動靜結合分析基樁受力特性

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1、靜載荷試驗P-s曲線分析 
    為研究方便，人們將端承摩擦樁的P-s曲線劃分為3個區(qū)段：
    (1)OA段：稱為初直段。在豎向荷載不大的情況下，樁側土處于彈性變形階段，樁側土的極限摩阻力高，OA段就較長，反之OA段較短。
    (2)AB段：稱為過渡段。這一段為曲線，表明摩阻力逐漸增大，過渡到極限值，出現(xiàn)塑性變形，塑性區(qū)隨荷載增大沿樁身向下擴展，其形態(tài)主要取決于土質特性及樁的幾何參數(shù)。
    (3)BCD段：稱為終直段。此時土的變形規(guī)律與OA段和AB段明顯不同，樁側阻力已全部發(fā)揮，樁側土進入塑性變形階段，它的特征是：沉降量明顯增大；殘余沉降量也明顯增大；每一級荷載的穩(wěn)定時間明顯變長。
    最后，樁側及樁底土達到破壞。事實上，到C點時樁周土承載已達到極限。對于完整的樁應出現(xiàn)以上變化正常的幾個區(qū)段，并可根據(jù)現(xiàn)行的標準確定承載力。對于缺陷樁，可以根據(jù)不同區(qū)段的曲線變異來判斷樁身缺陷大致是出現(xiàn)在樁的上部、中部或下部。
    一般樁在荷載作用下發(fā)生的破壞，是由以下兩種情況引起的：樁身強度破壞(包括樁身存在缺陷的情況)；地基土強度破壞(樁身完整的情況下，樁的破壞多是由地基強度破壞引起的)。
    僅僅依靠P-s曲線及s-lgt曲線，較難區(qū)分樁在荷載作用下的破壞原因。根據(jù)大量靜載試驗資料，專家們總結出樁身存在松散、離析或斷裂等缺陷時與處于軟土中的樁(包括鉆孔樁泥皮過厚的情況)P-s曲線形態(tài)一致；樁身夾泥或斷樁，或樁身有裂隙等缺陷時，與樁底支承在有孔隙強風化巖上或樁底有過厚虛土的完整樁Ｐ-s曲線形態(tài)相類似。如果沒有詳實的勘察資料及豐富的測試經(jīng)驗，則無法區(qū)分樁的破壞是樁身質量問題引起的，還是樁周土的問題引起的。若在靜載荷試驗時輔以小應變測試，問題就可迎刃而解，誤判率就會大大降低。
    2、實例分析 
    某工程采用鉆孔灌注樁，樁長13.2m，樁徑550mm，設計承載力750kN。樁底持力層為⑥層全風化基巖。根據(jù)建設、設計方要求，進行一組靜載荷試驗，按《建筑樁基技術規(guī)范(JGJ94-94)》規(guī)定，試驗時采用錨樁配置橫梁反力裝置，千斤頂加荷。 
    根據(jù)地質勘察報告，地層自上而下為：①雜填土，層底深度為0.4～0.45m；②黃土狀粘土，稍濕，具大孔結構，層底深度為2.20～2.30m；③粉質粘土，濕-很濕，土質較均勻，層底深度為3.60～3.8m；④粘土，濕，含較多氧化鐵及鐵錳結核，層底深度4.40～4.70m；⑤殘積土，濕-很濕，為閃長巖風化，呈土狀，部分呈砂狀，手捏易碎，原巖的結構構造無法辯認，層底深度為13.10～13.60m；⑥全風化基巖，濕，閃長巖全風化呈砂狀，部分呈土狀，偶見塊狀，礦物成分已蝕變，原巖結構較難辯認，最大揭露深度為18.70m。
    靜載測試進行前，先對試樁及其錨樁進行了低應變測試，發(fā)現(xiàn)試樁樁身存在缺陷。從測試曲線分析，在3～4m處存在縮頸，程度不嚴重。但波形中存在二次反射，說明該缺陷具備一定規(guī)?；蛘咴?～8m亦存在一定缺陷。為驗證其承載力，決定仍對其進行靜載試驗。按技術規(guī)范要求應加荷至1500kN，分15級加荷，每級荷載100kN。加荷過程中，加荷至700kN時沉降量陡增，為驗證缺陷性質及其對承載力的影響，決定繼續(xù)加荷，此時估計出現(xiàn)兩種情況：樁完全破壞，無法加荷；樁身有裂隙，壓實后，承載力可以穩(wěn)定。但加至1000kN時，發(fā)現(xiàn)每一級荷載都很難穩(wěn)定，而且加至1000kN時，沉降量已超過60mm，表現(xiàn)為陡降形曲線，只好停止加荷。從P-s曲線看，在P＝60.0kN時，出現(xiàn)拐點，但s７００/s600＝17.52/1.19＝13.58>>5(s７００、s６００分別為荷載700kN和600kN時樁頂沉降量)。而從s-lgt曲線看：小于700kN的各級荷載作用下，沉降穩(wěn)定，荷載達700kN時，沉降在近7h左右仍未穩(wěn)定。其后各級荷載下的沉降都沒能穩(wěn)定而且沉降量明顯增大。根據(jù)規(guī)范有關規(guī)定，確定其極限承載力為600kN。
    靜載試驗后，又對該試樁再次進行了低應變檢測，對比試驗前后兩條實測曲線，曲線波形基本相同，對缺陷的反映沒有變化，也就是說，樁受荷后，樁身沒有變化，即樁承載力未達設計要求并非樁身缺陷所致。 
    為進一步驗證這個結論，又挑選了一根完整樁進行靜載試驗，按同樣方法進行靜載測試。當加荷至700kN時，同樣出現(xiàn)了沉降量陡增的現(xiàn)象，s７００／s６００＝7.66/1.35＝5.67＞5。P-s曲線中出現(xiàn)明顯的第二拐點，s-lgt曲線中P＝２００～６００kN曲 線平坦，分布均勻，Ｐ＝700kN時曲線明顯彎曲變形，穩(wěn)定時間達4h。繼續(xù)加荷至800kN時，出現(xiàn)穩(wěn)定現(xiàn)象但沉降量已達15.90mm，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，判斷其承載力為600kN。也就是說，完整樁的承載力也無法滿足設計要求，其承載力值與原試樁相當。
    3、結束語 
    (1)分析可知，原試樁為輕微缺陷樁，缺陷對樁的承載力影響不大，可作為完整樁看待。而該工程的主要問題在于施工質量欠佳，導致泥皮過厚，引起基樁承載力降低，經(jīng)設計人員作補樁處理后，該工程順利施工。如果沒有低應變輔助分析，僅將該樁作為缺陷樁處理，后果將不堪設想。
    (2)用低應變輔助靜載荷試驗在基樁質量檢測中是非常必要的，它可以大大地豐富靜載荷試驗的信息量，提高對靜載荷試驗曲線的分析能力。同時亦有助于積累經(jīng)驗，為基樁低應變檢測樁身質量提供依據(jù)。