特大桥工程中的现场两根大直径中掘法管桩，进行现场试验，研究中掘法管桩承载特性。

1 工程概括

本试验依托合安高速改扩建01标中派河特大桥工程，地点位于安徽省合肥市肥西县上派镇境内，桥位区地貌单元为江淮波状平原，微地貌为河漫滩，高程一般在6.00m～12.00m间，起止桩号：ZK1053+166.174～K1055+013.800，其地貌，根据试验场地勘查报告，试验区各层地基土分布如图1所示，地基土力学指标如表1所示。

岩土体材料基础参数表1

图1 中掘法工程地质剖面图

桥位区局部发育有软土，属特殊性岩土。软土平均层厚3.48m，最大厚度5.90m，天然含水率平均35.6%，天然孔隙比平均值0.985，液性指数平均值1.32，压缩系数平均值 0.56MPa-1，其承载力基本容许值为70kPa，摩阻力标准值为20kPa，工程性质差，基础设计时应注意软土的影响。

2 试验方案

基础采用预应力管桩，桩型为PHC 800 AB 110，采用中掘法施工，桩身混凝土设计强度等级C80。基桩资料汇总表见表2。进行两根管桩的中掘法现场试验，桩长初步设计为32m。根据PHC管桩生产工艺，每根桩包括三节管桩，单节长度分别为10m、10m和12m。管桩直径为800mm。

为了研究中掘法施工管桩基础的承载特征，并进一步研究桩—土相互作用与管桩荷载传递规律等。两根试桩均需安装钢筋计。钢筋计和导线为特制产品，具有耐高温高压蒸养的能力，同时管桩离心生产过程对该钢筋计不产生影响。钢筋计的布置方式如图2所示。自顶部起，每间隔一段布置一组钢筋计，每个断面需对称布置4个钢筋计，每根桩共24个钢筋计。在中掘法沉桩完成后，先静置一段时间，再依据我国相应的规范进行单桩静载试验，单桩静载试验采用堆载法，逐级加载以确定单桩极限承载力大小。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)采用慢速维持荷载法，按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。若每一小时内的桩沉降量不得超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算），即可施加下一级荷载。卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间不得少于3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。

图2 应力计安装示意图

3 试验结果分析

3.1 单桩静载试验分析

根据试验结果桩的沉降参数如表3所示，中掘法管桩在不同的荷载下回弹量相近，沉降量随荷载的增加而增大。ZJ1#桩的单桩竖向抗压静载试验结果如图3所示，Q-s曲线在各级荷载作用下未出现陡降，曲线属于缓变型，从slgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线较平坦，未见明显下弯，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)中单桩竖向抗压极限承载力的确定原则，其竖向抗压极限承载力检测值可取最大试验荷载4000kN，满足设计要求。

基桩设计参数表2

图3 ZJ1中掘法管桩静载试验结果

ZJ2#桩的单桩竖向抗压静载试验结果如图4所示，当荷载逐级增加至4000kN的阶段与ZJ1#桩结果相近，当荷载增加至6000kN时，曲线仍变化缓慢，大直径中掘法管桩仍能满足强度要求。

图4 ZJ2中掘法管桩静载试验结果

3.2 技术优化设计

对于大直径中掘法管桩，在沉桩过程当中对地基土无挤密作用，并且钻孔直径大，与锤击沉桩法相比对地基无挤密作用，且钻孔直径大于管桩直径，周围原状土被挠动，从而必然导致桩身摩阻力下降，其次管桩内孔土体量小且呈松散状态，易因桩周强大土压和水压的影响使桩尖部分土涌入管内，致使桩尖下层土强度降低，从而导致桩尖端承力下降。因此需要提升管桩的桩身强度，可通过在管桩桩身表面刻槽如图5所示，可加强桩端的管桩桩身与水泥浆的连接，提高桩端的承载力，适宜设置于桩端500mm～640mm范围内。并且我们认为尚需进一步探索解决的几个主要问题。