摘 要：隨著超高層建筑和大跨度橋梁的建設(shè)，超長(zhǎng)樁的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，超長(zhǎng)樁的受力性狀與中長(zhǎng)樁有所區(qū)別，分析和認(rèn)識(shí)超長(zhǎng)樁的工作性狀有充分的現(xiàn)實(shí)意義。

　　關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)樁；灌注樁；豎向靜載荷試驗(yàn)；單樁承載力

　　1．引言

　　超高層建筑和大跨度橋梁的建設(shè)，使得基底荷載越來(lái)越大，超長(zhǎng)樁的應(yīng)用越來(lái)越廣泛（有的樁長(zhǎng)達(dá)100米以上），對(duì)基樁承載力和變形都提出了更高的要求。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的理論與實(shí)測(cè)研究，可普遍認(rèn)為樁長(zhǎng)L≥50m且長(zhǎng)徑比L/D≥50的樁為超長(zhǎng)樁[1].理論研究和工程實(shí)踐均表明，超長(zhǎng)樁的受力性狀與中長(zhǎng)樁（包括短樁）有所區(qū)別。充分分析和認(rèn)識(shí)超長(zhǎng)樁的工作性狀，包括荷載-沉降曲線特性，軸力測(cè)試分析，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮性狀分析，樁側(cè)摩阻力與樁土相對(duì)位移的關(guān)系，樁端阻力發(fā)揮性狀分析，有充分的現(xiàn)實(shí)意義，研究超長(zhǎng)樁不僅是樁基理論自身發(fā)展的需要，更是工程界的迫切要求。

　　2．工程背景

　　本次試驗(yàn)結(jié)合山東凱寶皇都國(guó)際商會(huì)中心樁基工程進(jìn)行。擬建建筑物結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層數(shù)為37層，基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。試驗(yàn)樁共3棵，設(shè)計(jì)樁徑為1000mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為71m，試驗(yàn)要求最大加載值超過(guò)20000kN，確定單樁豎向極限承載力值及相應(yīng)荷載下樁端阻力，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

　　3．工程地質(zhì)概況

　　本試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)勘察深度范圍內(nèi)，表層為素填土，其下為第四紀(jì)晚更新世（Q3、Q2）土層，地基土自上而下分為如下幾層：（1）素填土（2）粉質(zhì)粘土（2）-1粉土（3）粉質(zhì)粘土（4）粉土（4）-1粉砂（4）-2粉質(zhì)粘土（5）粉質(zhì)粘土（5）-1粗砂（5）-2膠結(jié)砂（6）粗砂（7）粉質(zhì)粘土（7）-1姜石（7）-2粗砂（8）粉土（9）粉質(zhì)粘土（9）-1粗砂（9）-2姜石（10）粉質(zhì)粘土（10）-1膠結(jié)砂（11）粉質(zhì)粘土（12）粉質(zhì)粘土（13）粉質(zhì)粘土

　　4、樁身應(yīng)力測(cè)試

　　為給設(shè)計(jì)單位提供樁端阻力值，因甲方要求施工工期緊，我們并沒(méi)有按每層土分別在土層界面處布置鋼筋應(yīng)力計(jì)以便測(cè)得每層土的側(cè)摩阻力。試樁SZ1在樁頂和樁端1倍樁徑處沿周長(zhǎng)分別均勻布置了三只鋼筋應(yīng)力計(jì)；試樁SZ2、 SZ3除在樁頂和樁端與試樁SZ1一樣布置了應(yīng)力計(jì)外，在樁長(zhǎng)50m處又增加布置了一組（三只）鋼筋應(yīng)力計(jì)。

　　試樁施工前，將鋼筋應(yīng)力計(jì)與主筋對(duì)焊連接，焊接時(shí)采取濕毛巾連續(xù)澆水降溫措施，保證鋼筋計(jì)在允許的溫度范圍內(nèi)不致產(chǎn)生附加應(yīng)力。試驗(yàn)前在試驗(yàn)室內(nèi)將鋼筋計(jì)逐個(gè)標(biāo)定，得出每只應(yīng)力計(jì)實(shí)際的率定系數(shù)，在試樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)，鋼筋應(yīng)力計(jì)中鋼弦的振動(dòng)頻率就會(huì)發(fā)生變化，用頻率儀測(cè)出鋼弦的頻率變化即可得出鋼弦的受力大小，通過(guò)下述公式，計(jì)算出每級(jí)荷載下樁身軸力[2].

　　式中N（i，j）-第i級(jí)荷載下第j截面樁身軸力（kN）；

　　-分別為樁身砼和鋼筋的彈性模量（MPa），本次試驗(yàn)中，試樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，取=3.25×104 MPa，鋼筋采用 25，HRB335，取=2.0×105 MPa

　　-分別為樁身截面積和單根主筋的截面積（㎡）；

　　-加載前第j截面鋼筋應(yīng)力計(jì)的頻率（Hz）；

　　-第i級(jí)荷載下第j截面鋼筋應(yīng)力計(jì)的頻率（Hz）；

　　K-鋼筋應(yīng)力計(jì)的率定系數(shù)（kN/Hz）。

　　根據(jù)式（1）算出各級(jí)荷載下樁身各截面處軸力，如圖1所示[3]（僅以SZ3為例）

　　5．靜載試驗(yàn)結(jié)果綜述

　　SZ1試樁分級(jí)為12級(jí)，前11級(jí)分級(jí)加載增量為2000kN，第一次加兩級(jí)，以及逐級(jí)等量加載，第12級(jí)單級(jí)加載增量為1000kN，加載至23000kN，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載量大于20000kN的要求，本級(jí)沉降穩(wěn)定，終止加載而卸載，未到極限荷載。最終樁頂累計(jì)沉降量30.25mm，卸載后殘余沉降13.30mm，回彈率56%；SZ2試樁分級(jí)為12級(jí)，前10級(jí)分級(jí)加載增量為2000kN，第一次加兩級(jí)，以后逐級(jí)等量加載，第11、12級(jí)單級(jí)加載增量為1000kN，加載至22000kN，樁頂沉降急劇增大，單級(jí)沉降已超過(guò)前級(jí)沉降的5倍，且樁頂累計(jì)沉降量超過(guò)60mm，終止加載而卸載，取前一級(jí)荷載為極限荷載；SZ3試樁分級(jí)為13級(jí)，前10級(jí)分級(jí)加載增量為2000 kN，第一次加兩級(jí)，以后逐級(jí)等量加載，第11、12、13級(jí)單級(jí)加載增量為1000kN，加載至23000kN，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載量大于20000kN的要求，本級(jí)沉降穩(wěn)定，終止加載而卸載，未到極限荷載。最終樁頂累計(jì)沉降量32.1mm，卸載后殘余沉降量14.48mm，回彈率55%，

　　6．荷載-沉降曲線特征分析

　　本次試驗(yàn)三棵樁在成樁后分別進(jìn)行了樁端樁側(cè)后注漿處理工藝，解決了樁端沉渣及泥皮過(guò)厚問(wèn)題，SZ1、SZ3試樁Q-S曲線呈緩變形，沒(méi)有明顯的拐點(diǎn)，SZ2試樁加載至22000kN，沉降突然加大荷載迅速掉至14000kN，繼續(xù)補(bǔ)載也加不上兩級(jí)，沉降繼續(xù)發(fā)展，從預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計(jì)反映到頻率儀上，在50m處同一端面出現(xiàn)兩側(cè)頻率值向相反方向變化，說(shuō)明此時(shí)樁身出現(xiàn)彎折或已發(fā)生嚴(yán)重偏斜，觀察樁頂，已明顯出現(xiàn)向側(cè)邊偏移�？梢耘袛嗳舨怀霈F(xiàn)上述情形，SZ2試樁Q-S曲線仍會(huì)和SZ1、SZ3一樣呈緩變形，不會(huì)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。

　　7．結(jié)論

　�。�1）樁端樁側(cè)采用后注漿工藝的超長(zhǎng)灌注樁，Q-S曲線在試驗(yàn)荷載作用下，呈緩變型，無(wú)明顯拐點(diǎn)，其極限承載力往往由樁頂變形值或控制樁身強(qiáng)度來(lái)確定。

　�。�2）由于樁身長(zhǎng)，淺部側(cè)摩阻力小，在極限荷載下，樁頂沉降主要表現(xiàn)為樁身壓縮，壓縮量由彈性壓縮和塑性變形兩部分組成，在高應(yīng)力水平下，樁身塑性壓縮量大，不能把超長(zhǎng)樁作為彈性桿件進(jìn)行計(jì)算。超長(zhǎng)樁的沉降計(jì)算，除要計(jì)算樁端力及樁側(cè)摩阻力傳遞到樁端引起的樁端沉降外，還要充分考慮樁身壓縮變形。

　�。�3）上部土層的側(cè)摩阻力先于下部發(fā)揮作用，荷載達(dá)到一定水平后，下部土層的側(cè)摩阻力才逐漸發(fā)揮出來(lái)。樁身下部位移小，下部側(cè)摩阻力存在不能充分發(fā)揮現(xiàn)象，即超長(zhǎng)樁側(cè)摩阻力本身的發(fā)揮是一個(gè)異步過(guò)程。超長(zhǎng)樁的端阻力發(fā)揮有明顯的滯后性，端阻力在整個(gè)承載力中所占的比例遠(yuǎn)小于側(cè)摩阻力，超長(zhǎng)樁為摩擦樁或端承摩擦樁。

　�。�4）超長(zhǎng)樁樁身長(zhǎng)徑比大，剛度較小，樁頂荷載不易向下傳遞，承載效率較低，極限承載力往往由樁頂變形和樁身強(qiáng)度來(lái)控制，由于樁身壓縮量大，在樁頂沉降達(dá)到控制值時(shí)，樁端沉降量還不大，還遠(yuǎn)未達(dá)到樁端阻力完全發(fā)揮所需要的樁端沉降量，這就嚴(yán)重影響了超長(zhǎng)樁端承力的發(fā)揮。所以設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的樁長(zhǎng)及長(zhǎng)徑比。