PHC管桩在合肥老黏土地区承载特性试验研究

王一鸣

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院， 安徽合肥 230022）

PHC管桩在合肥老黏土地区承载特性试验研究

王一鸣

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院， 安徽合肥 230022）

文章针对PHC管桩在合肥老黏土地区的应用，结合合肥地区老黏土的分布，分析了老黏土的岩土特性，得出了老黏土各种岩土参数的取值范围以及合肥老黏土地区PHC管桩承载及变形特征。通过现场静荷载试验，得到了合肥老黏土地区PHC管桩的桩顶沉降实测数据，为PHC管桩在老黏土地区的应用提供科学的试验与理论依据。

PHC管桩；老黏土；承载力；静载试验

0　引言

先张法预应力高强混凝土管桩（简称PHC桩），是指采用预应力先张法和旋转离心成型方法制成的一种细长空心体混凝土预制构件。目前预应力混凝土管桩在我国广东、上海等软土地区应用与发展较为成熟［1］，但在我国广泛分布的第四纪晚更新世及其以前沉积的黏性土（后称老黏土）地区，却尚缺乏系统有效的研究。随着管桩在老黏土地区的工程应用越来越广泛，老黏土地区应用的理论研究远远落后于工程实践的问题日益突出，主要体现在较多管桩工程的关键技术照搬软土地区应用的理论与成果，关于管桩在老黏土地区的受力机理与承载特性的研究尚不成熟，亟待解决［2］。本文展开一系列试验研究，分析研究了合肥老黏土地区老黏土岩土特性，结合PHC管桩静荷载试验得到更加合理的技术参数［3］。

1　老黏土岩土特性研究

1.1密实性与低压缩性研究

结合对合肥地区多项岩土工程勘察资料及土工试验资料［4］，数据汇总具体见表1。老黏土层的标准贯入实测值一般分别为10-30击/30cm，平均值为17.64击/30cm。此外，通过静力触探试验可得老黏土的Ps值的平均值为5.03MPa，按照规范可得出老黏土的密实度为中密，具体见表2。

表2　老黏土Ps试验值表Table2 Ps test values of the paleo-clay

老黏土典型物理参数压缩系数α1-2为0.07～0.18MPa，依据规范可查出老黏土属于中、低压缩性土。管桩沉桩过程中土体产生扰动且产生超孔隙水压力，相较于高压缩性的软土地区，老黏土地区管桩沉桩后超孔隙水压力消散的时间及受扰动的土体重新固结的时间均较长，引起老黏土地区管桩压桩力和单桩极限承载力之间的关系确定的相关问题及管桩承载力时效性问题。

1.2低渗透性与超固结性研究

老黏土中的含水量随着土层深度的变化是有一定规律的，这个规律就是土层上部含水量小，在土层3～5m处含水量显著增大，然后随着土层深度的增加含水量逐渐减小。老黏土土体中所含水一般为结合水，结合水的黏滞作用使得自由水的渗流受到很大的阻力，所以老黏土的透水和给水能力很弱，一般我们认为它是隔水层。自由水只有克服结合水的抗剪强度后才能开始渗流，其渗透系数K一般小于10-7cm/s。目前管桩在老黏土地区的大范围应用，由于老黏土具有低渗透性，流动性差，使得管桩在沉桩过程中产生很大的孔隙水压力，从而产生浮桩、桩体偏向移位等一系列问题，如图1所示。

图1　老黏土中的孔隙水压力示意图Fig1 Pore water pressure in the paleo-clay

根据现有的勘察资料和室内试验资料，通过研究分析，我们得到老黏土的前期固结压力随着土层深度的增加而变大，呈线性相关的关系，土层类型是超固结土。

1.3非饱和性与膨胀性研究

老黏土普遍为非饱和土，根据多地区勘察报告，计算出饱和度平均值约为94.16%，饱和度数值区间在84.90%～99.70%范围内。饱和度在深度上无明显变化，是因为含水量与孔隙比均随着深度的变化而变化。老黏土土体孔隙比增大，强度降低，渗透系数显著增大是因为土体浸水后，吸水饱和。非饱和土的强度特征参数黏聚力与土体孔隙比息息相关，尤其是非饱和土的吸力，最终影响管桩的端阻力和沉桩过程中的土体扰动区域的大小。老黏土具有弱-中膨胀潜势，自由膨胀率平均值约为52.1%，区间30%～92%。黏土中矿物成分决定着膨胀率的大小，老黏土中矿物成分大部分是伊利石，高岭石、绿泥石与蒙脱石是其中含量较少的部分。

土层的矿物组成决定着老黏土的膨胀性，显著的失水收缩和吸水膨胀是老黏土较为突出特性，具体表现出来就是浸水后土体发生膨胀，形成不可忽略的膨胀力。管桩在沉桩后，其持力层多为具有微膨胀性的老黏土，膨胀土吸水后膨胀，使得孔隙比增大，使得处于持力层中的管桩端部阻力增大；在周围管桩的沉桩过程中更加容易产生裂纹。此外，对于管桩应用于基坑支护中，基坑开挖后老黏土失水收缩，之后又浸水膨胀，产生膨胀力，是支护管桩的设计的考虑因素之一。

2　工程实例分析

2.1工程概况

合肥某工程采用PHC管桩做基础，预应力混凝土管桩型号为PHC-AB600-130，桩长10m，桩身混凝土强度为C80，弹性模量取4.94×104MPa，密度取2470kg/m3。根据勘察单位提供的工程地质勘察报告［5］，整理分析得到该工程管桩穿越老黏土地区各土层物理力学性质指标如下表3所示。

2.2现场试验

根据工程现场静载试验的实际情况［6］，采用分级加载的方式进行，具体工况见表4。在桩顶施加分级静荷载，初级荷载为540kN，持续加载至桩顶沉降达到规范要求，停止加载。现场试验情况如图2～4所示。静荷载试验结果见图5。

表3　各土层物理力学性质指标Table3 Physical and mechanical property indexes of each soil layer

从图5中可以看出，试验曲线为缓变型，加载过程中没有出现明显向下转折段，桩土体没有达到极限状态，仍有一定的承载能力。但是加载至4860kN时，桩顶沉降已达到46.26mm，根据JGJ106-2014《建筑基桩检测技术规范》可以判断，此类管桩在老黏土地区的竖向极限承载力在4320kN左右。

3　结语

表4　试验过程各工况情况表Table4 Each work-condition during test

合肥老黏土属于中、低压缩性土，管桩沉桩后超孔隙水压力消散的时间及受扰动的土体重新固结的时间均较长。老黏土的前期固结压力随着深度增加而增大，线性相关，为超固结土。老黏土普遍为非饱和土，饱和度在深度上无明显变化。老黏土地区管桩静荷载试验荷载-沉降曲线为缓变型，试验加载过程中没有出现明显向下转折段，桩体没有达到极限状态，仍有一定的承载能力，桩端的最终失稳是由于桩端土的破坏导致的。

图2　位移表架设位置图Fig2 Arrangement of displacement meters

图3　外接设备图示Fig3 External devicese

图4　现场静载实验Fig4 Static load test on the spot

图5　静荷载试验管桩荷载-沉降曲线Fig5 Pipe pile load-settlement curve for static load test

［1］王离.预应力混凝土管桩十年来在广东的推广与应用［J］.混凝土与水泥制品，1997（3）：37～40.

［2］徐新跃.预应力管桩中的若干问题.［J］建筑技术，2003，3（43）：187～189.

［3］叶建忠，周建.关于桩端阻力问题的分析与研究现状［J］.建筑科学，2006（6）：64～68.

［4］郭杨，崔伟.应用圆柱孔扩张理论对PHC管桩承载特性的研究［J］.合肥工业大学学报，2010，33（2）：269～273.

［5］郭杨.预应力混凝土管桩在合肥地区应用的几个突出问题［J］.安徽建筑，2008（4）：100～102.

［6］张义.静压预应力管桩单桩极限承载力的应用分析［J］.甘肃科技，2005（7）：129～131.

TEST STUDY OF BEARING BEHAVIOR OF PHC PIPE PILE IN THE PALEO-CLAY AREA IN HEFEI

WANG Yi-ming
（Institute of Geophysical and Geochemical Survey Technology of Anhui Province， Hefei， Anhui 230022， China）

Considering PHC pipe pile used in paleo-clay area in Hefei and distribution of the clay， this paper analyzed geotechnical behavior of the clay， and concluded the range of values taken for various geotechnical parameter of the clay and bearing and deformation features of PHC pipe pile in the area， and acquired measured data on pile top settlement in the paleo-clay area.

PHC pipe pile； paleo-clay； bearing capacity； static load test

1005－6157（2016）03－0225－3

TU473.1

A

2016-05-20

王一鸣（1963－ ），男，安徽望江人，高级工程师，长期从事物探勘查和地基基础检测工作。