周佳錦1,2，王奎華1,2，龔曉南1,2，張日紅3，嚴天龍3，許遠榮3
（1.浙江大學 濱海與城市巖土工程研究中心，杭州 310058；2. 浙江大學 軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室，浙江 杭州 310058;
3.浙東建材集團，浙江 寧波 315000）
摘 要：為了研究靜鉆根植竹節(jié)樁在軟土地區(qū)中的抗壓、抗拔承載性能，進行了靜鉆根植竹節(jié)樁的抗壓、抗拔靜載試驗，并進行了鉆孔灌注樁的抗壓靜載試驗。通過一組靜鉆根植竹節(jié)樁與鉆孔灌注樁的抗壓靜載試驗對靜鉆根植竹節(jié)樁的抗壓承載性能進行了研究，并將靜鉆根植竹節(jié)樁與鉆孔灌注樁的抗壓承載特性進行比較和分析；通過一組靜鉆根植竹節(jié)樁的抗壓、抗拔靜載試驗對靜鉆根植竹節(jié)樁的抗拔承載性能進行了分析，并分別用冪函數(shù)、雙曲線和指數(shù)函數(shù)對試樁抗拔荷載位移曲線進行了擬合。試驗結(jié)果表明，靜鉆根植竹節(jié)樁在軟土地區(qū)中的抗壓承載性能很可能要好于鉆孔灌注樁；采用指數(shù)函數(shù)對靜鉆根植竹節(jié)樁抗拔荷載位移曲線進行擬合的效果較好，且靜鉆根植竹節(jié)樁抗拔荷載位移曲線較為平緩。
關(guān)鍵詞：靜鉆根植工法；竹節(jié)樁；水泥土；抗壓承載性能；抗拔承載性能；荷載傳遞機理
中圖分類號：TU 473 文獻標識碼：A
Bearing capacity of the static drill rooted nodular piles in soft soil area
ZHOU Jia-jin1,2, GONG Xiao-nan1,2, WANG Kui-hua1,2,ZHANG Ri-hong3, YAN Tian-long3, XU Yuan-rong3
(1. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;
3. ZDOON Building Materials Group, Ningbo, Zhejiang 315000, China)
Abstract: A series of field tests of the static drill rooted nodular piles under compression and under tension as well as a group of field tests of the bored piles were conducted to investigate the bearing capacity of the static drill rooted nodular piles in soft soil areas. A group of field tests of static drill rooted nodular piles and bored piles under compression were conducted to investigate the bearing capacity of the static drill rooted nodular pile under compression and give a comparison on the bearing capacity of the static drill rooted nodular pile and the bored pile. A group of field tests of the static drill rooted nodular piles under compression and under tension were conducted to study the uplift bearing capacity of the pile, moreover, power function, hyperbolic function and exponential function models were used to fit the load-displacement curve of the pile, respectively. The test results showed that: the compressive bearing capacity of the static drill rooted nodular pile is probably better than the bored pile in soft soil area; the exponential function model can be used to fit the load-displacement curve of the static drill rooted nodular pile under tension well, and the curve of the static drill rooted nodular pile under tension is relatively flat.
Key words: the static drill rooted method; nodular pile; compressive bearing capacity; uplift bearing capacity; load transfer mechanism
1 引 言
隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展，樁基礎(chǔ)已經(jīng)成為工程建設(shè)中十分重要的一種基礎(chǔ)形式；我國東南沿海地區(qū)地質(zhì)條件較差，往往有深厚的軟土層存在，樁基承載性能較差。許多學者提出在鉆孔灌注樁施工過程中可以采用樁側(cè)后注漿和樁端后注漿技術(shù)以改善樁基的承載性能；相關(guān)文獻中指出進行樁側(cè)后注漿或樁端后注漿的鉆孔灌注樁的抗壓、抗拔承載性能相比于注漿前都有所提高[1-4]。一些學者也提出了由混凝土和水泥土進行組合形成組合樁基，董平[5]對一種混凝土芯水泥土攪拌樁進行了詳細的試驗研究和有限元模擬分析，并提出了這種樁基的單樁極限承載力計算公式以及荷載傳遞的雙層模式；劉漢龍[6]等通過大模型尺寸試驗對高噴插芯組合樁的承載力及荷載傳遞機制進行了研究，并指出高噴插芯組合樁與同樁長、同樁徑灌注樁相比承載力能提高30%以上，說明組合樁基承載性能相比于傳統(tǒng)混凝土樁有一定的優(yōu)勢。
靜鉆根植竹節(jié)樁也是由預制混凝土樁和通過將水泥漿注入鉆孔土體中形成的水泥土組合而成的一種新型組合樁基。靜鉆根植竹節(jié)樁由預制樁承擔上部荷載，通過樁周水泥土相比于預制樁較大的樁土接觸面積以及水泥土—土體接觸面相比于混凝土—土體接觸面摩擦性質(zhì)的改善來提高樁基的樁側(cè)摩阻力；同時樁側(cè)摩阻力的提高能夠增加樁身軸力，改善在軟土地區(qū)樁側(cè)摩阻力較小使得樁身軸力較小，樁身強度很難得到充分發(fā)揮的情況。因此，可以認為靜鉆根植竹節(jié)樁結(jié)合了預制樁樁身強度高以及水泥土—土體接觸面摩擦性能較好的優(yōu)點，具有較好的工程應用前景。
筆者課題組通過對靜鉆根植竹節(jié)樁現(xiàn)場靜載試驗數(shù)據(jù)分析以及有限元模擬對其承載性能以及荷載傳遞機理進行了一些研究[7-8]，為了對其抗壓、抗拔承載性能進行更加詳細的研究，本文通過一組靜鉆根植竹節(jié)樁和鉆孔灌注樁的靜載試驗對兩種樁基的抗壓承載性能進行比較，通過一組靜鉆根植竹節(jié)樁的抗壓、抗拔靜載試驗對其抗壓、抗拔承載性能進行分析。
2 靜鉆根植竹節(jié)樁與灌注樁抗壓靜載試驗
2.1 試驗概況
該靜載試驗基于溫州某大型電廠基礎(chǔ)工程，前期勘察資料顯示廠區(qū)地質(zhì)條件較差，軟土層厚度達16～20m，主廠房及附屬構(gòu)建筑物必須采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)初步設(shè)計過程中擬選擇鉆孔灌注樁與靜鉆根植竹節(jié)樁中的一種，為了將鉆孔灌注樁與靜鉆根植竹節(jié)樁的抗壓承載性能進行比較，在試驗場地內(nèi)設(shè)置了6根試樁，其中4根靜鉆根植竹節(jié)樁，2根鉆孔灌注樁。4根靜鉆根植竹節(jié)樁試樁中2根試樁鉆孔直徑為850 mm，內(nèi)部預制樁為800 mm管樁和800（600） mm竹節(jié)樁（850 mm靜鉆根植樁）；另外2根試樁鉆孔直徑為700 mm，內(nèi)部預制樁為600 mm管樁和650（500） mm竹節(jié)樁（700 mm靜鉆根植樁）。800（600） mm竹節(jié)樁和650（500） mm竹節(jié)樁尺寸如圖1所示。
圖1 竹節(jié)樁示意圖 (單位: mm)
Fig.1 Sketch of the nodular piles (unit: mm)
2根鉆孔灌注樁直徑都為1000 mm，且6根試樁樁長都為61 m，其中鉆孔直徑為700 mm的靜鉆根植樁上部600 mm管樁長度為46 m，下部650（500） mm竹節(jié)樁長度為15 m；鉆孔直徑為850 mm的靜鉆根植樁上部800 mm管樁長度也為46 m，下部為15 m長的800（600） mm竹節(jié)樁。試驗場地工程地質(zhì)條件如表1所示，試樁持力層均為（7）層礫（卵）石層，進入持力層深度1 m。700 mm靜鉆根植樁設(shè)計極限承載力為7 500 kN，850 mm靜鉆根植樁和1000 mm鉆孔灌注樁設(shè)計極限承載力均為10 000 kN。
2.2 單樁靜載試驗
單樁豎向抗壓靜載試驗執(zhí)行標準為中華人民共和國行業(yè)標準建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ106- 2003）[9]，工程試樁均采用錨樁橫梁反力裝置，采用千斤頂反力加載和百分表測讀樁頂沉降的試驗方法，采用慢速荷載維持法進行分級加載。根據(jù)靜載試驗所測得荷載、沉降數(shù)據(jù)經(jīng)整理后所得各試樁荷載位移曲線如圖2所示。圖中Q為樁頂荷載，S為樁頂位移，試樁S1-1和S1-2為700 mm靜鉆根植樁，試樁S2-1和S2-2為850 mm靜鉆根植樁，S3-1和S3-2為1 000 mm鉆孔灌注樁。
從圖2中可以看出，各試樁曲線走向相似，各級沉降穩(wěn)定、連續(xù)、無突變，均為緩變形曲線。其中S1-1和S1-2試樁在加載到8 250 kN時樁頂位移分別為28.97 mm和30.69 mm，均未超過40 mm，即700 mm靜鉆根植樁極限承載力為8 250 kN，滿足設(shè)計要求；S2-1和S2-2試樁在樁頂荷載為11 000 kN時，樁頂位移分別為25.44 mm和24.4 mm，即850 mm靜鉆根植樁極限承載力為11 000 kN，也滿足設(shè)計要求；S3-1和S3-2試樁在加載到11 000 kN時樁頂位移分別為30.47 mm和27.65 mm，1 000 mm鉆孔灌注樁也滿足設(shè)計要求。對比850 mm靜鉆根植樁和1 000 mm鉆孔灌注樁試樁荷載位移曲線可以發(fā)現(xiàn)，兩種類型試樁極限承載力相同，都為1 1000 kN，而當樁頂荷載為11 000 kN時，850 mm靜鉆根植竹節(jié)樁樁頂位移要小于1 000 mm鉆孔灌注樁樁頂位移，且850 mm靜鉆根植樁樁身直徑要小于1 000 mm鉆孔灌注樁，這可能是因為靜鉆根植樁樁側(cè)摩阻力由水泥土—土體界面提供，其摩擦性質(zhì)要好于鉆孔灌注樁樁土界面摩擦性質(zhì)，并且靜鉆根植樁中樁端水泥土擴大頭也能夠改善樁端承載性能。從上述分析中可以得出靜鉆根植樁在軟土地區(qū)中的抗壓承載性能很可能要好于鉆孔灌注樁。
圖2 試樁荷載位移曲線
Fig. 2 Load-displacement curves of test piles
表1 試驗場地土體性質(zhì)
Table 1 Properties of soils in test site
|
土層
|
土名
|
土層厚度H
/ m
|
管樁
|
鉆孔灌注樁
|
承載力特征值
|
|
qsa
/ kPa
|
qpa
/ kPa
|
qsa
/ kPa
|
qpa
/ kPa
|
|
1
|
黏土
|
0.50～3.00
|
25
|
|
22
|
|
90
|
|
2-1
|
淤泥
|
0.30～15.90
|
14
|
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