混凝土預(yù)制樁承載力隨時(shí)間增長(zhǎng)淺析

李建華 劉東旭 胡寶華

西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院·西部檢測(cè)公司 710054

1．概論

混凝土預(yù)制樁是樁基礎(chǔ)最常見(jiàn)的一種樁型，確定其承載力是工程中的一項(xiàng)主要工作。一般而言，在壓樁施工結(jié)束后初期承載力較低，隨著靜置時(shí)間延長(zhǎng)，后期承載力將不斷增加。

處于飽和軟土區(qū)的混凝土預(yù)制樁，承載力主要由樁周土的摩阻力提供，其隨時(shí)間增長(zhǎng)的特征非常顯著。壓樁施工中產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力有一個(gè)逐漸消散過(guò)程，與之相應(yīng)的樁周土再固結(jié)要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間之后才能完成。研究資料表明，壓樁結(jié)束后初始階段孔隙水應(yīng)力消散非常訊速，以后將逐漸減慢。

樁周土再固結(jié)的過(guò)程，也就是樁承載力恢復(fù)及增長(zhǎng)的過(guò)程，施工結(jié)束后初期承載力增長(zhǎng)較快，后期較慢。然而，由于孔隙水應(yīng)力消散過(guò)程的復(fù)雜性，以及不同場(chǎng)地土性差異，很難以理論分析的方法計(jì)算承載力隨時(shí)間增長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，目前最直接的方法就是用靜載試驗(yàn)進(jìn)行確定。

本文通過(guò)對(duì)同一場(chǎng)地三根預(yù)制靜壓樁在不同齡期的靜載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，論證了在飽和軟土地基施工的混凝土預(yù)制樁承載力隨齡期增長(zhǎng)的關(guān)系。

2.研究概況

三根混凝土預(yù)制樁分布于場(chǎng)地30m范圍內(nèi)，編號(hào)分別為S1、S2、S3，有效樁長(zhǎng)20.50m，樁截面400mm×400mm。樁身處于粉質(zhì)粘土層，流塑～可塑，樁端處于古土壤層。

2.1成樁25天齡期靜載試驗(yàn)結(jié)果

按照有關(guān)規(guī)范規(guī)定，在壓樁結(jié)束25天時(shí)對(duì)S1試樁進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，其Ｑ-s、s-lgt曲線見(jiàn)圖1。

圖1S1試樁靜載試驗(yàn)Ｑ-s、s-lgt曲線

S1試樁最大加載量為2000kN，分8級(jí)加載，加載增量為250kN。當(dāng)荷載加至1750kN時(shí)，沉降量為13.12mm，在各級(jí)荷載作用下均達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，Q-s曲線呈緩變形狀。而當(dāng)荷載加至2000kN時(shí)，沉降量急劇增大至48.92mm，未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，Q-s曲線發(fā)生陡降，出現(xiàn)極限破壞現(xiàn)象。據(jù)此確定S1試樁單樁豎向極限承載力為1750kN。

S1試樁成樁時(shí)終止壓力約為800kN。可見(jiàn)25天齡期的單樁豎向極限承載力是成樁時(shí)的兩倍以上。

2.2成樁3個(gè)月齡期靜載試驗(yàn)結(jié)果

在壓樁結(jié)束3個(gè)月時(shí)對(duì)S2試樁進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，其Ｑ-s、s-lgt曲線見(jiàn)圖2。

圖2 S2試樁靜載試驗(yàn)Ｑ-s、s-lgt曲線

S2試樁最大加載量為2300kN，分9級(jí)加載，前3級(jí)加載增量為500kN，隨后2級(jí)加載增量為200kN，后4級(jí)加載增量為100kN。當(dāng)荷載加至2200kN時(shí)，沉降量為19.69mm，在各級(jí)荷載作用下均達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，Q-s曲線呈緩變形狀。而當(dāng)荷載加至2300kN時(shí)，沉降量急劇增大至42.99mm，未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，Q-s曲線發(fā)生陡降，出現(xiàn)極限破壞現(xiàn)象。據(jù)此確定S2試樁單樁豎向極限承載力為2200kN。

對(duì)比S1、S2試樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，可見(jiàn)3個(gè)月齡期的單樁豎向極限承載力比25天齡期的單樁豎向極限承載力增長(zhǎng)了26%。

2.3成樁10年齡期靜載試驗(yàn)結(jié)果

S3試樁于1993年3月壓入土中，因工程停建而未投入使用。2003年12月對(duì)其進(jìn)行靜載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)時(shí)成樁齡期已超過(guò)10年，此時(shí)靜載試驗(yàn)所得的單樁豎向極限承載力可認(rèn)為是該樁的最終單樁豎向極限承載力，單樁豎向靜載荷試驗(yàn)Ｑ-s、s-lgt曲線見(jiàn)圖3。

圖3 S3試樁靜載試驗(yàn)Ｑ-s、s-lgt曲線

S3試樁最大加載量為3000kN，分12級(jí)加載，加載增量為250kN。當(dāng)荷載加至2750kN時(shí)，沉降量為19.60mm，在各級(jí)荷載作用下均達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，Q-s曲線呈緩變形狀。而當(dāng)荷載加至3000kN時(shí)，沉降量急劇增大至46.12mm，未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，Q-s曲線發(fā)生陡降，出現(xiàn)極限破壞現(xiàn)象。據(jù)此確定S3試樁單樁豎向極限承載力為2750kN。

2.4研究結(jié)果

對(duì)比S1、S2、S3試樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，10年齡期的樁單樁豎向極限承載力比3個(gè)月齡期的單樁豎向極限承載力增長(zhǎng)了25%，比25天齡期的單樁豎向極限承載力增長(zhǎng)了57%。由此可見(jiàn)處于飽和軟土區(qū)的混凝土預(yù)制樁，壓樁施工中產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力有一個(gè)逐漸消散過(guò)程，與之相應(yīng)的樁周土再固結(jié)要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間之后才能完成。樁周土再固結(jié)的過(guò)程，也就是樁承載力恢復(fù)及增長(zhǎng)的過(guò)程，施工結(jié)束后初期承載力增長(zhǎng)較快，后期較慢。承載力其隨時(shí)間增長(zhǎng)的特征非常顯著。

3.工程應(yīng)用實(shí)例

西安某高層住宅樓采用混凝土預(yù)制樁樁基，樁截面邊長(zhǎng)400mm，樁長(zhǎng)24m，總樁數(shù)1271根，按樁距等于1.40m滿(mǎn)堂布置。設(shè)計(jì)要求單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2200kN。

工程樁施工前，在該場(chǎng)地對(duì)5根試樁進(jìn)行了單樁靜載荷試驗(yàn)，單樁豎向極限承載力均為2750kN。

3.1工程樁第一次靜載試驗(yàn)結(jié)果

工程樁施工結(jié)束后約30天，對(duì)4根工程樁進(jìn)行了單樁靜載荷試驗(yàn)，其編號(hào)為A784、A611、B34、A390，其中A390為工程樁施工前的試樁，靜載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)《工程樁第一次靜載試驗(yàn)結(jié)果表》(表1)。

工程樁第一次靜載試驗(yàn)結(jié)果表 表1

靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，單樁豎向極限承載力不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，尤其是A390號(hào)樁在工程樁施工前后的承載力相差很大。經(jīng)低應(yīng)變反射波法檢測(cè)后，判定樁身完整，排除了因斷樁等故障造成承載力不足的因素。經(jīng)研究分析，由于該場(chǎng)地地基土屬于飽和軟土，密集施工使得孔隙水難以及時(shí)排出，破壞了部分樁間土的原狀結(jié)構(gòu)，致使樁體上浮，形成所謂的“吊腳樁”，嚴(yán)重地降低了樁側(cè)摩阻力并使端阻力喪失。

如果僅以此試驗(yàn)結(jié)果判定單樁承載力不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，它就是一起很?chē)?yán)重的工程事故，將導(dǎo)致設(shè)計(jì)降低承載力使用標(biāo)準(zhǔn)，改變建筑布局，使業(yè)主蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)承載力隨時(shí)間增長(zhǎng)的研究成果，建議樁基放置，待樁間土再固結(jié)后進(jìn)行第二次靜載試驗(yàn)。

3.2工程樁第二次靜載試驗(yàn)結(jié)果

工程樁施工結(jié)束后約85天，選擇A744、A616、A585號(hào)工程樁進(jìn)行了第二次靜載荷試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)《工程樁第二次靜載試驗(yàn)結(jié)果表》(表2)。

工程樁第二次靜載試驗(yàn)結(jié)果表 表2

第二次靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，單樁豎向極限承載力有了大幅度的增長(zhǎng)，達(dá)到了1600～2200kN，由此推斷隨著時(shí)間推移，樁周土再固結(jié)的進(jìn)一步完成，單樁豎向極限承載力還會(huì)有一定幅度的增長(zhǎng)，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于在飽和軟土地區(qū)施工的混凝土預(yù)制樁，由于壓樁施工中產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力有一個(gè)逐漸消散過(guò)程，與之相應(yīng)的樁周土再固結(jié)要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間之后才能完成。因此通常按25天間歇期進(jìn)行靜載試驗(yàn)所得到的承載力，很有可能是與設(shè)計(jì)值相差較大的值，工程中無(wú)法使用。設(shè)計(jì)與試驗(yàn)人員應(yīng)明確上述飽和土的這一特性，明確承載力降低的原因，確定在合適齡期進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)來(lái)確定合理的單樁豎向承載力。這樣既能切合實(shí)際的保證工程質(zhì)量安全，又能使工程經(jīng)濟(jì)合理。

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì) 文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)