“樁墻合一”結(jié)構(gòu)樁墻荷載承擔(dān)比模型試驗(yàn)探究

摘要 近年來(lái)，為了防止地下?lián)跬翂ν獾膰o(hù)樁的舍棄造成的環(huán)境污染及資源浪費(fèi)等問(wèn)題，“樁墻合一”技術(shù)開(kāi)始新興起來(lái)。該文基于某基坑工程，以相似原理為準(zhǔn)則構(gòu)建模型試驗(yàn)，結(jié)果表明：樁、墻在不同深度其荷載分擔(dān)比不同，總體在12.41：1～99.73：1之間變化，平均值約為59.43：1。該文驗(yàn)證了“樁墻合一”結(jié)構(gòu)中，外墻承擔(dān)較少的土水壓力，也為進(jìn)一步該技術(shù)的推廣提供參考。

關(guān)鍵詞 樁墻合一；相似理論；模型試驗(yàn)；荷載分擔(dān)比

中圖分類號(hào) TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0154-04

0 引言

在軟土地層修筑工程建筑中基坑支護(hù)常采用大量的灌注樁、排樁和水平支撐或錨桿等作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)[1]。在隨后施工中，這些支護(hù)結(jié)構(gòu)因?yàn)椴辉侔l(fā)揮作用而廢棄，多數(shù)就地填埋，造成了資源的浪費(fèi)以及環(huán)境污染等問(wèn)題[2]。因此，將圍護(hù)樁作為擋墻的一部分即所謂的“樁墻合一”結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。

陳其志等[3]針對(duì)杭州某隧道工程，使用“兩墻合一”的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)對(duì)原設(shè)計(jì)鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。左人宇[4，5]提出了“一樁三用”在沿海軟土地區(qū)的可能性，并且詳細(xì)分析了“樁墻合一”技術(shù)的構(gòu)造形式。王衛(wèi)東等[6]考慮了“樁墻合一”技術(shù)的防水、傳力構(gòu)造等，進(jìn)行了多工況“樁墻合一”的強(qiáng)度與耐久性設(shè)計(jì)計(jì)算。

目前“樁墻合一”結(jié)構(gòu)尚未形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)原理仍需完善，樁墻荷載承擔(dān)比的確定仍需進(jìn)一步確定[7]。該文以某基坑工程為背景，設(shè)計(jì)相似模型開(kāi)展試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

樁墻之間連接方式影響著所需測(cè)得的荷載承擔(dān)比，由于樁內(nèi)預(yù)埋連接鋼筋形式（簡(jiǎn)稱緊貼式）連接效果更為理想，該試驗(yàn)將緊貼式樁墻合一結(jié)構(gòu)作為原型。

緊貼式連接是在支護(hù)樁與地下室外墻結(jié)合部分，預(yù)埋U形拉結(jié)鋼筋，方向與地下室外墻垂直。在拉結(jié)鋼筋范圍內(nèi)澆筑混凝土，形成具有一定厚度的地下室外墻。

試驗(yàn)要求考慮有內(nèi)支撐排樁支護(hù)下，樁內(nèi)有預(yù)埋連接鋼筋緊貼型樁墻連接方案的深基坑模型（基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

試驗(yàn)采用縮尺試驗(yàn)，近似視為平面應(yīng)變狀態(tài)模型?？紤]到至少兩個(gè)平行測(cè)試斷面的對(duì)稱性以及模型邊界的影響，基本結(jié)構(gòu)模型選用5根樁的寬度作為模型寬度。為了方便加載卸荷，用千斤頂?shù)刃翂毫?。?為測(cè)試工序。

2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

2.1 幾何比例

結(jié)合原型結(jié)構(gòu)尺寸和室內(nèi)場(chǎng)地條件，綜合考慮設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)的幾何比例分別為1∶15。各部件尺寸

如表2：

2.2 荷載比例

確定長(zhǎng)度相似常數(shù)=15，材料彈性模量相似常數(shù)CE=10，由相似準(zhǔn)則公式：

式中，CσCε、Cδ——應(yīng)力、應(yīng)變、位移相似常數(shù)，當(dāng)Cε=1時(shí)，計(jì)算得到Cσ=10，Cγ=2/3，Cδ=15。

土壓力計(jì)算力相似常數(shù)：

現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)γ=19.5 kN/m3，φ=36°。以主動(dòng)土壓力考慮，支護(hù)樁懸臂段后的土壓力為570.38 kN/m，模型樁壓力= Ea /=3.80 kN/m，基坑模型寬0.55 m。

3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

根據(jù)原型及試驗(yàn)?zāi)康囊?，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)簡(jiǎn)化模型如下圖2所示。

其中模擬支護(hù)樁懸臂段長(zhǎng)1 m，錨固段長(zhǎng)0.6 m（錨固段采用0.2 m的混凝土和0.4 m的粉砂錨固）。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 應(yīng)變位移分析

下列數(shù)據(jù)表中施工步驟工序1表示初始狀態(tài)，2表示基坑開(kāi)挖完成，土壓力作用在樁撐支護(hù)結(jié)構(gòu)上的狀態(tài)；3表示地下室底板、地下室外墻下部與樁體錨接完成，第5層樓板澆筑完成，第三層內(nèi)支撐拆除完成時(shí)的狀態(tài)；4表示地下室外墻中部與樁體錨接完成，第3、4層樓板澆筑完成，第二層內(nèi)支撐拆除完成時(shí)的狀態(tài)；5表示地下室外墻上部與樁體錨接完成，第1、2層樓板澆筑完成，第一層內(nèi)支撐拆除完成時(shí)的狀態(tài)。監(jiān)測(cè)得到的位移應(yīng)變圖如圖3～6。

從位移來(lái)看，試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)總體符合理論趨勢(shì)，樁撐支護(hù)結(jié)構(gòu)、樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形在基坑頂部和底部受到約束，變形較小，而中部變形略大。同樣，墻身變形總體仍然符合這樣的規(guī)律，且隨著工序變形逐漸增大，相比樁的位移，墻的位移要小得多?；娱_(kāi)挖及回填過(guò)程中，樁通過(guò)變形已經(jīng)承擔(dān)了較大的荷載。從樁身和墻身應(yīng)變來(lái)看，墻身應(yīng)變正負(fù)變化，說(shuō)明墻在較小的位移前提下對(duì)樓板反力更加敏感，可能導(dǎo)致墻身左右彎曲，而樁由于位移較大，只反映出單向彎曲變形。

4.2 樁墻荷載承擔(dān)比分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計(jì)算出樁墻彎矩比，得到樁、墻荷載分擔(dān)比在不同深度不同，樁、墻荷載分擔(dān)比在12.41∶1～99.73∶1之間變化，其平均值約為59.43∶1；對(duì)比樁墻剛度比5.75∶1。如表3。

5 結(jié)論

通過(guò)相似比試驗(yàn)分析，得到以下結(jié)論：

（1）不同高度位置樁和墻的變形位移，符合理論趨勢(shì)且樁的位移較大間接反映出相比支護(hù)樁墻承擔(dān)較小的土水壓力。

（2）樁、墻荷載分擔(dān)比在不同深度不同，樁、墻荷載分擔(dān)比在12.41∶1～99.73∶1之間變化，其平均值約為59.43∶1；按抗彎剛度計(jì)算得到的樁、墻荷載分擔(dān)比為5.75∶1。

（3）“樁墻合一”結(jié)構(gòu)中，外墻承擔(dān)較少的土水壓力。相比簡(jiǎn)單地把樁墻抗彎剛度比當(dāng)作是樁墻荷載承擔(dān)比的方法更加保守。

參考文獻(xiàn)

[1]劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2009.

[2]田強(qiáng)，茍波，鄭立寧.地下建筑“樁墻合一”技術(shù)綜合分析[J].四川建材， 2015（6）：112-113.

[3]陳其志，徐良英，徐長(zhǎng)節(jié)，等.“兩墻合一”技術(shù)在深基坑圍護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2015（s1）：189-194.

[4]左人宇.“一樁三用”技術(shù)與實(shí)踐[D].杭州：浙江大學(xué)， 2001.

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[6]王衛(wèi)東，沈健.基坑圍護(hù)排樁與地下室外墻相結(jié)合的“樁墻合一”的設(shè)計(jì)與分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)， 2012（s1）：303-308.

[7]來(lái)延肖，張志明.樁墻合一的結(jié)構(gòu)體采用逆作法在工程中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2001（1）：31-36.

收稿日期：2025-01-22

作者簡(jiǎn)介：金獎(jiǎng)（1994—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：水工地質(zhì)、巖土工程。