强夯后水位对预制方桩静载试验的影响

文章编号:１００９￣６８２５(２０２０)１２￣００８５￣０２
强夯后水位对预制方桩静载试验的影响
收稿日期:２０２０￣０４￣０３㊀
作者简介:王㊀威(１９８９￣)ꎬ男ꎬ工程师ꎻ㊀王卫红(１９８４￣)ꎬ女ꎬ高级工程师ꎻ㊀王昊杰(１９９６￣)ꎬ男ꎬ助理工程师ꎻ
郭利宏(１９８９￣)ꎬ男ꎬ工程师
王㊀威㊀王卫红㊀王昊杰㊀郭利宏
(山西华晋岩土工程勘察有限公司ꎬ山西太原㊀０３００２１)
摘㊀要:以某化工类地基处理项目中预制钢筋混凝土方桩的单桩竖向抗压极限承载力试验为例ꎬ分析了单桩竖向抗压极限承载力试验检测预制钢筋混凝土方桩在工程中遇到的问题ꎬ指出单桩竖向抗压静载试验适宜安排在地下水位回归正常水位㊁土体重新固结基本完成之后进行ꎬ能够准确判断桩基抗压极限承载力ꎮ关键词:预制钢筋混凝土方桩ꎬ桩基抗压极限承载力ꎬ休止时间中图分类号:ＴＵ４７２文献标识码:Ａ
㊀㊀在我国国内强夯地基处理是一项技术比较成熟的地基处理施工工艺ꎮ强夯施工在地基处理方面优势特别突出ꎬ有用料少㊁造价低㊁加固效果好㊁适用范围广等优点ꎮ
对承载力和沉降变形要求比较高的工民建筑工程ꎬ预制钢筋混凝土方桩不失为一项优先的选择ꎮ预制钢筋混凝土方桩具有集中预制㊁批量生产ꎬ质量可控ꎬ承受荷载能力强ꎬ沉降变形小等特点ꎮ
本文所涉及的地基处理工程ꎬ正是考虑二者地基处理方法优缺点互补ꎬ提高地基整体承载力ꎮ但在施工过程中ꎬ单桩竖向抗压静载试验检测预制钢筋混凝土方桩极限承载力时ꎬ发现在强夯施工前后ꎬ预制钢筋混凝土方桩极限承载力不升反降的现象ꎮ
１㊀工程实例１.１㊀工程概况
某化工类地基处理项目ꎬ采用强夯地基处理方法ꎬ夯击能５０００ｋＮ ｍꎬ强夯有效加固深度不小于７ｍꎬ地基承载力特征值２５０ｋＰａꎮ在场地强夯后ꎬ进行桩基施工ꎬ基桩工程桩选用预制钢筋混凝土方桩ꎬ桩长１６ｍꎬ有效桩长１５.２ｍꎬ桩边长４００ｍｍꎬ桩身混凝土等级为Ｃ４５ꎬ锤击沉桩ꎬ桩端持力层为第⑤层㊁第⑤￣１层或第⑤￣２层土ꎬ桩端(不含桩尖)进入持力层不小于１.０ｍꎮ在地基强夯前后ꎬ均对预制钢筋混凝土方桩进行静载荷试验ꎬ求得方桩单桩竖向抗压极限承载力值(见图
１)ꎮ
图1工程现场图
１.２㊀地质概况
场地内土层主要系第四系山前洪积地层(ＱＰｌ
４)形成的粉土㊁粉砂土㊁粉质粘土等构成ꎬ具体分层如下:
①层粉土(Ｑｐｌ
４):褐黄色为主ꎬ稍湿~湿ꎬ中密~密实ꎬ切面粗糙ꎬ手搓有轻微砂感ꎬ干强度低ꎬ韧性低ꎬ局部夹有薄
层粉砂ꎮ
①￣１层粉土(Ｑｐｌ
４):褐黄色为主ꎬ稍湿ꎬ稍密~中密ꎬ干强度低ꎬ韧性低ꎮ
②层粉砂(Ｑｐｌ
４):青灰色ꎬ很湿~饱和ꎬ稍密~中密ꎬ主要矿物成分为石英㊁长石ꎬ颗粒级配较差ꎬ砂质纯净ꎬ局部夹有薄层粉土ꎮ
③层粉土(Ｑｐｌ
４):褐黄色为主ꎬ饱和ꎬ中密~密实ꎬ切面较粗糙ꎬ黏粒含量较高ꎬ干强度低ꎬ韧性低ꎬ摇振反应中等ꎬ局部夹有薄层粉砂ꎮ
③￣１层粉土(Ｑｐｌ
４):褐黄色ꎬ饱和ꎬ中密~密实ꎬ切面较粗糙ꎬ黏粒含量较高ꎬ干强度低ꎬ韧性低ꎬ摇振反应中等ꎬ局部夹有薄层粉砂ꎮ
④层粉砂夹粉土(Ｑｐｌ
４):该层普遍以粉砂为主ꎬ夹薄层粉土ꎬ青灰色为主ꎬ局部褐黄色ꎬ饱和状态ꎮ
⑤层粉土(Ｑｐｌ
４):褐黄色ꎬ饱和ꎬ中密~密实ꎬ切面较光滑ꎬ具有水平层理ꎬ干强度低ꎬ韧性低ꎬ摇振反应中等ꎬ局部夹有薄层粉砂和粉质黏土ꎮ
⑤￣１层粉砂(Ｑｐｌ
４):青灰色~褐黄色ꎬ饱和ꎬ中密~密实ꎬ主要矿物成分为石英㊁长石ꎬ颗粒级配一般ꎬ夹有薄层粉土ꎬ局部含砾ꎮ
⑤￣２层粉土(Ｑｐｌ
４):褐黄色~黄褐色ꎬ饱和ꎬ中密~密实ꎬ切面较粗糙ꎬ砂粒含量较高ꎬ手搓有轻微砂感ꎬ干强度低ꎬ韧性低ꎬ摇振反应中等ꎬ局部夹有薄层粉砂ꎮ
地下水类型为孔隙潜水ꎬ主要赋存于粉砂和粉土层中ꎬ平均水位位于地面标高下６ｍ处ꎮ一年中地下水最高水位出现在３月~５月ꎬ最低水位出现在８月~１０月ꎮ
１.３㊀检测设备
检测设备是由武汉岩土星科技开发有限公司生产的ＰＤＳ￣ＪＹ无线静载荷仪器ꎬ控制参数２２０Ｖ(３８０Ｖ)/１０Ａꎬ控制精度ʃ５.０％ꎬ其量程０ＭＰａ~６３ＭＰａꎬ精度０.５％ꎬ量程５０ｍｍ/１００ｍｍ(单次)ꎬ环境温度－２０ħ~４０ħ可连续工作ꎬ电源２２０Ｖ(３８０Ｖ)ʃ１０％ꎬ功率不大于５Ｗꎮ
２㊀静载试验方法及数据分析２.１㊀静载试验方法
根据建筑基桩检测技术规范的要求ꎬ为设计提供依据的单桩竖向抗压静载试验应采用慢速维持载荷法[１]ꎮ强夯
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第４６卷第１２期
２０２０年６月
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山西建筑ＳＨＡＮＸＩ㊀ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
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Ｖｏｌ.４６Ｎｏ.１２Ｊｕｎ.㊀２０２０
前后试桩静载荷试验加载均采用慢速维持载荷法ꎬ试验桩加载至基桩检测规范规定的终止加载的情况为止ꎮ
２.２㊀数据分析
强夯前静载试验数据如表１所示ꎮ
表１㊀强夯前单桩竖向抗压静载荷试验数据统计表
静载编号试验最大值/ｋＮ试验终止情况Ｑ ｓ曲线形态陡降起点对应极限值/ｋＮ
夯前￣Ｊ１２６４０总沉降量大于４０ｍｍ陡降型２４２０夯前￣Ｊ２２６４０总沉降量大于４０ｍｍ陡降型２４２０夯前￣Ｊ３
２６４０
总沉降量大于４０ｍｍ
陡降型
２４２０
㊀㊀３组单桩竖向抗压静载荷试验最大加载值均为２６４０ｋＮꎬ载荷试验以桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的５倍ꎬ且桩顶总沉降量超过４０ｍｍ的形式结束ꎬＱ ｓ曲线属于陡降型ꎮ对于陡降型Ｑ ｓ曲线ꎬ应取其发生明显陡降的起点对应的荷载值ꎬ故强夯前试桩的单桩竖向抗压承载力极限值为２４２０ｋＮꎮ
强夯后静载试验数据如表２所示ꎮ
表２㊀强夯后单桩竖向抗压静载荷试验数据统计表
静载编号试验最大值/ｋＮ试验终止情况Ｑ ｓ曲线形态ｓ＝４０ｍｍ对应极限值/ｋＮ
夯后￣Ｊ１２９０４总沉降量大于６０ｍｍ缓变型２５４１夯后￣Ｊ２２５４１总沉降量大于６０ｍｍ缓变型２０４４夯后￣Ｊ３
２５４１
总沉降量大于６０ｍｍ
缓变型
１９５３
㊀㊀３组单桩竖向抗压静载荷试验最大加载值分别为２９０４ｋＮꎬ２５４１ｋＮꎬ载荷试验能稳定结束ꎬ试验达到总沉降量大于６０ｍｍ后停止试验ꎮ对于缓变型Ｑ ｓ曲线ꎬ取ｓ＝４０ｍｍ对应的荷载值ꎬ即２５４１ｋＮꎬ２０４４ｋＮ和１９５３ｋＮꎮ三者的算数平均值等于２１７９ｋＮꎬ极差不超过平均值的３０％ꎬ故强夯后试桩的单桩竖向抗压承载力极限值２１７９ｋＮꎮ
强夯前后ꎬ静载试验Ｑ ｓ曲线形态由陡降型变成了缓变型ꎻ试验终止时加载平均值由２６４０ｋＮ提高到２６６２ｋＮꎬ强夯处理对试验加载最大值有轻微提高ꎻ单桩竖向抗压极限承载力由２４２０ｋＮ下降到２１７９ｋＮꎬ基桩单桩竖向抗压极限承载力值降低１０％(见表３)ꎮ
表３㊀强夯前后单桩竖向抗压静载荷试验数据对比表
试验时间试验最大值/ｋＮ试验终止情况Ｑ ｓ曲线形态承载力极限值/ｋＮ强夯前２６４０总沉降量大于４０ｍｍ陡降型２４２０强夯后
２９０４/２５４１
总沉降量大于６０ｍｍ
缓变型
２１７９
３㊀静载试验问题分析
根据现场强夯检测结果ꎬ处理后地基承载力㊁土的强度和变形指标均能达到设计要求ꎮ按照设计理念ꎬ场地在强夯后地基承载力得到了提高的同时ꎬ基桩的单桩竖向抗压极限承载力理应亦有所提高ꎬ而实际试验却得到了相反的
结果ꎮ产生这种原因ꎬ笔者的分析如下:
１)强夯前ꎬ场地地下水水位位于地面标高下６ｍ处ꎻ强夯期间(地面夯沉量１ｍ)ꎬ场地地下水水位抬升２ｍꎬ位于地面标高下３ｍꎮ本场地在强夯处理完１５ｄ后进行地基检测[２]ꎬ强夯地基检测结束后随即进行桩基施工ꎮ在桩基施工过程中ꎬ部分桩基有地下水涌出现象ꎬ同时ꎬ临近的其他区域仍在强夯施工ꎬ本场地水位基本维持在地面标高下３ｍ位置ꎮ地基处理和桩基施工中ꎬ水位的抬升及上涌ꎬ必然导致土体上涌ꎬ使得土的休止期延长ꎮ
２)强夯后的单桩竖向抗压静载试验是在群桩施工完１０ｄ后进行[１]ꎬ此时场地地下水水位位于地面标高下４ｍ处ꎬ与此同时ꎬ临近区域仍有部分强夯机具施工ꎮ在静载试验期间ꎬ土体处于超孔隙水压力降低㊁地下水水位逐渐往正常水位降落的过程中ꎬ土体的重新固结ꎬ桩身与桩周土位移量不一致产生负摩擦阻力ꎬ导致桩的抗压极限承载力有所下降[３]ꎮ
３)随着休止时间的增加ꎬ土体重新固结ꎬ土体强度逐渐恢复提高ꎬ桩的承载力也会逐渐增加ꎮ根据大量资料表明ꎬ桩的承载力时间效应可以使桩的承载力比初始值增长４０％~４００％[１]ꎮ在本场地施工后期ꎬ水位达到正常水平时ꎬ对工程桩进行了高应变检测ꎬ检测结果表明ꎬ工程桩竖向抗压极限承载力均能达到设计要求的２４２０ｋＮꎮ
４㊀结语
根据建筑基桩检测技术规范要求ꎬ承载力检测时的粉土休止时间不少于１０ｄꎮ在实际工程施工中ꎬ由于受到总工期的限制㊁赶工期等因素的影响ꎬ检测休止时间选择规范规定的最少时间ꎮ本工程强夯后的桩基极限承载力检测正是受到上述因素的影响ꎬ虽满足规范中最少休止时间的要求ꎬ但实际土体仍处于水位高㊁孔隙水压大㊁重新固结程度不高的状况ꎮ在工程桩的验收试验中ꎬ特别是给设计单位提供设计依据的试桩试验ꎬ单桩竖向抗压静载试验应尽量安排在地下水水位回归正常高程㊁土体重新固结基本完成之后进行ꎮ若工期紧ꎬ选择最低休止时间检测ꎬ建议将检测值增加１０％ꎬ用来确定类似本文场地完整土体中桩基的承载力ꎮ
参考文献:
[１]㊀ＪＧＪ１０６ ２０１４ꎬ建筑基桩检测技术规范[Ｓ].[２]㊀ＪＧＪ３４０ ２０１５ꎬ建筑地基检测技术规范[Ｓ].
[３]㊀吕金凯.深厚填土强夯后摩擦端承桩侧摩阻力研
究 以南充联成化学工程项目为案例[Ｄ].绵阳:西南科技大学ꎬ２０１８.
Ｔａｌｋｉｎｇａｂｏｕｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｉｔｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｃｈａｎｇｅｏｎ
ｓｔａｔｉｃｌｏａｄｔｅｓｔｏｆｐｒｅｃａｓｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｑｕａｒｅｐｉｌｅａｆｔｅｒｄｙｎａｍｉｃｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ
ＷａｎｇＷｅｉ㊀ＷａｎｇＷｅｉｈｏｎｇ㊀ＷａｎｇＨａｏｊｉｅ㊀ＧｕｏＬｉｈｏｎｇ
(ＳｈａｎｘｉＨｕａｊｉｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙＬｔｄ.ꎬＴａｉｙｕａｎ０３００２１ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔａｋｉｎｇａｓｉｎｇｌｅｐｉｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｔｅｓｔｏｆａｐｒｅｃａｓｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｑｕａｒｅｐｉｌｅｉｎａｃｈｅｍｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｔｅｓｔｏｆａｓｉｎｇｌｅｐｉｌｅｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｐｒｅｃａｓｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｑｕａｒｅｐｉｌｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ.Ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｏｍ￣ｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｔｅｓｔｏｆａｓｉｎｇｌｅｐｉｌｅｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｔｏｂｅａｒｒａｎｇｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｒｅｔｕｒｎｓｔｏｎｏｒｍａｌａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｃｏｎｓｏｌｉ￣ｄａｔｉｏｎｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｌｅｔｅｄ.Ｉｔｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｒｅｃａｓｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｑｕａｒｅｐｉｌｅꎬｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎꎬｒｅｓｔｔｉｍｅ
６８ 第４６卷第１２期
２０２０年６月
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山西建筑㊀
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