隴東深厚黃土地區(qū)樁基承載特性原位試驗研究

劉萬鋒 杜婷

（1隴東學院土木工程學院，甘肅 慶陽 745000；2甘肅高校“黃土的工程性質(zhì)及工程應(yīng)用”省級重點實驗室，甘肅 慶陽 745000）

0 前言

隨著城市建設(shè)，西部地區(qū)涌現(xiàn)出越來越多的高層建筑和大荷載建筑，多采用承載力高且沉降量小的樁基礎(chǔ)進行施工。目前，大部分學者和工程人員主要研究黃土的濕陷性，通過分析樁側(cè)摩阻力的特性和地基處理方法獲得相應(yīng)的成果。朱彥鵬等[1]研究隨著深度和范圍的變化土體的沉降和樁側(cè)負摩阻力如何變化的過程。黃雪峰等[2]得出了黃土的濕陷類型和濕陷量大小不影響負摩阻力數(shù)值的結(jié)論。楊校輝等[3]研究了針對自重濕陷性黃土的地基處理深度，并進行了濕陷性評價。費鴻慶[4]、謝永健[5]、王東紅[6]等研究了超長鉆孔灌注樁用于黃土地基中時的工程特性。張雁等[7-8]認為，在一般情況下，采用樁基時樁側(cè)摩阻力沿樁身的分布無負摩阻力。但是，目前針對慶陽黃土地區(qū)樁基性能的研究仍然十分匱乏，并沒有系統(tǒng)的理論方法可以使用。因此，有必要分析研究隴東黃土地區(qū)的樁基承載特性和樁身沉降情況。

1 實驗

1.1 工程概況

為了確定該場地的單樁豎向抗壓承載力，并判斷采用樁基礎(chǔ)能否為上部結(jié)構(gòu)提供足夠的承載力，現(xiàn)場試驗依托甘肅省慶陽市華池縣某建筑工程展開。經(jīng)試驗可知該場地是具有中等濕陷程度的自重濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅱ級。凍土標準深度為820mm。施工在控制深度內(nèi)鉆探，場地土層自上而下的力學特性如表1所示。

表1 地層分層統(tǒng)計表

1.2 試驗方案

選取地下室3根機械成孔灌注試驗樁，采用C30混凝土，其中鋼筋表面的保護層厚度選用50mm。試樁采用擴底圓柱形φ800mm*11m，擴底直徑選用1600mm，其特征值為2450kN。施工期間樁體一次成型且無施工縫。

1.3 試驗操作

1.3.1 靜載荷試驗

研究采用堆載法進行試驗，通過將混凝土塊堆放在堆載平臺上形成加載的反力系統(tǒng)。在這3根試樁的樁端處分別焊接鋼絲繩，并將鋼絲繩引到樁頭外，在靜載試驗時，樁端的沉降就是量測鋼絲繩的下降距離。在施加下一級荷載時使前一級荷載達到相對穩(wěn)定，且直至達到樁基極限承載力或樁身開始出現(xiàn)破壞現(xiàn)象時終止加載。

1.3.2 軸力試驗

通過在樁身布置鋼筋應(yīng)變計測量樁身混凝土和鋼筋的應(yīng)力變化。為便于連接應(yīng)變片的導(dǎo)線引出，且使導(dǎo)線在壓樁時不被破壞，在樁頂側(cè)面鉆3個圓孔。沿樁身間隔1m貼一個應(yīng)變片，每列共12個，在同一高度貼3個，共計36個。在試樁縱筋上沿豎向粘貼鋼筋應(yīng)變計，樁身傳感器的布置及其分布位置如圖1所示。在試驗過程中采用自動化測試系統(tǒng)進行全程同步數(shù)據(jù)采集，通過觀測樁身內(nèi)力檢測樁身各位置在荷載作用下的內(nèi)力變化。

圖1 應(yīng)變計布置圖

2 結(jié)果與討論

分別測量試驗中3根試樁在相應(yīng)深度下的鋼筋應(yīng)變計算截面的樁身軸力。樁身截面的軸力值可以通過鋼筋截面和混凝土截面的內(nèi)力值求和取得，而內(nèi)力值可以通過截面面積乘以相應(yīng)應(yīng)力值計算，通過這種方法可得到每級荷載下樁身軸力沿深度的分布曲線，如圖2所示。

圖2 樁身軸力沿深度的分布曲線

由圖2可知，試樁軸力隨荷載的增大而增大，不同荷載作用下，樁身軸力隨深度的增加而減小，樁端軸力近似為0，屬摩擦型樁。在不同土層，樁身軸力的遞減速度也不同，說明樁身軸力的大小主要受樁頂荷載和周圍土層性質(zhì)的影響。

3 結(jié)論

通過在慶陽大厚度黃土地區(qū)進行的單樁與單樁承臺的現(xiàn)場靜載荷試驗，結(jié)果表明，在該深厚黃土地區(qū)，樁基由于其較高的承載力和較小的沉降量被廣泛用于大荷載建筑物的基礎(chǔ)中。樁頂荷載主要由樁側(cè)摩阻力提供的反力承擔；樁身軸力的分布受到樁頂荷載值和樁周不同土性質(zhì)的影響而出現(xiàn)不同的特征。