水利工程基樁水平承載力試驗分析

譚麗娥，汪魁峰

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003）

1 基樁水平承載力試驗?zāi)康?/h2>

基樁是一種應(yīng)用十分廣泛的基礎(chǔ)形式，如何正確評價樁的承載力，選擇合理的設(shè)計參數(shù)是一個關(guān)系到樁基是否安全與經(jīng)濟的重要問題【1】。樁所受的水平荷載有多種形式，如風力、制動力、地震力、船舶撞擊力及波浪力等等。近年來，隨著高層建筑物的大量興建，風力、地震力等水平荷載成為建筑物設(shè)計中的控制因素，建筑基樁的水平承載力和位移計算成為建筑物設(shè)計的重要內(nèi)容之一【2】。水平承載樁的工作性能主要體現(xiàn)在樁與土的相互作用上，即利用樁周土的抗力來承擔水平荷載?；鶚端届o載力特征值取決于樁的材料強度、截面剛度、入土深度、土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等因素，應(yīng)通過水平靜載試驗來提供相關(guān)參數(shù)，即采用接近于水平受荷樁實際工作條件接近的試驗方法，確定單樁水平臨界荷載和極限荷載，為工程設(shè)計提供依據(jù)或?qū)こ虡兜乃匠休d力進行檢驗與評價。

文中引用的工程實例為某河流混凝土防洪墻，該工程修建于1987～1993年間，墻體形式有混凝土重力式、混凝土樁基、樓壩結(jié)合體和混凝土扶臂式等多種結(jié)構(gòu)形式。1999年8月對防洪墻進行評估，對墻體的抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、防滲漏穩(wěn)定性和墻體高度進行安全復(fù)核，并依據(jù)復(fù)核結(jié)果對現(xiàn)有的防洪墻體進行除險加固處理。加固方案之一是在墻體背水側(cè)基礎(chǔ)設(shè)置抗滑樁以提高抗滑移穩(wěn)定性。樁的類型分為機械鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁。由于相鄰建筑物之間的防洪墻墻體空間較為狹窄，不具備機械作業(yè)的條件，為此抗滑樁選用了人工挖孔樁，樁徑為1000 mm。

基樁所在地段地質(zhì)條件為：（1）雜填土。主要為淺黃色粉土或粉質(zhì)粘土夾雜碎石、少量碎磚塊、爐渣、局部少量白灰等，厚度為0.3～3.1 m。（2）素填土。為粉土或粉質(zhì)粘土、細砂，局部夾零星碎石和少量磚塊，厚度為0～3.1 m。（3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土。淺灰黑色，局部夾小于1 mm的粉砂層，很濕，軟～可塑狀態(tài)，中壓縮性土，厚度為1.7～4.9 m。（4）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土與細砂互層。淺灰黑色，2～3 mm淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土與1～2 mm細砂夾層，濕，1＜e＜1.5，中壓縮性土，厚度為 1.0～5.5 m。本層下部粘性土相對減少，變?yōu)橛倌噘|(zhì)細砂。（5）卵石層。黃色或灰黑色，圓形、亞圓形居多，粒徑大于2 cm占50%以上，含少量中粗砂。

該次試驗為判定單樁水平承載力特征值是否滿足設(shè)計要求[3]。

2 試驗裝置與試驗方法

2.1 試驗裝置

試驗裝置連接見圖1。

圖1 水平靜載試驗裝置示意圖

（1）加載與反力裝置。水平加載裝置采用臥式油壓千斤頂，其加載能力不小于最大試驗荷載的1.2倍。根據(jù)現(xiàn)場條件結(jié)合規(guī)范要求[3]，采用與試驗樁相鄰的工程樁作為反力裝置。水平力作用點與工程的樁基承臺底面標高一致，千斤頂與試樁接觸處安裝球形支座，使水平作用力方向始終水平和通過樁身軸線，不隨樁的傾斜和扭轉(zhuǎn)而改變，同時可以保證千斤頂在試樁施力點位置的試驗中保持不變。

（2）量測裝置。所加荷載值采用專用靜載測讀設(shè)備讀取。對于位移的測量采用大量程的位移傳感器，在水平力作用平面受檢樁兩側(cè)對稱安裝2個位移傳感器，通過數(shù)據(jù)線與主機相連。

2.2 試驗方法

（1）加、卸載方式。本試驗根據(jù)規(guī)范[3]及委托要求，采用單向多循環(huán)加載法，根據(jù)預(yù)估的水平極限承載力和規(guī)范的要求，每級施加的荷載值為50 kN，每級荷載施加后橫載4 min即測讀水平位移，然后卸載為零，停2 min即測讀殘余水平位移，如此循環(huán)5次，試驗過程中不得停頓。

（2）終止試驗條件。結(jié)合規(guī)范和設(shè)計要求，當出現(xiàn)樁身折斷或水平位移達到6 mm時終止加載。

3 試驗數(shù)據(jù)處理及分析

本次試驗選取了3個試樁，樁參數(shù)及設(shè)計要求見表1。

表1 試樁參數(shù)及設(shè)計參數(shù)

3.1 水平力-時間-作用點位移（H-t-Y0）關(guān)系曲線和水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）關(guān)系曲線繪制

對試驗測得的原始數(shù)據(jù)進行整理分析，繪制水平力-時間-作用點位移（H-t-Y0）關(guān)系曲線和水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）關(guān)系曲線，見圖2～7。

圖2 18號樁 H-t-Y0曲線

圖3 19號樁 H-t-Y0曲線

3.2 水平靜載試驗結(jié)果

試驗采用單向多循環(huán)加載法，單樁的水平臨界荷載取H-t-Y0關(guān)系曲線出現(xiàn)拐點的前一級水平荷載值；取H-△Y0/△H關(guān)系曲線上第一拐點對應(yīng)的水平荷載值。具體檢測結(jié)果見表2。

圖4 62號樁H-t-Y0曲線

圖5 18號樁H-△Y0/△H曲線

圖6 19號樁H-△Y0/△H曲線

根據(jù)設(shè)計及試驗終止條件要求，3根試樁水平承載力特征值均大于設(shè)計要求的單樁水平承載力246 kN。

4 結(jié)語

圖7 62號樁H-△Y0/△H曲線

表2 試樁水平荷載試驗檢測結(jié)果

（1）水平靜載試驗宜根據(jù)工程樁實際受力特性，選用單項多循環(huán)加載法或慢速維持荷載法。一般來說，對于長期承受水平荷載作用的基樁，加載方式采用慢速維持荷載法?；炷练篮閴χ挥性诎l(fā)生大洪水的情況下起到擋水作用，承受水平荷載，因此，選用單項多循環(huán)加載法是合理的。

（2）水平靜載試驗一般按設(shè)計要求的水平位移允許值控制加載，為設(shè)計提供依據(jù)的試驗樁宜加載至樁頂出現(xiàn)較大的水平位移或樁身結(jié)構(gòu)破壞。試驗按設(shè)計要求的水平位移允許值6 mm為終止加載試驗條件，符合基樁實際工作情況，能滿足工程樁水平承載力驗收檢測要求。

[1]羅騏先.樁基工程檢測手冊[S].北京：人民交通出版社，2004，4.

[2]陳凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004，7.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.JGJ106-2003，建筑基樁技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.