單樁水平靜載試驗在某場地擬建工程區(qū)的應(yīng)用

薛寶恒

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741025）

單樁水平靜載試驗在某場地擬建工程區(qū)的應(yīng)用

薛寶恒

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741025）

樁基礎(chǔ)以其有效、經(jīng)濟等優(yōu)點被廣泛使用，常應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁、港口等工程[1]，而樁的承載力是設(shè)計樁基礎(chǔ)的關(guān)鍵。本文通過利用單樁在某場地進行水平靜載試驗，對單樁的水平極限承載力進行分析，研究水平荷載作用下樁的承載力、位移、樁的水平抗力系數(shù)及彎矩沿樁身的變化規(guī)律，確定單樁水平承載力特征值。

單樁；水平靜載試驗；極限承載力；承載力特征值

0 引言

樁的承載力是設(shè)計樁基礎(chǔ)的關(guān)鍵所在，單樁的水平承載力取決于樁的材料強度、截面強度、入土深度、樁側(cè)土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等因素[2]，本文利用單樁靜力水平載荷試驗，確定單樁水平承載力特征值。

1 單樁水平極限承載力分析

某場地擬建工程區(qū)工程地質(zhì)條件較差，在地震產(chǎn)生的瞬時水平力作用下，樁基將受到水平荷載作用，本文對水平荷載作用下樁的承載力與位移研究，水平載荷試驗樁為旋挖樁xw1-1。

1.1 試樁概況

通過對鉆孔柱狀資料及旋挖機現(xiàn)場取土鑒定，該孔區(qū)域的主要地層剖面自上而下可分為：

1）壓實填土：主要由粉砂（巖）及粘土（巖）混合組成，松散，厚約6.0 m。

2）粉質(zhì)粘土：褐黃色，硬塑狀態(tài)，局部堅硬，稍濕，可見黑褐色鐵錳結(jié)核，小團塊灰色粘土及少量圓礫，局部夾薄層粉土及粉砂。樁端進入該層約9.0 m。

該樁樁周各地層的物理-力學指標分別見表1。

表1 xw1-1各土層物理力學性質(zhì)指標

力作用點標高為60 cm，位移測量安排了2個測試斷面，每個斷面上各安裝一只百分表，其標高分別為60 cm和10 cm。

1.2 試驗成果整理

經(jīng)過對本工程xw1-1試樁的單向多循環(huán)加載試驗法的水平靜載試驗，得到了水平荷載H與水平位移Y0數(shù)據(jù)及地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m，見表2。

將表1-2中的數(shù)據(jù)擬合成H-t-Y0曲線、HΔY0/ΔH曲線、H-Y0曲線、H-m曲線及Y0-m曲線，見圖1～5。

由圖1～3，結(jié)合規(guī)范[3]，可得出該樁的單樁水平臨界荷載為250 kN。得出該樁的單樁水平極限承載力為350 kN。

按照試樁規(guī)范結(jié)合實測資料綜合分析得出試樁水平靜載試驗結(jié)果如表3。由于地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值呈高度的非線性規(guī)律，結(jié)合規(guī)范[3]，表3中列出了與水平臨界荷載及水平極限荷載對應(yīng)的m值。

根據(jù)結(jié)合規(guī)范[3]中的相關(guān)規(guī)定：當水平承載力按樁身強度控制時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值為單樁水平承載力特征值；當樁受長期水平荷載作用且樁不允許開裂時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值的0.8 倍作為單樁水平承載力特征值。

表2 試樁xw1-1水平靜載試驗結(jié)果表

圖1 試樁xw1-1單樁水平靜載H-t-Y0曲線圖

圖2 試樁xw1-1單樁水平靜載H-ΔY0/ΔH曲線圖

圖3 試樁xw1-1單樁水平靜載H-Y0曲線圖

2 水平荷載作用下樁彎矩分布規(guī)律

為測試試樁在水平荷載作用下樁身的彎矩分布規(guī)律，試驗在整個樁中布置了4個測試斷面，每個斷面成對稱埋設(shè)了2個應(yīng)變計，它們之間凈距為80 cm，根據(jù)同一測試斷面上兩應(yīng)變計的應(yīng)力差即可求出該斷面處的彎矩值，其計算公式如下：

圖4 試樁xw1-1單樁水平靜載Y0-m曲線

圖5 試樁xw1-1單樁水平靜載H-m曲線

式中：M——為樁身測量斷面處的計算彎矩；

d——一對鋼筋計之間的中心距；

ζ1、ζ2——一對鋼筋計的應(yīng)變計算值，以拉為正，壓為負；

Ec——為混凝土的彈性模量；

Ia——為量測斷面的慣性距。

將試驗中測試結(jié)果按上式計算即可得出各斷面在各級荷載作用的彎矩值，根據(jù)彎矩計算公式容易得出樁頂處的彎矩為0 kN·m，受樁側(cè)土的影響，樁端的彎矩也接近零。由此得出表4所示的各斷面的彎矩值。將表中彎矩值擬合成圖6所示的彎矩-深度曲線，由圖可以看出：

1）各級荷載作用下，彎矩沿樁身的分布規(guī)律基本分布規(guī)律基本相似。

表3 試樁xw1-1水平靜載試驗結(jié)果

表4 xw1-1各截面彎矩統(tǒng)計表

2）由圖6可以看出，本試驗條件下，樁身最大彎矩約樁深5 m左右區(qū)域，在最大彎矩區(qū)域可能會發(fā)生樁身折斷而導致樁基失效。

圖6 彎矩圖

3 結(jié)論

綜上對xw1-1的單樁水平靜載試驗分析大致得出以下幾點規(guī)律：

1）試樁單樁水平靜載H-t-Y曲線表明，當荷載較小時，水平位移隨著水平力的增大而緩慢增大，最初呈線性，隨著荷載的增大，曲線斜率逐漸增大，在臨界荷載處出現(xiàn)拐點。

2）地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值呈高度的非線性規(guī)律。

3）試樁在水平荷載作用下其變形分為三階段，第一階段為直線變形階段，樁土處于彈性狀態(tài)，對應(yīng)的荷載即為臨界荷載Hcr。第二階段為彈塑性變形階段，當水平荷載超過臨界荷載Hcr后，在相同的增量荷載條件下，樁的水平位移增量比前一級明顯增大，對應(yīng)于該點階段終點的荷載為極限荷載。第三階段為破壞階段。

4）當樁受長期水平荷載作用且樁不允許開裂時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值的0.8倍作為單樁水平承載力特征值，即xw1-1的單樁水平承載力特征值分別為200 kN。

[1]付紅梅.土力學與地基基礎(chǔ)[M].西安：西安交通大學出版社，2011.

[2]陳希哲.土力學地基基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社，2004.

[3]JGJ 106—2003，建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[5]JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[6]GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

TU473.1+1

A

1673-1093（2015）02-0085-03

薛寶恒（1983），男，甘肅天水人，講師，從事建筑工程與基礎(chǔ)工程專業(yè)的教學與研究工作。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.022

2014-12-05；

2014-12-12