西安地区钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验研究

吴群昌

(西安市勘察测绘院,陕西西安 710054)

西安地区钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验研究

吴群昌∗

(西安市勘察测绘院,陕西西安 710054)

针对西安市三环路系统工程特点和建设场地岩土工程条件,选择有代表性的三个场地进行大直径、大吨位钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验研究。通过试桩试验确定了单桩竖向抗压极限承载力和桩周土极限侧摩阻力等参数。经过对试验结果的分析研究,对工程桩基的设计、施工提出了科学合理的建议。

钢筋混凝土钻孔灌注桩;试桩试验;极限承载力标准值;侧摩阻力标准值

1 引 言

西安市三环路系统工程是西安市“十五”期间重点建设项目,全线数座互通式立交和跨河大桥均采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。为给设计提供依据和优化工程桩施工参数,保证桩基工程达到技术先进、经济合理和安全可靠的目标,建设方要求工程桩施工前在有代表性的三个场地进行试桩试验研究。通过试桩试验确定的桩侧摩阻力值普遍比《建筑桩基技术规范》的建议值高30%～50%。

2 工程概况及岩土工程条件

2.1 工程概况

拟建的西安市三环路系统东三环官厅立交桥位于西安市东郊灞桥区官厅村,试验场地位于官厅村西;拟建的三环路系统北三环吕小寨立交桥位于西安市北郊北绕城高速未央路收费站西南侧,试验场地位于北绕城高速未央路收费站西南侧;拟建的三环路系统西三环西户路立交桥位于西安市西南郊小曹里村西,试验场地位于小曹里村西。

2.2 场地岩土工程条件

根据岩土工程勘察报告,官厅场地地貌单元属灞河一级阶地,地形平坦,属非自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅰ级(轻微)。场地地下水水位深度4.50 m,属潜水类型。

吕小寨场地地貌单元属渭河南岸一级阶地。场地地下水地下水水位埋深8.60 m,属潜水类型。该场地为非自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅰ(轻微)级。

表1 场地地层物理力学性质指标统计表

西户路场地地貌单元属皂河一级阶地。场地属非自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅰ级(轻微)。

场地各主要地层的物理力学性质指标如表1所示。

3 试桩试验

3.1 试验点的布置及要求

根据设计要求,各试验场地均布置试桩2根,锚桩6根,桩径1 200 mm,桩长38.0 m。施工采用机械旋挖钻成孔工艺,水下灌注混凝土成桩,桩身混凝土强度等级C25。试桩及锚桩桩身主筋配置:桩顶至18.0 m处30Φ25,自18.0 m～36.0 m处15Φ25。试桩编号为S1～S6,其中S1和S2为官厅场地、S3和S4为吕小寨场地、S5和S6为西户路场地。

3.2 试验内容及要求

通过对试验场地6根试桩进行桩孔成孔质量测试、桩身完整性的低应变反射波法和声波透射法检测、单桩静载荷试验和桩身内力测试。提供桩孔孔深、孔径、孔斜和孔底沉渣厚度、单桩竖向抗压极限承载力和桩周土极限侧摩阻力等参数,并对试桩桩身完整性进行分类。

3.3 试桩试验方法及技术要求

试桩试验依据《建筑基桩检测技术规范》和《建筑桩基技术规范》进行。成孔质量测试采用孔径仪、孔斜仪、沉渣测定仪,对试桩成孔质量进行桩孔深度、孔径、沉渣厚度和垂直度检测。成桩质量测试方法为低应变弹性波反射法和超声波透射法。桩周土侧摩阻力测试采用HXG-1型钢筋应力计,在试桩桩身主筋预定位置上绑扎钢筋应力计。钢筋应力测试与静载荷试验同步进行,静载荷试验加载前读取钢筋应力计初读数,每级荷载施加后及桩顶沉降稳定后各测量一次读数。各钢筋应力计的埋深位于地层分界处。钢筋应力计埋设参数如表2所示。

表2 钢筋应力计埋设参数表

续表2

4 试桩试验结果分析评价

4.1 成孔质量检测结果

依据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002),由表3可见,6根试桩成孔质量的桩孔深度、孔径、沉渣厚度和垂直度偏差均满足规范及设计要求,平均孔径为1 184 mm～1 230 mm。

表3 试桩桩孔成孔质量测试结果汇总表

4.2 成桩质量测试结果

(1)桩身低应变测试结果

依据规范,从6根试桩S1～S6的低应变反射波实测曲线分析看,6根试桩桩底反射信号清晰可见,表明试桩桩身结构完整,均属Ⅰ类桩。试桩S1和S2实测混凝土纵波波速在2 846 m/s～2 900 m/s之间;试桩S3和S4实测混凝土纵波波速在2 780 m/s～2 840 m/s之间;试桩S5和S6实测混凝土纵波波速在2 930 m/s～3 010 m/s之间。

(2)桩身声波透射法测试结果

根据对该场地6根试桩成桩质量的声波透射法测试曲线综合分析,6根试桩桩身结构均完整,均属Ⅰ类桩。

4.3 单桩竖向抗压静载荷试验结果

根据静载荷试验资料分析,试桩S1～S2在20 000 kN荷载下,Q～s曲线均呈缓变状,未达到极限破坏状态,桩顶最终沉降量分别为12.83 mm、13.03 mm,如图1所示。依据国家行业标准《建筑基桩检测技术规程》,2根试桩在试验条件下的单桩竖向抗压极限承载力为20 000 kN。试桩S3～S4在15 000 kN荷载下,Q～s曲线均呈缓变状,未达到极限破坏状态,桩顶最终沉降量分别为16.31 mm、15.18 mm,如图2所示。依据国家标准,2根试桩在试验条件下的单桩竖向抗压极限承载力为15 000 kN。试桩S5～S6在18 000 kN荷载下,Q～s曲线均呈缓变状,未达到极限破坏状态,桩顶最终沉降量分别为17.75 mm、19.18 mm,如图3所示。依据国家标准,2根试桩在试验条件下的单桩竖向抗压极限承载力为18 000 kN。

图1 S1、S2载荷试验Q～s曲线

图2 S3、S4载荷试验Q～s曲线

图3 S5、S6载荷试验Q～s曲线

4.4 桩身内力测试结果

(1)桩身轴力测试结果

根据钢筋应力计实测数据及各钢筋应力计的率定曲线参数,可确定出钢筋笼主筋的轴向力。

根据钢筋与混凝土应变谐调条件,可按下式计算出各断面处的桩身轴力。

式中:Qi——桩身第i断面处轴力(kN);

Ai—第i断面处桩身截面面积(m2),根据实测孔径计算;

Ei—第i断面处桩身材料弹性模量(kPa)。

从实测资料计算结果绘制的桩身轴力分布图4～图6看,在桩顶荷载作用下,各桩身轴力均随深度的增加而递减,到桩端时已很小,反映出各桩均以摩擦桩为主的承载特性。

图4 S1、S2桩身轴力分布图

图5 S3、S4桩身轴力分布图

图6 S5、S6桩身轴力分布图

(2)桩周土侧摩阻力测试结果

根据计算的桩身轴力分布图可得到桩身各测点截面的轴力Qi(kN)。

桩第i断面与第i+1断面间的侧摩阻力qsi(kPa)可按下式计算:

式中:u——桩身周长(m),根据实测孔径平均值(m)计算。

li——第i断面与第i+1断面之间的桩长(m)。

根据计算得到的各试桩在试验极限承载力下的地基土侧摩阻力发挥值如表4所示。

计算得到的各试桩在试验极限承载力下的桩端阻力发挥值很小,反映试桩承载力尚有潜力。

5 结论与建议

通过对西安市三环路系统钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验分析研究。得出下列结论:

(1)三环路系统6根试桩成孔质量的桩孔深度、孔径、沉渣厚度和垂直度偏差均满足设计及有关规范要求。

(2)三环路系统6根试桩桩身完整,均为Ⅰ类桩。

(3)三环路系统钢筋混凝土钻孔灌注桩在试验条件下的单桩竖向抗压极限承载力为:官厅场地20 000 kN、吕小寨场地15 000 kN、西户路场地18 000 kN。

(4)根据桩身内力测试结果分析研究,建议该钢筋混凝土钻孔灌注桩在试验荷载下的桩侧摩阻力参照表5采用。试桩试验测试的桩侧极限摩阻力比《建筑桩基技术规范》的建议值普遍高30%～50%(个别地层低于规范建议值)。

表4 地基土侧摩阻力发挥值(单位/kPa)

表5 侧摩阻力建议值(单位/kPa)

(5)在桩身内力测试结果的基础上,经综合分析研究,建议该钢筋混凝土钻孔灌注桩设计桩长调整为36 m,为工程桩设计提供了可靠的依据。

[1] 姜规模,张思玉,韦显呈.钢筋混凝土钻孔灌注桩应用研究[J].岩土工程界,2009(8).

[2] 李丰,吴群昌,姜规模等.西安市三环路系统钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验研究[A].第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C].中国地质学会,中国岩石力学与工程学会,中国建筑学会,中国土木工程学会,2009(6).

[3] 姜规模,吴群昌,蔡金选等.西安市某工程钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验研究[A].第八届全国工程地质大会论文集[C].中国地质学会,2008(10).

[4] GB50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].

[5] GB50010-2002.混凝土结构设计规范[S].

[6] JGJ106-2003 J256-2003.建筑基桩检测技术规范[S].

[7] JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[8] GB50202-2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

An Experimental Research on Reinforced Concrete Drill-hole Pile Testing of the Third Ring Road System in Xi’an City

Wu Qunchang
(Xi’an Institute of Prospeotng&Mapping,Xi’an 710054,China)

According to the characteristics of the system engineering of the Third Ring Road in Xi’an city and the geotechnical conditions of construction site,the trial pile tests were carried out on the typical three sites with large diameter and large-tonnage reinforced concrete drill-hole pile.The parameters,such as vertical resist compression ultimate bearing capacity and the ultimate friction resistance of single pile,were determined.In addition,the suggestions to constructing and design of boundation piles were proposed based on the analysis of the experimental results.

reinforced concrete drill-hole pile;trial pile test;the standard value of the ultimate bearing capacity;the standard value of the friction resistance

2014—03—18

吴群昌(1964—),男,高级工程师,主要从事岩土工程技术工作。