大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩侧摩阻力研究

2015-10-28 482 0

秦海军 罗仓军
(甘肃省建筑设计研究院,甘肃,兰州,730030)
  摘要:兰州市区周边及兰州新区分布着大范围大面积的大厚度自重湿陷性黄土场地,随着城市建设的不断扩张,城市建设中的地基处理面临着消除大厚度黄土湿陷性问题,传统处理技术中的垫层法、强夯法以及挤密法对一般的湿陷性黄土都能满足规范的要求,而对于大厚度自重湿陷性黄土场地,桩基础拥有更出色的优势,它能穿透湿陷性土层坐落在下部坚硬土层上,保证了基础的稳固性。但在桩基设计中,桩周土对桩身的作用机理研究尚不完善,为研究大厚度自重湿陷性黄土对桩身的影响,本文根据工程实际,分别在青白石街道白道坪村和榆中县和平镇的施工现场布置空底桩,对灌注桩侧摩阻力进行研究,得出结论如下:1、在兰州地区高阶地大厚度自重湿陷性黄土的极限侧摩阻力具有一定的规律性;2、在兰州地区大厚度自重湿陷性黄土场地的干作业钻孔桩极限侧摩阻力实测值较《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008中给出的值要高得多。本文的研究结果可为兰州地区类似场地的灌注桩桩基设计提供参考,同时研究结果也表明在工程建设灵活运用规范的同时,应该要注重当地的工程经验。
  关键词:大厚度自重湿陷性黄土;灌注桩;侧摩阻力;兰州地区

  引言
  随着兰州城市建设步伐加快,工程建设逐渐由低阶地向高阶地、由湿陷性土层覆盖浅地段向大厚度湿陷性土层地段进发。一般的地基处理方式不能完全消除大厚度黄土的湿陷性,因而桩基就显现出独特的优势,它能穿透湿陷性土层与下部的坚硬土层,保证了基础的稳固性,但桩周土对桩身的作用机理又是困扰桩基设计的难题,为了认识大厚度自重湿陷性黄土对桩身的影响,结合工程实际,在青白石街道白道坪村布置3根空底桩,在榆中县和平镇黄土墚峁布置2根空底桩,对灌注桩侧摩阻力进行研究,为桩基设计积累经验。本文着重介绍有关的研究成果。
  1.试验场地的岩土工程条件
  1.1青白石街道白道坪村试验场地
  场地地处黄河北岸高级阶地与黄土墚峁冲沟复合地貌,场地黄土层厚度4.40~85.50m。褐黄色,土质较均匀,孔隙、虫孔较发育,具水平层理,含白色钙质条纹,局部含有少量粉砂。无光泽,干强度低,韧性低,摇振反应中等,稍湿,稍密~中密。自重湿陷量58.5~377.5,总湿陷量97.8~379.8,湿陷下限41m。为Ⅲ~Ⅳ级自重湿陷性场地,湿陷性程度严重~很严重。
  1.2榆中县和平镇黄土墚试验场地
  场地地处黄河南岸,榆中县和平镇黄土墚峁,场地黄土厚度0.70~38.90m,褐黄色,土质较均匀,孔隙、虫孔较发育,无光泽,干强度低,韧性低,摇振反应中等,稍湿,稍密。场地自重湿陷带最大分布深度35.6m,
  总湿陷量84.74~290.99cm,自重湿陷量73.13~245.17cm,场地湿陷等级均为Ⅳ级自重湿陷,湿陷程度很严重。
  2.试验概况
  2.1青白石街道白道坪村试验场地试验桩设计
  2.1.1抗压桩设计
  (1)干作业旋挖钻孔钢筋混凝土灌注桩,直径800mm;
  (2)抗压桩数量3根;
  (3)桩长25m,极限侧摩阻力预估值5700kN。
  2.1.2试验桩设计
表1 试桩及锚桩参数
抗压桩编号
桩型
桩长
(m)
直径
(mm)
砼强度
等 级
预估最大加载量(kN)
CZ1#
CZ2#
CZ3#
抗压桩
25
800
C35
5700
锚桩
20
900
扩大头1300
C35
 

  抗压桩CZ1#、CZ2#、CZ3#为直桩,无扩大头,试验桩桩顶标高为地面标高。桩身混凝土强度等级为C35,桩身主筋采用13 14(HRB400),箍筋采用 8@300(HRB400)螺旋箍筋,且在桩顶下2d(1.60m)范围内加密,即 8@200(HRB400),纵筋内侧设置 16@2000(HRB400)加强箍筋并与主筋焊牢,钢筋保护层厚度为50mm,钢筋笼末端用Φ800厚3cm的圆形钢板托底,在钢板相互垂直方向上钻4个孔,将钢筋笼的4根主筋深入钢板下折弯90°焊接连接。
  2.2榆中县和平镇黄土墚试验场地试验桩设计
  2.2.1抗压桩设计
  ⑴桩型:干作业旋挖钻孔钢筋混凝土灌注桩,直径800mm;
  ⑵抗压桩数量2根,分两个区域布置;
  ⑶桩长25m,极限侧摩阻力预估值5700kN。
  ⑷一根抗压桩利用四根锚桩提供反力。
  2.2.2试验桩设计
表2 试桩及锚桩参数
抗压桩编号
桩 型
桩长(m)
直径(mm)
砼强度等级
最大加载量
(kN)
CZ4#、CZ5#
抗压桩
29.0、35.0
800
C35
6000
锚桩
20.0
800
C35

  CZ4#抗压桩桩长约29.0m,CZ5#试桩桩长约35.0m(桩长以挖至桩端距碎石层1.0m控制,上部浇筑钢筋混凝土,下部1m空底),试验桩桩顶标高为地面标高。桩身混凝土强度等级为C35;桩身主筋采用10 16(HRB400);箍筋采用 8@300(HRB400)螺旋箍筋,且在桩顶下5d(4.0m)范围内加密,即 10@100(HRB400);纵筋内侧设置 12@2000(HRB400)加强箍筋并与主筋焊牢;钢筋保护层厚度为50mm。钢筋笼末端用Φ800厚3cm的圆形钢板托底,在钢板相互垂直方向上钻4个孔,将钢筋笼的4根主筋深入钢板下折弯90°焊接连接。

图1 青白石街道白道坪村试桩平面布置图
  2.3施工中注意事项
  施工中在钢筋笼下入孔内后,在圆形钢板和孔壁衔接处用黄胶泥(或类似材料)密封,确保混凝土在浇筑过程中不会掉入下部空底部分。

图2 榆中县和平镇试桩平面布置图
  3、天然状态下桩的极限侧阻力测试结果及分析
  3.1青白石街道白道坪村试验场地桩的极限侧阻力试验结果
  在天然状态下,CZ1#试桩加荷至3990kN过程中Q~s曲线属缓变型,稳定后桩顶沉降量为18.42mm,加载至4560kN过程中,桩身沉降迅速增大,Q~s曲线出现陡降,终止试验时累计沉降量为98.58mm。根据实测数据计算得出,其桩侧极限正摩阻力平均值为63.5kPa。

图3 CZ1#桩的Q-s曲线

图4 CZ1#桩的s-lgt曲线
  CZ2#试桩加荷至4560kN过程中Q~s曲线属缓变型,稳定后桩顶沉降量为18.76mm,加载至5130kN过程中,桩身沉降迅速增大,Q~s曲线出现陡降,终止试验时累计沉降量为92.20mm,根据实测数据计算得出,其桩侧极限正摩阻力平均值为72.6kPa。
 

图5 CZ2#桩的Q-s曲线

图6 CZ2#桩的s-lgt曲线
  CZ3#试桩加荷至5130kN过程中Q~s曲线属缓变型,稳定后桩顶沉降量为14.76mm,加载至5700kN过程中,桩身沉降迅速增大,Q~s曲线出现陡降,终止试验时累计沉降量为98.63mm,根据实测数据计算得出,其桩侧极限正摩阻力平均值为81.7kPa。
试验场地平均极限侧摩阻力为72.6kPa。

图7 CZ3#桩的Q-s曲线

图8 CZ3#桩的s-lgt曲线
  3.2榆中县和平镇黄土墚试验场地桩的极限侧阻力试验结果
  CZ4#试桩加荷至6000kN过程中Q~s曲线属缓变型,稳定后桩顶沉降量为23.21mm,加载至6600kN过程中,桩身沉降迅速增大,Q~s曲线出现陡降,终止试验时累计沉降量为62.13mm,根据实测数据计算得出,其桩侧极限正摩阻力平均值为82.4kPa。

图9 CZ4#桩的Q-s曲线

图10 CZ4#桩的s-lgt曲线
  CZ5#试桩加荷至5000kN过程中Q~s曲线属缓变型,稳定后桩顶沉降量为28.38mm,加载至5500kN过程中,桩身沉降迅速增大,Q~s曲线出现陡降,终止试验时累计沉降量为63.95mm,根据实测数据计算得出,其桩侧极限正摩阻力平均值为56.9kPa。
  试验场地平均极限侧摩阻力为69.7kPa。

图11 CZ5#桩的Q-s曲线

图12 CZ5#桩的s-lgt曲线
  3.3试验数据分析
  CZ1~3#桩桩长为25m,场地土孔隙比e为0.70~1.26,平均桩侧极限正摩阻力为72.6 kPa;CZ4#桩桩长29m,CZ5#桩桩长为35m,场地土孔隙比e为0.80~1.39,平均桩侧极限正摩阻力为69.7kPa。
  4、结论
  1、两组试桩相距遥远,CZ1~3#桩位于黄河北青白石白道坪村,CZ4~5#桩位于黄土南的和平镇,但从平均极限侧摩阻力看相差不大,说明在兰州地区高阶地大厚度自重湿陷性黄土的极限侧摩阻力具有一定的规律性,即它们的正侧摩阻力接近70kPa。
  2、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008给出的稍密~中密的干作业钻孔桩的极限侧摩阻力标准值稍密(e>0.9)为24~42kPa,中密(0.75≤e≤0.9)为42~62kPa;实测值为56.9~82.4kPa较规范值要高得多。

  参考文献
  [1] 张忠苗主编.桩基工程.北京:中国建筑工业出版社,2007
  [2] 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008).北京:中国建筑工业出版社,2008
  [3] 建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003).北京:中国建筑工业出版社,2003
  [4] 黄雪峰,陈正汉,哈双等.大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩承载性状与负摩阻力的试验研究[J].岩土工程学报,2007,29(3):338~346.
  [5] 肖俊华,袁聚云,赵锡宏编著.桩基负摩擦力的试验模拟和计算应用.北京:科学出版社,2009.

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