加筋水泥土支盘抗浮桩基本试验研究

　　摘要：通过现场加筋水泥土支盘抗浮桩基本实验，对加筋水泥土支盘抗浮桩的承载性能进行了研究，结果表明其抗拔承载力远远高于混凝土抗浮桩，值得推广应用。
　　关键词：加筋水泥土支盘抗浮桩；承载力；试验
　　1.工程概况
　　郑东新区CBD丹尼斯商业步行街试桩位于该工程E地块，郑东新区西二大街与西三大街之间，建设单位为郑州汉德置业有限公司。该工程建筑物沿CBD步行街呈南北走向，地上3层，地下2层，基础埋深地面下10.0m，框架结构。原设计采用混凝土灌注桩作为抗浮桩，后经专家论证为节省造价，拟采用加筋水泥土支盘桩作为抗浮桩。
　　2.地质概况
　　根据河南省郑州地质工程勘察院提供的该工程《岩土工程勘察报告》，该工程桩长影响范围内的主要地质概况如下：
　　第1层：杂填土，层厚0.30～3.50米，平均厚度1.23米，层底埋深0.30～3.50米。
　　第2层：粉土，褐黄色，稍湿--湿，稍密--中密，砂感较强，无光泽反应，干强度低，韧性低，层厚0.60～2.30米，平均厚度1.48米，层底埋深1.70～3.80米。
　　第3层：粉土，黄褐色，稍湿--湿，稍密--中密，粉质感较强，无光泽反应，干强度中等，韧性中等，层厚1.20～4.50米，平均厚度2.69米，层底埋深3.80～6.20米。
　　第4层：粉土，浅灰褐色，稍湿--湿，稍密--中密，干强度低，摇振反应中等,韧性低，层厚1.20～5.70米，平均厚度2.59米，层底埋深5.80～10.10米。
　　第5层：粉土，粉质粘土,灰黄色，稍湿--湿，稍密--中密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，层厚0.90～4.50米，平均厚度2.46米，层底埋深7.60～12.80米。
　　第6层：有机质粉质粘土，灰黑色，软塑--可塑，干强度高，韧性中等，含有机质1.1-16.3%，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，层厚0.30～5.10米，平均厚度1.80米，层底埋深9.60～14.00米。
　　第7层：粉土，浅灰色，稍湿--湿，稍密--中密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，干强度低，韧性低，层厚0.70～4.10米，平均厚度2.51米，层底埋深12.40～17.80米。
　　第8层：有机质粉质粘土，灰--灰黑色，软塑--可塑，干强度高，韧性中等，含有机质0.8-14.7%，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，层厚0.90～3.50米，平均厚度1.94米，层底埋深13.70～20.70米。
　　第9层：粉土，浅灰色，稍湿--湿，中密--密实，摇振反应中等，干强度低，韧性低，砂感较强,局部为粉砂,层厚0.60～5.00米，平均厚度2.48米，层底埋深15.30～23.20米。
　　第10层：细砂，灰色--黄色，饱和，中密--密实，成份以石英、长石为主，层厚11.10～18.50米，平均厚度14.51米，层底埋深29.10～35.30米。
　　第11层：粉土，黄褐色，稍湿--湿，中密--密实，摇振反应中等，干强度低，韧性低，层厚0.70～6.20米，平均厚度2.32米，层底埋深32.80～37.50米。
　　第12层：粉质粘土，黄褐—浅棕红色，可塑-硬塑，含结核，干强度高，韧性高，最大揭露厚度8米，最大揭露埋深40.00米，平均埋深40米。
　　3试桩及地质概况
　　3.1试桩概况
　　该工程设计拟采用加筋水泥土支盘桩作为抗浮桩，初步设计抗拔承载力特征值为320kN（工程桩）。为了了解加筋水泥土支盘桩的承载力情况，根据规范及设计要求，施工单位特设置了12根桩作为试桩（共分4组，每组3根，本次检测数量为其中的第一组和第二组2组共6根），根据施工单位提供的施工记录，试桩基本情况如下：
　　3.1.1桩身情况
　　第1组试桩：桩径500mm，支盘1000mm（桩下部设置2个，竖向间距2m），总桩长21m，空桩长10mm，有效桩长11m，桩身通长配置4φ15.2钢绞线。施工日期10月18日；
　　第2组试桩：桩径500mm，支盘1000mm（桩下部设置4个，竖向间距2m），总桩长21m，空桩长10mm，有效桩长11m，桩身通长配置4φ15.2钢绞线。施工日期10月18日；
　　第3组试桩：桩径500mm，支盘1000mm（桩上部设置2个，桩下部设置2个，竖向间距2m），总桩长21m，空桩长10mm，有效桩长11m，桩身通长配置4φ15.2钢绞线。施工日期10月16日；
　　第4组试桩：桩径500mm，支盘1000mm（桩上部设置2个，桩下部设置4个，竖向间距2m），总桩长21m，空桩长10mm，有效桩长11m，桩身通长配置4φ15.2钢绞线。施工日期10月17日。
　　以上总桩长为由自然地面算起，根据该工程岩土工程勘察报告，该试桩区域附近自然地面高程为99.5m（勘察报告以拟建场地E地块东侧众意西路左侧路中心线为相对高程点100.00m）；试验平面位于自然地面下2.5m。试桩平面位置见图1。
　　
　　
　　图1
　　3.1.2施工参数及工艺
　　水泥掺量150kg／m，成桩泵压力5MPa，成支盘喷浆泵压力不小于20MPa。
　　工艺流程：定位→钻机就位→喷浆下沉→喷浆提升→支盘施工→下钢绞线→张拉锁定。
　　⑴定位：根据现场情况，放出试验桩位；
　　⑵钻机就位：就位时，要保证钻机稳固和定位准确；
　　⑶制备水泥浆：按照水灰比0.8～0.9，进行水泥浆配置。水灰比的大小可用比重计量测；
　　⑷喷浆下沉：钻机就位后，开始从地面喷浆下沉，喷浆压力≥5Mpa；
　　⑸喷浆提升：喷浆下沉至设计深度后，开始喷浆提升；
　　⑹支盘施工：喷浆提升支盘设计位置时，在支盘厚度500范围内采用高压喷浆四喷四搅工艺，揭提升沉降速度每分钟为0.45m喷浆压力≥20Mpa；
　　⑺下钢绞线成桩后采用一次性三翼钻头，带钢绞线钻进至设计深度。
　　4检测标准及方法
　　4.1检测标准
　　(1)《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)
　　(2)《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)
　　4.2试验方法
　　4.2.1试验仪器,JYB全自动静荷载试验仪及配套装置。
　　4.2.2试验设备,由电动油泵、千斤顶（1台200tf）、反力支座平台、反力大梁等组成的反力系统提供抗拔反力。
　　4.2.3加荷方式,加荷方式为慢速维持荷载法：
　　(1)每级荷载,由于试桩时试验平台位于自然地面下2m左右，而工程桩标高位于自然地面下10.0m（初步确定），考虑到上覆土体的影响，试桩的破坏荷载应大于设计要求的极限承载力640kN，预估破坏荷载为1000kN，荷载分级为最大荷载的1/10，即每级荷载增量为100kN，首级加荷为200kN。
　　(2)测读方法,每级加荷后，0、5、10、15、15、15、30……30min各测读一次，达到相对稳定标准后，测读应变计读数，即施加下一级荷载。
　　(3)稳定标准,每一小时的桩顶上拔量不超过0.1mm，且连续出现两次。（从分级和在试加后第三十分钟开始，按一个半小时连续3次每三十分钟的上拔观测值计算）。
　　(4)终止加荷条件,当出现规范规定的情况之一时，终止加荷。
　　1）在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍。
　　2）按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时。
　　3）按钢筋抗拉强度控制，桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍。
　　4）对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值。
　　（5）卸荷，分5级卸荷，每卸一级，读记回弹量。
　　试验仪器设备布置示意见下图2。
　　
　　5试验数据及结果分析
　　5.1试验数据
　　现场静载试验检测工作于2006年11月22日开始，至2006年11月30日结束。6根试桩在试验过程中无异常现象。
　　试桩在开挖后的试坑内进行，试坑坑底位于自然地面下2.5m左右，试验前施工单位已将试验平面下7.5m左右的桩周土掏空松动。
　　6根试桩的单桩竖向静载试验数据结果汇总表见下表1。，其单桩试验数据汇总表及相对应的上拔荷载U与桩顶上拔量δ之间的关系曲线（U-δ）和桩顶上拔量δ与时间对数之间的曲线（δ-lgt曲线）、桩顶上拔量δ与上拔荷载对数之间的曲线δ-lgU曲线曲线分别见附图及附表。表1单桩静载试验数据结果汇总表

　　5.2结果分析
　　根据现场试验结果，在钢绞线被拉断以前，6根试桩的Q-s曲线皆为缓变型曲线，从所施加的最大荷载作用下的上拔及上拔趋势来看，6根试桩尚未达到桩周土体决定的承载力极限破坏状态，从荷载维持和稳定时间来看，由于荷载容易维持及荷载较大时的稳定较快，也说明桩周土体仍远没有达到极限状态，其破坏皆是因抗拉材料拉断而破坏。另外，从上拔量来看，第二组较第一组为小。
　　6根试桩在最大加载作用下最大上拔量小于100mm，依照JGJ106-2003的有关规定，分析判断表2单桩静载试验分析结果汇总表
　
　　6结论及分析
　　6.1结论
　　本次6根试桩的静载试验结果表明，在试验条件下测得的2组(每组根)试桩竖向抗拔承载力特征值分别为：第1组（2个分支盘）：467kN，第2组（4个分支盘）：480kN，满足设计要求的320kN。（注：桩的破坏皆为抗拉材料拉断破坏。）
　　6.2分析
　　（1）原设计21mφ600混凝土灌注桩，配筋为16Φ22钢筋。试验后实际采用的加筋水泥土支盘抗浮桩第一种试桩桩型，配筋为3φ15.2钢绞线，工程造价节省了近千万，经济效益明显。
　　（2）混凝土灌注桩受泥皮影响侧摩阻力较小，而加筋水泥土支盘抗浮桩成桩工艺同高压旋喷桩，其侧摩阻力较大。原设计21m长φ600混凝土灌注桩与工程中选用的12m长φ500加筋水泥土支盘抗浮桩抗拔力一样，可见加筋水泥土支盘抗浮桩抗拔力较混凝土灌注桩高的多。
　　（3）混凝土灌注桩施工速度较加筋水泥土支盘抗浮桩慢的多，加筋水泥土支盘抗浮桩的施工速度同普通高压旋喷桩施工速度，工期效益也很明显。
　　参考文献:
　　[1]《加筋水泥土桩锚支护技术规程》CECS147：2004
　　[2]《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)
　　[3]《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)