大直徑鉆孔灌注樁是大型橋梁基礎(chǔ)的主要樁型，杭州灣大橋主塔基礎(chǔ)為 26 根直徑 2.8m，長(zhǎng)約 125m 的大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁[1]，東海長(zhǎng)江大橋主橋墩采用直徑 2.5m 的灌注樁,樁長(zhǎng)也達(dá)到了 110m[2]。鉆孔灌注樁的承載能力與持力層有密切關(guān)系：若樁端持力層為較密實(shí)的碎石土層、基巖層等工程性質(zhì)較好的土層，樁端往往能提供較大的承載力，樁基承載特性表現(xiàn)為端承樁或端承摩擦樁；若樁端位于軟粘土中，樁端阻力遠(yuǎn)小于側(cè)摩阻力，為摩擦樁。此外，若鉆孔成樁時(shí)清孔不徹底，孔底會(huì)淤積較多泥漿沉渣，使樁端持力層工程性質(zhì)變差，會(huì)嚴(yán)重影響端阻的發(fā)揮。本試驗(yàn)中的三根試樁樁徑均為 1.5m，兩根 40m 長(zhǎng)的試樁持力層為卵礫石層，一根 64m 長(zhǎng)的試樁持力層為中風(fēng)化泥巖層。擬通過(guò)自平衡靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證樁基承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并據(jù)此探求不同持力層灌注樁的承載特性，以及施工對(duì)同一持力層樁基承載力的影響。

一、工程及試樁概況

1．工程概況及地質(zhì)條件

南京長(zhǎng)江五橋位于南京長(zhǎng)江三橋下游約 5km 處，全長(zhǎng)約10.3km。其中，跨江大橋長(zhǎng)約 4.4km，夾江隧道長(zhǎng)約1.8km，其余路段長(zhǎng)約 4.1km。測(cè)試區(qū)域地層上部均為第四系松散沉積物，下伏白堊系基巖，地層共劃分為 6 大層，層號(hào)為①～⑥，試樁區(qū)域地質(zhì)情況見(jiàn)表 1。

2．試樁概況

試樁為工程原位樁，采用鉆孔灌注成樁工藝施工，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35，試樁參數(shù)見(jiàn)表 2。試樁靜載試驗(yàn)采用自平衡測(cè)試法[3]，測(cè)試荷載由焊接在樁身鋼筋籠上的油壓荷載箱提供，測(cè)試原理詳見(jiàn)《基樁靜載試驗(yàn)-自平衡法》（JT/T 738-2009）[4]。表 1 試樁區(qū)域地質(zhì)情況表層號(hào) 巖土名稱 狀態(tài) 地基承載力容許值 fa0 側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值 qik

① 雜填土 松散-稍密 -- --

②1 粉質(zhì)黏土 軟塑 100kPa 30kPa

②2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 流塑 65kPa 20kPa

③1 粉砂 稍密-中密 100kPa 30kPa

③2 粉細(xì)砂 中密-密實(shí) 160kPa 50kPa

③3 粉細(xì)砂 密實(shí) 220kPa 60kPa

③4 粉質(zhì)黏土 可塑 100kPa 30kPa

④1 中粗砂 密實(shí) 350kPa 70kPa

④2 礫砂 中密-密實(shí) 450kPa 90kPa

④3 圓礫土 密實(shí) 550kPa 130kPa

④4 卵石土 密實(shí) 700kPa 150kPa

⑤1 強(qiáng)風(fēng)化泥巖 極軟巖 400kPa 90kPa

⑤11 強(qiáng)風(fēng)化泥巖 極軟巖 350kPa 75kPa

⑤2 中風(fēng)化泥巖 極軟巖 500kPa 120kPa

⑥21 中風(fēng)化泥巖 極軟巖 450kPa 100kPa

表 2 試樁參數(shù)

樁號(hào) 樁徑/m 有效樁長(zhǎng)/m 終孔地層 荷載箱位置

1# 1.5 40.0 ④3 圓礫土 距樁端 6.0m

2# 1.5 41.0 ④4 卵石土 距樁端 12.0m

3# 1.5 64.0 ⑤2 中風(fēng)化泥巖 距樁端 12.0m

在樁身每個(gè)土層分界面處均勻布置 4 個(gè)鋼筋測(cè)力計(jì)（光纖應(yīng)變傳感器），加載時(shí)樁身軸力由樁身預(yù)埋的振弦式鋼筋測(cè)力計(jì)測(cè)得（試樁 2 采用光纖應(yīng)變傳感器）。采用 4 只電子位移計(jì)測(cè)量試樁位移量的變化，電子位移計(jì)通過(guò)磁性表座固定在基準(zhǔn)梁上，2 只用來(lái)測(cè)量荷載箱頂板的位移，2 只用來(lái)測(cè)量荷載箱底板的位移。

二、測(cè)試過(guò)程

試樁成樁 15 天后進(jìn)行自平衡靜載測(cè)試，根據(jù)《基樁靜載試驗(yàn)-自平衡法》（JT/T 738-2009）[4]，采用慢速維持荷載法加載。加載前通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算試樁的承載力，并根據(jù)計(jì)算值不同持力層的鉆孔灌注樁自平衡法原位試驗(yàn) 247 確定每級(jí)荷載的大小，每級(jí)加載量為估算承載力的 1/15，第一級(jí)按兩倍分級(jí)荷載加載。以試樁 1#為例，實(shí)測(cè)荷載-位移曲線如圖 1 所示。

三、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

1．試樁的極限承載力

運(yùn)用荷載傳遞解析方法，可以將樁側(cè)摩阻力與變位量的關(guān)系、荷載箱荷載與向下變位量的關(guān)系，換算成樁頂荷載對(duì)應(yīng)的荷載—沉降關(guān)系[5]。等效轉(zhuǎn)換后的樁頂荷載-沉降曲線如

圖 2 所示。

試樁 1#的檢測(cè)于 2018 年 2 月 28 日完成，樁基的承載力安全系數(shù)為 2。根據(jù)測(cè)試結(jié)果試樁 1#的實(shí)測(cè)極限承載力基本滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)專家評(píng)審會(huì)評(píng)審，認(rèn)為試樁 1#的承載力富余較少，極限承載力對(duì)應(yīng)的樁頂沉降值偏大，試樁 2#為試樁 1#的驗(yàn)證樁。根據(jù)圖 2，試樁 2#和試樁 3#的極限承載力分別約為28,000kN 和 32500kN，均滿足設(shè)計(jì)要求且有較大富余。

三根試樁的 Q-s 曲線在加載前期比較接近，當(dāng)荷載提高至17,000kN 左右時(shí)，試樁 1#的 Q-s 曲線出現(xiàn)了較為明顯的拐點(diǎn)，試樁 2#和試樁 3#則繼續(xù)保持緩變，試樁 1#的極限承載力明顯小于其余兩根試樁。結(jié)合表 2 可知試樁 1#的荷載箱位于距樁端 6m 處，試樁2#和試樁 3#的荷載箱均位于距樁端 12m 處。荷載箱位置偏下導(dǎo)致在加載過(guò)程中荷載箱上部樁段的側(cè)摩阻力不能充分發(fā)揮，端阻卻會(huì)較早發(fā)揮，而樁端能提供的承載力有限，所以出現(xiàn)承載力較小、沉降量較大的結(jié)果。此外，如果試樁 1#在施工時(shí)清孔不徹底，孔底淤積的泥漿沉渣也有可能影響下段樁端阻和側(cè)摩阻力的發(fā)揮，從而導(dǎo)致上述現(xiàn)象的發(fā)生。

2．試樁的側(cè)摩阻力

樁身應(yīng)變量可由樁身預(yù)埋的鋼筋應(yīng)力計(jì)或光纖應(yīng)變傳感器測(cè)出，帶入樁身截面的混凝土和鋼筋彈性模量即可求出相應(yīng)位置的軸力 PZ 。樁身量測(cè)截面之間的軸向力之差值 ?PZ 與樁身量測(cè)截面之間樁段的側(cè)表面積 ?F 之比即為樁側(cè)各土層的摩阻力 sq ，即 / q P F s Z。各試樁的側(cè)摩阻力分布如圖 3~圖 5 所示。

根據(jù)圖 3，試樁 1#荷載箱下部樁段的側(cè)摩阻力隨荷載的增長(zhǎng)較快：當(dāng)加載值達(dá)到 13,344kN 時(shí)，側(cè)摩阻力已達(dá)200kPa，荷載增至 20,016kN 時(shí)，側(cè)摩阻力增至 300kPa248左 右 ， 已 經(jīng) 遠(yuǎn) 大 于 地 勘 資 料 給 出 的 側(cè) 摩 阻 力 標(biāo) 準(zhǔn) 值（150kPa），但是荷載箱上部樁段的側(cè)摩阻力沒(méi)有被充分調(diào)動(dòng)。于此相對(duì)應(yīng)的，試樁 2#在對(duì)應(yīng)荷載下，荷載箱下部樁段的側(cè)摩阻力小于試樁 1#，但是荷載箱上部樁段的側(cè)摩阻力得到了較為充分的發(fā)揮。上述現(xiàn)象也間接證明試樁 1#荷載箱位置偏下，導(dǎo)致上部樁段的側(cè)摩阻力不能充分發(fā)揮。試樁 3#持力層為中風(fēng)化泥巖，參照?qǐng)D 3 和圖 5，可知中風(fēng)化泥巖層與卵礫石層中的樁側(cè)摩阻力發(fā)揮特性較為相似。在滿足樁身沉降要求的前提下，中風(fēng)化泥巖層和卵礫石層能提供的最大側(cè)摩阻力都約為 200kPa。

3．樁端阻力

將布置在樁身最下部的應(yīng)變計(jì)測(cè)得應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為軸力當(dāng)作樁端阻力，三根試樁的樁端阻力-位移曲線如圖 6 所示。

試樁 1#和試樁 2#持力層均為卵礫石層，兩根試樁的樁端位移都大于 20mm，試樁 1#的樁端位移甚至達(dá)到了45mm?？梢哉J(rèn)為二者的端阻都得到較為充分的發(fā)揮，極限值也較為接近，約為 3,500kN。但是，端阻相同的情況下，試樁 1#的樁端位移更大：對(duì)應(yīng)端阻為 3,000kN 時(shí)，試樁 1#對(duì)應(yīng)的樁端位移約為 35mm，而試樁 2#對(duì)應(yīng)的樁端位移僅為 15mm 左右。荷載箱的位置不會(huì)使試樁 1#的端阻發(fā)揮滯后于試樁2#，這說(shuō)明試樁1#樁端土的工程性質(zhì)比試樁2#差，鑒于試樁 1#和試樁 2#有相同的持力層，排除土層的不確定性，可以推知試樁 1#在施工過(guò)程中樁底淤積了較多的沉渣，對(duì)端阻的發(fā)揮產(chǎn)生了較為不利的影響。試樁 3#的持力層為中風(fēng)化泥巖，樁端位移很小，加載至最后一級(jí)荷載時(shí)樁端位移不足 10mm。該試樁的端阻一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)，加載結(jié)束時(shí)，端阻達(dá) 6,000kN，并且端阻-位移曲線顯示試樁 3#的端阻仍有很大的發(fā)揮空間。但是該試樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，加載過(guò)程中樁身壓縮變形較大，由于樁頂位移=樁端位移+樁身壓縮量，因此在限制樁頂沉降量的條件下，其端阻得不到充分發(fā)揮。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)三根工程原位樁進(jìn)行承載力自平衡測(cè)試，得到如下結(jié)論：

1、試樁在卵礫石層和中風(fēng)化泥巖層中的極限側(cè)摩阻力較為接近，約為 200kPa；但是中風(fēng)化泥巖層能提供超過(guò)6,000kN 的樁端阻力，卵礫石層能提供的樁端阻力僅為3,500kN 左右；

2、64m 長(zhǎng)樁的中風(fēng)化泥巖持力層能提供 6,000kN 以上的端阻力，但是在加載過(guò)程中樁身壓縮量較大，當(dāng)樁頂沉降達(dá)到設(shè)計(jì)允許值的時(shí)候樁端位移較小，端阻得不到充分發(fā)揮；

3、若施工過(guò)程中樁底有較多的沉渣，會(huì)破壞樁端土層的工程性質(zhì)，嚴(yán)重影響樁端阻力的發(fā)揮；

4、進(jìn)行單荷載箱自平衡靜載測(cè)試時(shí)，要注意合理選擇荷載箱位置，荷載箱位置偏下會(huì)導(dǎo)致荷載箱上部樁段側(cè)摩阻力得不到充分發(fā)揮，測(cè)出的試樁承載力偏小、樁端位移偏大。

本文關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁自平衡測(cè)試端阻力側(cè)摩阻力荷載箱