黃土場地設(shè)置墊層對單樁水平承載力的影響分析

(陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西咸陽 713500)

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，黃土高原工程建設(shè)活動(dòng)蓬勃發(fā)展，水平受荷樁的應(yīng)用越來越廣。水平受荷樁承載性能不僅與樁身參數(shù)有關(guān)，而且在很大程度上受樁側(cè)土層參數(shù)的影響。目前對上列參數(shù)引起的黃土地基單樁水平承載力變化規(guī)律尚缺乏系統(tǒng)研究，對此進(jìn)行研究是必要的。考慮風(fēng)、地震、設(shè)備制動(dòng)力等水平荷載作用，本文以黃土場地為對象，就樁頂設(shè)置灰土墊層對單樁水平承載力的影響進(jìn)行研究。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)

現(xiàn)場水平靜載試驗(yàn)在陜西某礦區(qū)進(jìn)行，該礦區(qū)的主立井提升機(jī)房和輸送機(jī)棧橋均采用鋼筋混凝土灌注樁樁基礎(chǔ)，樁徑為1 000mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。該建筑場地范圍內(nèi)樁頂下天然地層分布情況如表1 所示，地下水位埋深約12m。

表1 地層概況

本工程采用泥漿護(hù)壁沖擊成孔工法施工，樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖層的深度按 1.5m控制。由于已有建筑施工影響，主立井提升機(jī)房區(qū)域樁頂下存在1m厚的3∶7灰土墊層，與其相鄰的輸送機(jī)棧橋區(qū)域?yàn)樘烊煌翆印?/p>

為了保證設(shè)備正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)對樁頂水平位移進(jìn)行嚴(yán)格控制，要求在水平荷載下，樁頂最大水平位移不大于 5mm。通過現(xiàn)場單樁水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力特征值。為了比較土層差異，在存在灰土墊層區(qū)域(主立井提升機(jī)房)取 3 根樁作為試驗(yàn)樁，試驗(yàn)樁編號(hào)S-1、S-2 和S-3；在天然土層區(qū)域(輸送機(jī)棧橋)取 2 根樁作為試驗(yàn)樁，試驗(yàn)樁編號(hào)S-4 和S-5。

通過千斤頂對試樁施加水平荷載，用測力環(huán)或測力傳感器測定施加的荷載值，并利用球支座保證千斤頂作用力水平通過樁身軸線。為了防止樁身荷載作用點(diǎn)處局部的擠壓破壞，一般需要用鋼塊對荷載作用點(diǎn)處進(jìn)行局部加強(qiáng)。反力裝置的選用應(yīng)充分考慮利用試樁周圍的現(xiàn)有條件，常用方法是利用試樁周圍的工程樁或垂直靜載試驗(yàn)用的錨樁作為反力支座。樁的水平位移宜采用大量程百分標(biāo)來測量，且每一試樁在力作用點(diǎn)處的斷面及其以上50cm左右各安裝一只或兩只百分表。

單樁水平靜載試驗(yàn)采用單向多循環(huán)加載法?？扇☆A(yù)估單樁水平極限承載力的 1/10～1/15 作為每級(jí)荷載的加載增量。第一次加載到 40kN，以后的每級(jí)荷載增量為20kN(墊層場地為40kN)。每級(jí)荷載施加后，恒載4min后可測讀水平位移，然后卸載至0，停 2min測讀殘余水平位移，至此完成一個(gè)加卸載循環(huán)。如此循環(huán)5次，完成一級(jí)荷載的位移觀測。加載時(shí)間盡量縮短，測量位移的時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格準(zhǔn)確，試驗(yàn)不得中途停歇。終止加荷的水平位移限制要求根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)得到各試驗(yàn)樁在各級(jí)水平推力(H)作用下樁頂水平位移(Y0)、位移梯度(ΔY0/ΔH)列于表2、表3。

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，可以分別繪制各試樁的水平力-時(shí)間-位移(H-t-Y0)、水平力-位移梯度(H-ΔY0/ΔH)關(guān)系曲線。根據(jù)表2和其試驗(yàn)曲線，綜合分析確定出試驗(yàn)樁S-1、S-2和S-3的單樁水平承載力特征值可分別取為440kN、400kN和 360kN，取其平均值得到灰土墊層區(qū)域場地試樁的單樁水平承載力特征值為 400kN。根據(jù)表3和其試驗(yàn)曲線，綜合分析確定出試驗(yàn)樁S-4和S-5的單樁水平承載力特征值可分別取220kN和200kN，取其平均值得到無灰土墊層區(qū)域場地試樁的單樁水平承載力特征值為210kN。試驗(yàn)結(jié)果揭示出，在樁頂存在灰土墊層情況下，單樁水平承載力特征值可大幅提高。

表2 有墊層區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果匯總

表3 無墊層區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果匯總

3 結(jié)束語

單樁水平承載力根據(jù)樁頂水平位移確定，樁頂設(shè)置硬土層可有效約束樁頂水平位移?？紤]灰土墊層在黃土地區(qū)應(yīng)用廣泛，本文對樁頂設(shè)置灰土墊層時(shí)的單樁水平承載問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究?；邳S土場地試驗(yàn)結(jié)果，提出在樁頂設(shè)置灰土墊層情況下，單樁水平承載力特征值可大幅提高。