樁基變形分析及水平靜載試驗探討

范波

摘要：本文通過對擬建風(fēng)電場項目的3根樁長10m，樁身直徑為800mm的機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁試驗樁進(jìn)行單樁水平靜載試驗，準(zhǔn)確測定出該工程的試驗樁7#、8#、9#三根單樁水平承載力特征值不小于60KN，7#單樁的樁頂水平最大位移量為3.73mm、8#單樁的樁頂水平最大位移量為2.38mm、9#單樁的樁頂水平最大位移量為1.36mm。為項目下一步的設(shè)計提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：單樁水平靜載試驗；機(jī)械鉆孔；混凝土灌注樁；樁頂水平位移量

Analysis of pile foundation deformation and discussion of horizontal static load test

Fan Bo

Anhui Institute of Geological Experiment（Hefei Mineral Resources Supervision and Testing Center of the Ministry of Land and Resources）

Abstract： This paper conducts a single-pile horizontal static load test on three mechanically drilled concrete castin-place pile test piles with a length of 10 meters and a pile diameter of 800 mm in the proposed wind farm project，and accurately determines the test piles of the project The characteristic value of the horizontal bearing capacity of the three single piles of 7#，8# and 9# is not less than 60KN，the maximum horizontal displacement of the top of the 7# single pile is 3.73 mm，and the maximum horizontal displacement of the top of the 8# single pile is 2.38 mm. The maximum horizontal displacement of the top of the 9# single pile is 1.36 mm. It provides a basis for the next design of the project.

Keywords： single pile horizontal static load test；mechanical drilling；concrete cast-in-place pile；horizontal displacement of pile top

1.引言

國內(nèi)外的專家學(xué)者對樁基礎(chǔ)的變形展開了一系列研究。樁基礎(chǔ)的受力情況較為復(fù)雜，不僅僅是承受來自豎向的荷載和力矩，還要承受水平方向的荷載及力矩。例如：水平地震作用力、水平土壓力、爆炸、撞擊力等。因此，水平荷載計算是樁基礎(chǔ)的一項重要計算內(nèi)容。實際工程中多利用單樁水平靜載試驗得到樁基礎(chǔ)的水平承載力，由于單樁試驗中的試驗樁與實際樁基礎(chǔ)在工程周圍樁邊界條件存在差異，得到的試驗結(jié)果不能完全貼合與實際工程中樁基礎(chǔ)的受力特性。為了解決這一問題，采取樁基礎(chǔ)水平靜載試驗測試樁基礎(chǔ)周圍土的地基土反力，試驗結(jié)果所得地基土水平抗力系數(shù)為單樁水平承載力的設(shè)計計算提供了可行性的依據(jù)。

2.水平荷載作用下單樁受力特性

基樁在水平荷載作用下，其受力情況、工作狀態(tài)和樁身剛體結(jié)構(gòu)部分與樁身周圍土體之間的關(guān)系很復(fù)雜，影響因素包括：樁身材料強(qiáng)度、樁身截面尺寸、樁側(cè)土的水平抗力。剛性樁和彈性樁的劃分依據(jù)是根據(jù)樁與土之間的相對剛度定義的。剛度較大的剛性樁，即樁的水平變形系數(shù)與樁的入土深度的乘積小于等于2.5，剛性樁可以忽略水平荷載作用下樁本身的撓曲變形，水平承載力主要受樁側(cè)土強(qiáng)度影響。樁身撓曲變形較大的彈性樁即樁的水平變形系數(shù)與樁的入土深度的乘積大于2.5，彈性樁的水平承載力主要受材料抗彎剛度和樁側(cè)土強(qiáng)度影響。通常彈性樁應(yīng)用較廣，本文所試驗研究為彈性樁。

本文試驗中單樁水平極限承載力的確定原則如下所示：

（1）水平荷載值是單向多循環(huán)加載法作用下的H～t～Y0曲線產(chǎn)生的明顯陡降的前一級或慢速維持荷載法時的H～Y0曲線發(fā)生明顯陡降的起始點；

（2）取慢速維持荷載法時的Y0～lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯彎曲的前一級水平荷載值。

（3）取H～△Y0/△H曲線或lgH～lgY0曲線上第二拐點對應(yīng)的水平荷載值。

（4）取樁身折斷或受拉鋼筋屈服時的前一級水平荷載值。

3.工程實例

3.1工程概況

擬建的華潤定遠(yuǎn)縣范崗風(fēng)電場項目位于安徽省滁州市定遠(yuǎn)縣范崗鎮(zhèn)，風(fēng)機(jī)主要位于丘陵崗地和崗間洼地。華潤定遠(yuǎn)縣范崗風(fēng)電場項目基礎(chǔ)采用機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁，設(shè)計方案：單樁樁長10.00m，樁身直徑800mm，單樁豎向抗壓承載力特征值為1720kN，單樁豎向抗拔承載力特征值為567kN，單樁水平承載力特征值為60kN，基樁總數(shù)為9根。

華潤風(fēng)電（定遠(yuǎn)）有限公司委托該試驗測定，安徽省地質(zhì)實驗研究所工程檢測中心對在建的華潤定遠(yuǎn)縣范崗風(fēng)電場項目的3根機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁試驗樁進(jìn)行單樁水平靜載試驗，以準(zhǔn)確測定該工程試驗樁的單樁水平承載力，為設(shè)計提供依據(jù)。

3.2基樁設(shè)計與施工概況

（1）基樁設(shè)計概況：

設(shè)計樁型：機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁；設(shè)計樁長：10.00m；設(shè)計樁身混凝土強(qiáng)度等級：C35強(qiáng)度等級；單樁豎向抗壓承載力設(shè)計要求：特征值：1720kN；單樁豎向抗拔承載力設(shè)計要求：特征值：567kN；單樁水平承載力設(shè)計要求：特征值：60kN。

（2）基樁施工概況：

施工日期：2020.04.10；施工樁長：10.00m；基樁總數(shù)：9根；成樁工藝：機(jī)械鉆孔，混凝土灌注。

4.單樁水平靜載試驗過程敘述

4.1試驗?zāi)康募俺闃臃椒?/p>

本次單樁水平靜載試驗為試驗性檢測，以準(zhǔn)確測定該場地試驗樁的單樁水平承載力，為設(shè)計提供依據(jù)。本工程共施工9根機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁，根據(jù)設(shè)計要求對3根試驗樁進(jìn)行單樁水平靜載試驗，檢測數(shù)量（比例）符合《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）要求。

4.2試驗方法

本次單樁水平靜載試驗利用兩根機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁相互提供試驗反力，采用單向多循環(huán)加載法。

4.3試驗設(shè)備選用

本試驗所需的試驗設(shè)備如表1所示。

3.4試驗加載

（1）試驗加載。本工程單樁水平承載力特征值設(shè)計要求為60kN，根據(jù)現(xiàn)場情況和設(shè)計單位要求，本次試驗最大試驗荷載不小于60kN。根據(jù)JGJ106-2014規(guī)范的6.3.2條規(guī)定，分級荷載宜為最大加載量或預(yù)估極限承載力的1/10。

（2）試驗加載、卸載方法。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014第6.3.2條，每級加載量為預(yù)估極限荷載的1/10，每級荷載施加后，恒載4min后，可測讀水平位移，然后卸載至零，停2min測讀殘余水平位移，至此完成一個加卸載循環(huán)，如此循環(huán)5次，完成一級荷載的位移觀測，試驗不得中間停頓。

（3）試驗加載停止。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》要求，當(dāng)樁身折斷、水平位移超過30mm～40mm、軟土中的樁或大直徑樁時可取高值、水平位移達(dá)到設(shè)計要求的水平位移允許值，出現(xiàn)以上情況之一，即加載停止。本次試驗中，3根試驗樁的單樁水平靜載試驗均因試驗荷載達(dá)到預(yù)定最大加載量且單樁水平靜載試驗樁水平位移未達(dá)到允許值10mm而終止試驗。

3.5試驗結(jié)果分析

3.5.1單樁試驗結(jié)果

通過試驗，得到三根單樁水平靜載試驗結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。三根單樁水平靜載試驗中加載的位移量數(shù)據(jù)如表3所示。單樁水平靜載試驗水平力—時間—作用點位移H～t～Y0曲線圖如圖1所示（其中圖一包括7#試樁水平靜載試驗H～t～Y0曲線圖、8#試樁水平靜載試驗H～t～Y0曲線圖、9#試樁水平靜載試驗H～t～Y0曲線圖）。單樁水平靜載試驗水平力～位移梯度H～△Y0/△H曲線圖如圖2所示（其中圖2包括7#試樁水平靜載試驗H～△Y0/△H曲線圖、8#試樁水平靜載試驗H～△Y0/△H曲線圖、9#試樁水平靜載試驗H～△Y0/△H曲線圖）。

3.5.2試驗結(jié)果分析

（1）從7#樁的單樁水平靜載試驗的H～t～Y0曲線圖可以看出，在加載至60kN時，力作用點位移為3.73mm，H～t～Y0曲線未出現(xiàn)陡降趨勢，H～△Y0/△H曲線未出現(xiàn)第二拐點。以上情況表明，該受檢樁受水平推力作用尚未完全發(fā)揮。據(jù)JGJ106-2014規(guī)范6.4.4～6.4.5條，該受檢樁水平承載力不小于60kN。

（2）從8#樁的單樁水平靜載試驗的H～t～Y0曲線圖可以看出，在加載至60kN時，力作用點位移為2.38mm，H～t～Y0曲線未出現(xiàn)陡降趨勢，H～△Y0/△H曲線未出現(xiàn)第二拐點。以上情況表明，該受檢樁受水平推力作用尚未完全發(fā)揮。據(jù)JGJ106-2014規(guī)范6.4.4條—6.4.5條，該受檢樁水平承載力不小于60kN。

（3）從9#樁的單樁水平靜載試驗的H～t～Y0曲線圖可以看出，在加載至60kN時，力作用點位移為1.36mm，H～t～Y0曲線未出現(xiàn)陡降趨勢，H～△Y0/△H曲線未出現(xiàn)第二拐點。以上情況表明，該受檢樁受水平推力作用尚未完全發(fā)揮。據(jù)JGJ106-2014規(guī)范6.4.4條～6.4.5條，該受檢樁水平承載力不小于60kN。

4.結(jié)論

（1）擬建的華潤定遠(yuǎn)縣范崗風(fēng)電場項目的3根機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁試驗樁（單樁7#、單樁8#、單樁9#）的單樁水平靜載試驗結(jié)果表明，三根單樁的水平承載力不小于60KN，可以滿足設(shè)計要求。

（2）單樁試驗樁7#的樁頂水平最大位移量為3.73mm，單樁試驗樁8#的樁頂水平最大位移量為2.38mm，單樁試驗樁9#的樁頂水平最大位移量為1.36mm。均小于最大樁頂水平位移量，滿足設(shè)計要求。

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