混凝土預制樁承載力隨時間增長淺析

李建華 劉東旭 胡寶華

西部建筑抗震勘察設(shè)計研究院·西部檢測公司 710054

1．概論

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

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

樁周土再固結(jié)的過程，也就是樁承載力恢復及增長的過程，施工結(jié)束后初期承載力增長較快，后期較慢。然而，由于孔隙水應力消散過程的復雜性，以及不同場地土性差異，很難以理論分析的方法計算承載力隨時間增長的對應關(guān)系，目前最直接的方法就是用靜載試驗進行確定。

本文通過對同一場地三根預制靜壓樁在不同齡期的靜載試驗結(jié)果對比分析，論證了在飽和軟土地基施工的混凝土預制樁承載力隨齡期增長的關(guān)系。

2.研究概況

三根混凝土預制樁分布于場地30m范圍內(nèi)，編號分別為S1、S2、S3，有效樁長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天齡期靜載試驗結(jié)果

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

圖1S1試樁靜載試驗Ｑ-s、s-lgt曲線

S1試樁最大加載量為2000kN，分8級加載，加載增量為250kN。當荷載加至1750kN時，沉降量為13.12mm，在各級荷載作用下均達到穩(wěn)定標準，Q-s曲線呈緩變形狀。而當荷載加至2000kN時，沉降量急劇增大至48.92mm，未達到穩(wěn)定標準，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試樁成樁時終止壓力約為800kN。可見25天齡期的單樁豎向極限承載力是成樁時的兩倍以上。

2.2成樁3個月齡期靜載試驗結(jié)果

在壓樁結(jié)束3個月時對S2試樁進行單樁豎向靜載荷試驗，其Ｑ-s、s-lgt曲線見圖2。

圖2 S2試樁靜載試驗Ｑ-s、s-lgt曲線

S2試樁最大加載量為2300kN，分9級加載，前3級加載增量為500kN，隨后2級加載增量為200kN，后4級加載增量為100kN。當荷載加至2200kN時，沉降量為19.69mm，在各級荷載作用下均達到穩(wěn)定標準，Q-s曲線呈緩變形狀。而當荷載加至2300kN時，沉降量急劇增大至42.99mm，未達到穩(wěn)定標準，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。

對比S1、S2試樁靜載試驗結(jié)果，可見3個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了26%。

2.3成樁10年齡期靜載試驗結(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月對其進行靜載試驗，靜載試驗時成樁齡期已超過10年，此時靜載試驗所得的單樁豎向極限承載力可認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Ｑ-s、s-lgt曲線見圖3。

圖3 S3試樁靜載試驗Ｑ-s、s-lgt曲線

S3試樁最大加載量為3000kN，分12級加載，加載增量為250kN。當荷載加至2750kN時，沉降量為19.60mm，在各級荷載作用下均達到穩(wěn)定標準，Q-s曲線呈緩變形狀。而當荷載加至3000kN時，沉降量急劇增大至46.12mm，未達到穩(wěn)定標準，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

對比S1、S2、S3試樁靜載試驗結(jié)果，10年齡期的樁單樁豎向極限承載力比3個月齡期的單樁豎向極限承載力增長了25%，比25天齡期的單樁豎向極限承載力增長了57%。由此可見處于飽和軟土區(qū)的混凝土預制樁，壓樁施工中產(chǎn)生的孔隙水應力有一個逐漸消散過程，與之相應的樁周土再固結(jié)要經(jīng)過相當長的時間之后才能完成。樁周土再固結(jié)的過程，也就是樁承載力恢復及增長的過程，施工結(jié)束后初期承載力增長較快，后期較慢。承載力其隨時間增長的特征非常顯著。

3.工程應用實例

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

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

3.1工程樁第一次靜載試驗結(jié)果

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

工程樁第一次靜載試驗結(jié)果表 表1

靜載荷試驗結(jié)果表明，單樁豎向極限承載力不滿足設(shè)計要求，尤其是A390號樁在工程樁施工前后的承載力相差很大。經(jīng)低應變反射波法檢測后，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，由于該場地地基土屬于飽和軟土，密集施工使得孔隙水難以及時排出，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。

如果僅以此試驗結(jié)果判定單樁承載力不滿足設(shè)計要求，它就是一起很嚴重的工程事故，將導致設(shè)計降低承載力使用標準，改變建筑布局，使業(yè)主蒙受巨大的經(jīng)濟損失。根據(jù)承載力隨時間增長的研究成果，建議樁基放置，待樁間土再固結(jié)后進行第二次靜載試驗。

3.2工程樁第二次靜載試驗結(jié)果

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

工程樁第二次靜載試驗結(jié)果表 表2

第二次靜載荷試驗結(jié)果表明，單樁豎向極限承載力有了大幅度的增長，達到了1600～2200kN，由此推斷隨著時間推移，樁周土再固結(jié)的進一步完成，單樁豎向極限承載力還會有一定幅度的增長，能夠滿足設(shè)計要求。

4.結(jié)束語

對于在飽和軟土地區(qū)施工的混凝土預制樁，由于壓樁施工中產(chǎn)生的孔隙水應力有一個逐漸消散過程，與之相應的樁周土再固結(jié)要經(jīng)過相當長的時間之后才能完成。因此通常按25天間歇期進行靜載試驗所得到的承載力，很有可能是與設(shè)計值相差較大的值，工程中無法使用。設(shè)計與試驗人員應明確上述飽和土的這一特性，明確承載力降低的原因，確定在合適齡期進行靜載荷試驗來確定合理的單樁豎向承載力。這樣既能切合實際的保證工程質(zhì)量安全，又能使工程經(jīng)濟合理。

(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)