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 李東海，陳奕柏，謝洪波，張亞惠

 （海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，海南  �？�  570228）

[摘要]針對(duì)�？谀碁I海軟弱地基工程試驗(yàn)樁單樁抗壓承載力遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求即已失效狀況，采用鉆芯法、高應(yīng)變法、超聲波法對(duì)基樁進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合樁身內(nèi)力測(cè)試與計(jì)算，從設(shè)計(jì)和成樁工藝兩方面分析基樁失效的機(jī)理。研究結(jié)果表明，成樁時(shí)間延長(zhǎng)將使樁側(cè)泥皮厚度增大，影響側(cè)摩阻力較大土層的側(cè)摩阻力發(fā)揮。后壓漿施工控制不到位，未能達(dá)到固化樁側(cè)泥皮、樁底沉渣的效果。

[關(guān)鍵詞]地下工程；灌注樁；靜載試驗(yàn)；后壓漿；分析

[中圖分類(lèi)號(hào)]U443. 15+4 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)09-0111-04

1  工程概況

 該工程位于海口市濱海地段，擬建高度為250m，是�？谑械貥�(biāo)性建筑。建筑工程場(chǎng)地由淺海吹填而成，工程試樁場(chǎng)地各土層的物理力學(xué)指標(biāo)及主要工程參數(shù)如表1所示，試樁地質(zhì)剖面如圖1所示�？辈炱陂g測(cè)得地下水穩(wěn)定水位為0. 50~2. 40m，地下水位波動(dòng)幅度2.00m左右。

2試樁設(shè)計(jì)參數(shù)及成樁工藝

2.1試樁設(shè)計(jì)參數(shù)

 本工程所有樁為端承摩擦鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)試樁直徑600mm，有效樁長(zhǎng)29m，單樁極限承載力5 000kN，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度35MPa，以第⑧層粉質(zhì)黏土層作為樁端持力層。

2.2試樁成樁工藝

 試樁的成樁工藝為：①采用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆削正循環(huán)工藝成孔，鉆機(jī)型號(hào)為GPS-10，成孔后進(jìn)行一次清孔；②鉆孔成型后，采用傘形孔徑儀等檢測(cè)儀器進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測(cè)；③下放鋼筋籠，鋼筋籠各節(jié)之間用套筒連接，下放鋼筋籠之前需進(jìn)行二次清孔；④灌注混凝土，采用導(dǎo)管法水下灌注混凝土；⑤為消除樁頂標(biāo)高位置以上土層對(duì)單樁豎向靜載試驗(yàn)承載力的影響，試樁設(shè)計(jì)標(biāo)高以上部位用鋼管雙套筒與樁周土體隔離。

2.3后壓漿技術(shù)

 后壓漿技術(shù)能有效提高樁的承載力，提高比例為30%~40%。本工程試樁后壓漿采用樁側(cè)樁端聯(lián)合壓漿方式，在樁頂以下10，20m處樁側(cè)各布置1個(gè)具備逆止功能的注漿閥，樁端布置2個(gè)注漿閥。采用ɸ300mm×3mm鋼管作為壓漿導(dǎo)管，最大壓強(qiáng)為4MPa的壓漿機(jī)進(jìn)行壓漿施工。壓漿作業(yè)在成樁2d后開(kāi)始，由上往下依次壓漿，漿液水灰比為0.5，壓漿流量60 L/min，注漿壓力在1.2~4.0MPa，軟土取低值，密實(shí)黏性土取高值。每道壓漿間隔時(shí)間為3h，壓漿水泥量分別為0.3，0.3，0.4t。當(dāng)壓漿總量和壓漿壓力都達(dá)到設(shè)計(jì)值，或壓漿總量達(dá)到設(shè)計(jì)值的75%且壓漿壓力超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，停止壓漿。

3  抗壓靜載試驗(yàn)與樁身內(nèi)力試驗(yàn)結(jié)果

3.1抗壓靜載試驗(yàn)

 試樁施工完畢后，采用慢速維持荷載法錨樁反力裝置進(jìn)行樁的靜載試驗(yàn)。試樁試驗(yàn)荷載5 000kN。試驗(yàn)加載按嚴(yán)格執(zhí)行，3根樁在試驗(yàn)過(guò)程中均出現(xiàn)急速沉降，S7a樁當(dāng)荷載水平達(dá)到2 000kN時(shí)沉降量達(dá)到82mm且未穩(wěn)定；S7b和S7c樁荷載水平達(dá)到2 500kN時(shí)，沉降量分別達(dá)到70.2，77. 4mm且未穩(wěn)定。各樁試驗(yàn)的Q-S曲線(xiàn)如圖2所示。

3.2  樁身內(nèi)力測(cè)試

 采用鋼弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)試樁身軸力的分布及側(cè)摩阻力的發(fā)揮情況。應(yīng)變計(jì)對(duì)稱(chēng)埋設(shè)在樁頂、樁底及每個(gè)土層分界處的截面位置，土層厚度>5m時(shí)每5m埋設(shè)1個(gè)，其與主筋的連接方式如圖3所示。靜載試驗(yàn)的同時(shí)，記錄鋼弦式應(yīng)變計(jì)的讀數(shù)，通過(guò)對(duì)應(yīng)變計(jì)讀數(shù)換算處理得每級(jí)荷載作用下對(duì)應(yīng)的樁身截面內(nèi)力，樁身深度一軸力曲線(xiàn)如圖4所示。分析以上曲線(xiàn)可得如下結(jié)論。

 1) S7a柱極限承載力為1 500kN，S7b，S7c樁極限承載力為2 000kN，均不滿(mǎn)足極限承載力要求。樁體卸荷后回彈量小，回彈量不到樁頂沉降量的10%。

 2)3根樁均為樁頂急速沉降破壞且沉降速度基本一致。從Q-S曲線(xiàn)可以看出，當(dāng)荷載超過(guò)極限承載力時(shí)，樁頂出現(xiàn)急劇沉降，其急劇沉降段斜率基本相同。

 3)在極限荷載和破壞荷載作用下，樁身軸力沿深度方向變化均勻，未出現(xiàn)所述隨荷載增

加，下部土層側(cè)摩阻力逐漸被激發(fā)及樁體上部土層軟化的現(xiàn)象。在破壞荷載作用下，樁端阻力明顯增大。

 圖5為S7b樁在各級(jí)荷載作用下樁的側(cè)摩阻力值�？梢钥闯觯弘p套筒隔離區(qū)樁側(cè)摩阻力幾乎為零，表明雙套筒施工能有效保證樁土間的隔離效果。在極限荷載作用下，樁對(duì)應(yīng)的各土層側(cè)摩阻力相差不大，20m以上土層側(cè)摩阻力得到較充分發(fā)揮，20m以下持力土層側(cè)摩阻力與勘察報(bào)告值相差較大。

 通過(guò)將S7a，S7b，S7c 3根樁在極限荷載下實(shí)測(cè)的樁側(cè)極限摩阻力與勘察報(bào)告值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)6.5~11. 5m對(duì)應(yīng)的淤泥層其實(shí)測(cè)值均大于勘探值，20m以下實(shí)測(cè)值普遍低于勘探值，最大相差量達(dá)50. 3kPa。

4原因分析

 1)通過(guò)超聲波法對(duì)各樁樁身完整性檢測(cè)，結(jié)果表明樁身無(wú)明顯缺陷，無(wú)斷樁、頸縮、混凝土離析等質(zhì)量問(wèn)題；低應(yīng)變檢測(cè)顯示3個(gè)樁的樁身完整性良好；于樁側(cè)1m處進(jìn)行二次地質(zhì)勘探，勘探結(jié)果與原勘察報(bào)告基本一致；鉆芯法所取芯樣連續(xù)性較好、端口吻合、無(wú)蜂窩等質(zhì)量問(wèn)題，試驗(yàn)強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；由此可以排除由樁身質(zhì)量及地質(zhì)勘察問(wèn)題而導(dǎo)致試樁承載力不足的因素。

 2)在距S7a樁身20cm的土體處抽芯檢查壓漿效果，結(jié)果只在樁側(cè)24m的注漿口位置發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)1. 2m類(lèi)似水泥攪拌樁的混合物，樁底及其他位置均未見(jiàn)漿液與土的混合體。經(jīng)查看施工記錄發(fā)現(xiàn)，該樁樁底注漿管堵塞，總注漿水泥用量為0. 6t，S7b，S7c樁也有類(lèi)似現(xiàn)象，可以確定后壓漿施工存在嚴(yán)重問(wèn)題。

 為提高樁的承載力，中樁端設(shè)計(jì)的后壓漿注漿量均超過(guò)2t。本試樁后壓漿設(shè)計(jì)總注漿

量約為中注漿量的1/6，可見(jiàn)設(shè)計(jì)的注漿量過(guò)少。同時(shí)濱海地區(qū)海浪頻繁，海浪沖擊產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)漿液存在稀釋作用，也將影響注漿效果。

 3)由圖4，5可知，在極限荷載作用下，樁身軸力沿深度方向變化較均勻，樁側(cè)各土層極限摩阻力相差較小，在25~50kPa。此值與勘察報(bào)告中粉質(zhì)黏土層側(cè)摩阻力82kPa相差很大，為探究其原因，采用鉆探機(jī)從樁側(cè)斜向鉆芯的方法來(lái)觀(guān)測(cè)樁身與樁周土體的結(jié)合情況，具體操作方案如圖6所示。第1次以S7a樁中心為目標(biāo)，鉆孔30m未截取到樁體，考慮到鉆桿偏心的影響，以樁中心偏0. 2m處為目標(biāo)二次鉆進(jìn)，取得了成功。樁體、泥皮、粉質(zhì)黏土之間界限明顯，S7a，S7b樁樁側(cè)所檢測(cè)到的泥皮厚度分別為40，33mm，泥皮厚度過(guò)大。而泥皮具有滲透能力差、抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)，將影響混凝土與樁側(cè)土體的直接結(jié)合，從而降低樁側(cè)摩阻力，泥皮越厚，對(duì)樁側(cè)摩阻力降低程度越大。

 各樁的側(cè)摩阻力在15m以上土層中發(fā)揮較充分，因?yàn)?5m以上土層的側(cè)摩阻力小，其值若小于泥皮的抗剪強(qiáng)度，樁破壞時(shí)滑動(dòng)面存在于樁側(cè)土體中，因此側(cè)摩阻力得到較充分的發(fā)揮，而15m以下土層側(cè)摩阻力大，樁破壞時(shí)滑動(dòng)面可能存在于泥皮層、泥皮與樁側(cè)土體界面或泥皮與樁體界面，從而影響側(cè)摩阻力的發(fā)揮。

 由于試樁設(shè)計(jì)樁徑較小，工程場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，存在淤泥層、流砂層，因此現(xiàn)場(chǎng)鉆孔、下放鋼筋籠等作業(yè)的速度慢。成孔后又進(jìn)行了成孔質(zhì)量檢測(cè)、二次清孔，使得樁從開(kāi)始施鉆到混凝土澆筑完成的整個(gè)過(guò)程中時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)為防止塌孔，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)所用的護(hù)壁泥漿相對(duì)密度較大。而成樁時(shí)間越長(zhǎng)，泥漿密度越大，將導(dǎo)致樁側(cè)的護(hù)壁泥漿固結(jié)越厚，從而產(chǎn)生較厚的泥皮。

 4)由于試樁成孔時(shí)對(duì)孔徑大小、孔的垂直度等要求更嚴(yán)格，而鉆孔施工的鉆機(jī)型號(hào)小，為保證成孔的孔徑、垂直度，放慢了現(xiàn)場(chǎng)鉆孔作業(yè)的速度。施工記錄顯示，3根試樁成孔時(shí)間分別為17，14，13h，成孔時(shí)間較長(zhǎng)。而成孔時(shí)間越長(zhǎng)，樁側(cè)土體應(yīng)力松弛越明顯，泡水軟化現(xiàn)象越嚴(yán)重，影響樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮，同時(shí)樁端土體在泥漿的浸泡下會(huì)軟化下沉，使樁端側(cè)面一定范圍產(chǎn)生負(fù)摩阻力，從而降低樁側(cè)正摩阻力。

 5)在破壞荷載作用下，樁體產(chǎn)生接近70mm的：沉降時(shí)樁端阻力增大，表明樁底沉渣較厚。本試樁采用正循環(huán)工藝成孔，而正循環(huán)工藝中的沉渣清理是通過(guò)鉆桿內(nèi)腔向孔底注入稀泥漿來(lái)置換孔內(nèi)的稠泥漿與沉渣，清孔后孔內(nèi)稀泥漿中夾雜的較大土顆粒將沉積到孔底再次形成沉渣。同時(shí)所采用的后壓漿處理不到位，因此在樁底沉渣被壓密實(shí)后樁的端阻力才開(kāi)始發(fā)揮。

5  結(jié)語(yǔ)

 通過(guò)濱海區(qū)某失效樁基的一系列試驗(yàn)，對(duì)樁基失效原因進(jìn)行分析總結(jié)，研究結(jié)果表明樁的孔徑設(shè)計(jì)較小造成成樁時(shí)間延長(zhǎng)，使樁側(cè)泥皮厚度增大，影響側(cè)摩阻力較大土層的側(cè)摩阻力發(fā)揮。后壓漿施工控制不到位，出現(xiàn)注漿管堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致樁側(cè)、樁底實(shí)際壓漿量不足，未能達(dá)到固化樁側(cè)泥皮、樁底沉渣的效果。正循環(huán)成孔工藝對(duì)樁底沉渣清理效果不佳造成樁底沉渣過(guò)厚，導(dǎo)致樁端阻力得不到發(fā)揮，同時(shí)影響樁底以上一定范圍內(nèi)土體側(cè)摩阻力

的發(fā)揮。