水利工程基樁水平承載力試驗(yàn)分析

譚麗娥，汪魁峰

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

1 基樁水平承載力試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

基樁是一種應(yīng)用十分廣泛的基礎(chǔ)形式，如何正確評(píng)價(jià)樁的承載力，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)是一個(gè)關(guān)系到樁基是否安全與經(jīng)濟(jì)的重要問(wèn)題【1】。樁所受的水平荷載有多種形式，如風(fēng)力、制動(dòng)力、地震力、船舶撞擊力及波浪力等等。近年來(lái)，隨著高層建筑物的大量興建，風(fēng)力、地震力等水平荷載成為建筑物設(shè)計(jì)中的控制因素，建筑基樁的水平承載力和位移計(jì)算成為建筑物設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一【2】。水平承載樁的工作性能主要體現(xiàn)在樁與土的相互作用上，即利用樁周土的抗力來(lái)承擔(dān)水平荷載。基樁水平靜載力特征值取決于樁的材料強(qiáng)度、截面剛度、入土深度、土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等因素，應(yīng)通過(guò)水平靜載試驗(yàn)來(lái)提供相關(guān)參數(shù)，即采用接近于水平受荷樁實(shí)際工作條件接近的試驗(yàn)方法，確定單樁水平臨界荷載和極限荷載，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)或?qū)こ虡兜乃匠休d力進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。

文中引用的工程實(shí)例為某河流混凝土防洪墻，該工程修建于1987～1993年間，墻體形式有混凝土重力式、混凝土樁基、樓壩結(jié)合體和混凝土扶臂式等多種結(jié)構(gòu)形式。1999年8月對(duì)防洪墻進(jìn)行評(píng)估，對(duì)墻體的抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、防滲漏穩(wěn)定性和墻體高度進(jìn)行安全復(fù)核，并依據(jù)復(fù)核結(jié)果對(duì)現(xiàn)有的防洪墻體進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。加固方案之一是在墻體背水側(cè)基礎(chǔ)設(shè)置抗滑樁以提高抗滑移穩(wěn)定性。樁的類型分為機(jī)械鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁。由于相鄰建筑物之間的防洪墻墻體空間較為狹窄，不具備機(jī)械作業(yè)的條件，為此抗滑樁選用了人工挖孔樁，樁徑為1000 mm。

基樁所在地段地質(zhì)條件為：（1）雜填土。主要為淺黃色粉土或粉質(zhì)粘土夾雜碎石、少量碎磚塊、爐渣、局部少量白灰等，厚度為0.3～3.1 m。（2）素填土。為粉土或粉質(zhì)粘土、細(xì)砂，局部夾零星碎石和少量磚塊，厚度為0～3.1 m。（3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土。淺灰黑色，局部夾小于1 mm的粉砂層，很濕，軟～可塑狀態(tài)，中壓縮性土，厚度為1.7～4.9 m。（4）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土與細(xì)砂互層。淺灰黑色，2～3 mm淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土與1～2 mm細(xì)砂夾層，濕，1＜e＜1.5，中壓縮性土，厚度為 1.0～5.5 m。本層下部粘性土相對(duì)減少，變?yōu)橛倌噘|(zhì)細(xì)砂。（5）卵石層。黃色或灰黑色，圓形、亞圓形居多，粒徑大于2 cm占50%以上，含少量中粗砂。

該次試驗(yàn)為判定單樁水平承載力特征值是否滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

2 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置連接見(jiàn)圖1。

圖1 水平靜載試驗(yàn)裝置示意圖

（1）加載與反力裝置。水平加載裝置采用臥式油壓千斤頂，其加載能力不小于最大試驗(yàn)荷載的1.2倍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件結(jié)合規(guī)范要求[3]，采用與試驗(yàn)樁相鄰的工程樁作為反力裝置。水平力作用點(diǎn)與工程的樁基承臺(tái)底面標(biāo)高一致，千斤頂與試樁接觸處安裝球形支座，使水平作用力方向始終水平和通過(guò)樁身軸線，不隨樁的傾斜和扭轉(zhuǎn)而改變，同時(shí)可以保證千斤頂在試樁施力點(diǎn)位置的試驗(yàn)中保持不變。

（2）量測(cè)裝置。所加荷載值采用專用靜載測(cè)讀設(shè)備讀取。對(duì)于位移的測(cè)量采用大量程的位移傳感器，在水平力作用平面受檢樁兩側(cè)對(duì)稱安裝2個(gè)位移傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)線與主機(jī)相連。

2.2 試驗(yàn)方法

（1）加、卸載方式。本試驗(yàn)根據(jù)規(guī)范[3]及委托要求，采用單向多循環(huán)加載法，根據(jù)預(yù)估的水平極限承載力和規(guī)范的要求，每級(jí)施加的荷載值為50 kN，每級(jí)荷載施加后橫載4 min即測(cè)讀水平位移，然后卸載為零，停2 min即測(cè)讀殘余水平位移，如此循環(huán)5次，試驗(yàn)過(guò)程中不得停頓。

（2）終止試驗(yàn)條件。結(jié)合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，當(dāng)出現(xiàn)樁身折斷或水平位移達(dá)到6 mm時(shí)終止加載。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

本次試驗(yàn)選取了3個(gè)試樁，樁參數(shù)及設(shè)計(jì)要求見(jiàn)表1。

表1 試樁參數(shù)及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 水平力-時(shí)間-作用點(diǎn)位移（H-t-Y0）關(guān)系曲線和水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）關(guān)系曲線繪制

對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，繪制水平力-時(shí)間-作用點(diǎn)位移（H-t-Y0）關(guān)系曲線和水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2～7。

圖2 18號(hào)樁 H-t-Y0曲線

圖3 19號(hào)樁 H-t-Y0曲線

3.2 水平靜載試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用單向多循環(huán)加載法，單樁的水平臨界荷載取H-t-Y0關(guān)系曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的前一級(jí)水平荷載值；取H-△Y0/△H關(guān)系曲線上第一拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平荷載值。具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖4 62號(hào)樁H-t-Y0曲線

圖5 18號(hào)樁H-△Y0/△H曲線

圖6 19號(hào)樁H-△Y0/△H曲線

根據(jù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)終止條件要求，3根試樁水平承載力特征值均大于設(shè)計(jì)要求的單樁水平承載力246 kN。

4 結(jié)語(yǔ)

圖7 62號(hào)樁H-△Y0/△H曲線

表2 試樁水平荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

（1）水平靜載試驗(yàn)宜根據(jù)工程樁實(shí)際受力特性，選用單項(xiàng)多循環(huán)加載法或慢速維持荷載法。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于長(zhǎng)期承受水平荷載作用的基樁，加載方式采用慢速維持荷載法。混凝土防洪墻只有在發(fā)生大洪水的情況下起到擋水作用，承受水平荷載，因此，選用單項(xiàng)多循環(huán)加載法是合理的。

（2）水平靜載試驗(yàn)一般按設(shè)計(jì)要求的水平位移允許值控制加載，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的試驗(yàn)樁宜加載至樁頂出現(xiàn)較大的水平位移或樁身結(jié)構(gòu)破壞。試驗(yàn)按設(shè)計(jì)要求的水平位移允許值6 mm為終止加載試驗(yàn)條件，符合基樁實(shí)際工作情況，能滿足工程樁水平承載力驗(yàn)收檢測(cè)要求。

[1]羅騏先.樁基工程檢測(cè)手冊(cè)[S].北京：人民交通出版社，2004，4.

[2]陳凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004，7.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ106-2003，建筑基樁技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.