光伏支架微型錨固式抗拔樁承載特性試驗研究

高承棟 黃雪峰 朱中華 張沛然

(1.中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311； 2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

光伏支架微型錨固式抗拔樁承載特性試驗研究

高承棟1黃雪峰1朱中華2張沛然2

(1.中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311； 2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

為解決砂礫石地區(qū)光伏支架抗拔基礎(chǔ)的工程應(yīng)用問題，在對傳統(tǒng)抗拔樁研究基礎(chǔ)上提出了微型錨固式抗拔樁，并通過在西北砂礫石現(xiàn)場足尺試驗，研究了樁徑、樁長對微型錨固式抗拔樁傳力特性與承載性狀的影響特征。試驗結(jié)果表明：樁的極限承載力隨著樁徑和樁長的增加而提高，但在抗拔受力過程中，樁身傳力存在一個臨界深度(約4 m)，超過臨界深度以后樁長對抗拔樁的承載力增加貢獻(xiàn)較小。

微型錨固式抗拔樁，光伏支架基礎(chǔ)，抗拔樁臨界深度，樁深應(yīng)力

0 引言

近年來，隨著國家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，太陽能開發(fā)利用規(guī)?？焖贁U(kuò)大。在建設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備群時，同時需要成千上萬的光伏支架，而支架基礎(chǔ)是整個支架系統(tǒng)安全運行的保證。因此，選擇合理的支架基礎(chǔ)形式，是縮短建設(shè)周期、節(jié)約工程投資的關(guān)鍵。

目前，抗拔樁廣泛應(yīng)用于大型地下室抗浮、高聳建(構(gòu))筑物抗拔、海上碼頭平臺抗拔、懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎(chǔ)、大型船塢底板的樁基礎(chǔ)和靜荷載試樁中的錨樁基礎(chǔ)。王幼青等[1]通過對原型抗拔試驗樁進(jìn)行模擬試驗，分析提出了抗拔樁屬于“突進(jìn)型破壞”且在極限荷載作用下抗拔樁的變形較小，破壞前兆不易察覺，抗拔樁的樁側(cè)阻力隨樁長的增加近似按線性關(guān)系減少；張忠苗等[2]通過分析抗拔樁在軟土地區(qū)，在不同上拔荷載作用下的承載特性，得到在上拔荷載作用下，軸力沿著樁身向下緩慢減小，并在樁端底處減小到零。本文在傳統(tǒng)抗拔樁的研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)光伏支架基礎(chǔ)的受力特點，提出了一種能夠在大型光伏電站大量應(yīng)用的新型抗拔樁——微型錨固式抗拔樁。

本次試驗選址在西北某光伏電站建設(shè)場，通過現(xiàn)場足尺試驗，分析認(rèn)識不同尺寸的微型錨固式抗拔樁在砂礫石場地的荷載位移規(guī)律、極限承載力大小和軸力隨埋深分布規(guī)律。以此為基礎(chǔ)，得出相關(guān)結(jié)論。不僅對以上砂礫地質(zhì)條件下光伏支架基礎(chǔ)選擇具有十分重要的工程價值，同時還可為其他地質(zhì)條件下光伏電站支架基礎(chǔ)的設(shè)計和理論研究提供參考。

1 試驗概況

1.1場地條件

砂礫石試驗場地位于甘肅某光伏電站建設(shè)場區(qū)，該場地為細(xì)礫質(zhì)堆積型砂礫石土地質(zhì)[3]，地層剖面主要為：表層為不同粒徑的礫石，其下為細(xì)砂，再下層為砂礫混合層，混合層中填充有大量黏性土。具體地質(zhì)條件見表1。試驗場地的地下水位較深，可忽略地下水對微型錨固式抗拔樁的影響。

表1 砂礫石場地地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.2試驗方案

為探究在砂礫石條件下，不同樁基參數(shù)下的微型錨固式抗拔樁的承載特性，現(xiàn)場足尺試驗共設(shè)置8根試驗樁，具體尺寸如表2所示。本試驗采用單樁豎向抗拔靜載試驗[4,5]，試驗過程中以地面作為反力，試驗是由液壓穿心千斤頂加載，分級等量加載，當(dāng)施加每級荷載后，拉拔儀表盤讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，再施加下一級荷載，觀測并記錄試驗數(shù)據(jù)。

表2 微型錨固式抗拔樁尺寸

2 試驗結(jié)果與分析

2.1荷載位移曲線

根據(jù)現(xiàn)場試驗采集數(shù)據(jù)，分別得到圖1樁徑相同，樁長不同的荷載—位移曲線和圖2樁長相同，樁徑不同的荷載—位移曲線。

由圖1，圖2可看出試樁的荷載—位移曲線變化規(guī)律相近，在發(fā)生樁基上拔破壞之前，試樁都呈現(xiàn)為“漸近破壞”的緩變型。在上拔荷載小于極限荷載前一級或者前二級荷載時，曲線的斜率較小，上拔位移的發(fā)展較為緩慢；隨著上拔荷載的增大，曲線斜率逐漸變大，此時，上拔位移變化較快，同樣的荷載增量導(dǎo)致了較大的位移增量。如以SZ-4樁來說，當(dāng)上拔荷載從105 kN增大到120 kN時，上拔位移增加了2.17 mm；當(dāng)從120 kN增大到135 kN時，上拔位移增加了8.16 mm，該級位移增量達(dá)到了前一級增量的4倍左右。因此，可以看到微型錨固式抗拔樁承載變形特性呈現(xiàn)如下性狀：位移在起始階段隨荷載增加發(fā)展較為平緩,隨著荷載進(jìn)一步增大,位移出現(xiàn)陡然增長的特性,然后突然出現(xiàn)拐點,荷載加到極限時，上拔位移迅速增大,抗拔樁破壞。

由試驗可知，試樁的荷載—位移曲線隨著樁徑和樁長的變化，呈現(xiàn)出一定的排列規(guī)律，即上拔位移基本隨著樁徑和樁長的增大而減小，但位移的減小的幅度卻隨著樁長的增加而變小。如在樁長同為4 m樁徑分別為150 mm，200 mm的試樁，在荷載加載到60 kN時的位移分別為9.71 mm,5.47 mm，可以看出隨著樁徑的增加，位移逐漸變小。樁徑同為200 mm，樁長分別為2 m,3 m,4 m,9 m的試樁，在荷載加載到60 kN時的位移分別為7.73 mm,4.24 mm,3.18 mm,3.18 mm，可以看出隨著樁長增加，位移不斷減小，減小的幅度也在變小。

2.2樁身軸力分布曲線

取SZ-7，SZ-8試驗樁進(jìn)行模擬，得到不同長度微型錨固式抗拔樁的軸力隨埋深的分布圖，如圖3,圖4所示。

通過觀察，發(fā)現(xiàn)樁長為9 m的試驗樁SZ-7，SZ-8上部樁身軸力隨埋深變化幅度較大，而樁身下部則與之相反，尤其是4 m以下樁體的軸力基本不再發(fā)生變化。因此，微型樁的抗拔力并不是隨著樁長的增大而增大，而是存在一個經(jīng)濟(jì)合理的臨界深度(4 m)，同時我們在試驗中也得到樁徑同為150 mm，樁長分別為2 m,3 m,4 m,9 m的極限承載力分別為50 kN,90 kN,120 kN,135 kN;樁徑同為200 mm，樁長分別為2 m,3 m,4 m,9 m的極限承載力分別為80 kN,120 kN,135 kN,135 kN。Kulhaway[6]認(rèn)為樁土摩擦角以及側(cè)壓力系數(shù)隨土體埋深的減小共同導(dǎo)致了臨界深度的存在。圖示結(jié)果也印證了文獻(xiàn)分析。因此在設(shè)計微型錨固式抗拔樁時，建議樁長控制在2 m～4 m左右為宜。

3 結(jié)語

通過在西北砂礫石場地開展不同尺寸的微型錨固式抗拔樁的現(xiàn)場足尺試驗，對其荷載位移規(guī)律、極限承載力大小和軸力隨埋深分布規(guī)律進(jìn)行比較與分析，得到如下幾點結(jié)論：

1)在砂礫石場地地質(zhì)條件下，微型錨固式抗拔樁的抗拔極限承載力均隨著樁長L、樁徑r的增加而增加；

2)在微型錨固式抗拔樁在抗拔受力過程中，樁的極限承載力不隨樁深成比例增加，在超過臨界深度(4 m)以后樁長對抗拔樁的承載力增加貢獻(xiàn)較小。因此，在設(shè)計微型錨固式抗拔樁時，根據(jù)試驗結(jié)果建議樁長控制在2 m～4 m。

[1] 王幼青,張 磊.抗拔樁的承載性能研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006(3):389-391.

[2] 張忠苗,張乾青,張廣興.軟土地區(qū)抗拔樁受力性狀的試驗研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報,2009(11):2114-2119.

[3] 馮益明，吳 波，周 娜,等．戈壁分類體系與編目研究[J].地理學(xué)報，2014(3):391-398.

[4] JGJ 106—2014,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 李 燕,葉永紅,張廣興,等.抗拔樁破壞性靜載試驗分析[J].低溫建筑技術(shù),2013(5):102-104.

[6] Kulhawy F H.Limiting Tip and Side Resistance:Fact or Fallacy[A].Analysis and Design of Pile Foundations[C].ASCE,1984:80-98.

Experimentalresearchonbearingcapacityofmicroanchoredupliftpileofphotovoltaicstent

GaoChengdong1HuangXuefeng1ZhuZhonghua2ZhangPeiran2

(1.AnmyLogisticsUniversityofPLA,Chongqing401311,China; 2.SchoolofCivilEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)

In order to solve the problem of engineering application of sand gravel area PV bracket uplift foundations, in the traditional uplift pile is proposed based on the research of micro anchored pile, sand and gravel in the northwest and through the field test study on the influence of pile length to pile diameter, micro anchored pile and force transmission characteristics bearing behavior characteristics. The test results show that with increasing the pile diameter and length increase the ultimate bearing capacity of pile, but the pullout force of pile load transfer process, there is a critical depth (about 4 m), more than the critical depth of pile bearing capacity after long uplift pile increases little contribution.

micro anchored uplift pile, photovoltaic support foundation, critical depth of uplift pile, pile depth stress

1009-6825(2017)29-0082-02

2017-08-03

高承棟(1986- )，男，在讀工程碩士

TU473.1

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