基樁動力穩定性模型試驗研究

摘要：為探討動力荷載作用下基樁的動力穩定性，在大型地槽中以均勻細砂模擬樁周土，分別構造不同樁徑、樁身埋置率及邊界條件的基樁通過協調加載系統在樁頂施加不同幅值與頻率的簡諧振動荷載，利用埋設的傳感器采集樁身及樁周土的應力應變等動力響應，經對比分析獲得樁徑、埋置率、荷載頻率與大小等參數對樁頂位移的動力影響規律，并驗證了基樁的參數共振現象研究發現：頻率觀測值小于理論計算值，可用取值為0.5～0.8的系數k予以調整，且動荷載幅值越大、樁周土越深，k的取值就越偏小.

關鍵詞：樁基礎；高承臺；動力穩定性；模型試驗；參數共振

中圖分類號： TU 471 文獻標識碼：A

近年來我國交通事業迅猛發展，高承臺樁基在山區公路橋梁及跨海大橋中得以廣泛采用，隨之而來的樁基動力穩定性問題則成為樁基礎研究的熱點與難點.已有的基樁穩定特性研究多是基于靜力問題進行的，鮮有關于樁土動力相互作用及動力穩定性的試驗研究，導致缺乏必要的實際數據，使基樁動力穩定性分析存在著諸多不確定性，一定程度上限制了其在實際工程設計中的應用.因此，有必要進行動力模型試驗，為該問題的討論提供基礎.

已有研究中，Han等（1988）進行了水平和豎向強振作用下單樁大比例模型簡諧激振試驗，綜合考察了激振強度、荷載循環及承臺土的接觸狀態的影響.為驗證按靜力等效動力相互作用理論，Marsafawi等（1992）進行了六樁鋼樁小比例和六樁混凝土全比例群樁試驗.申世強等（1995）分別對單根、4根、6根和9根模型樁樁基豎向振動進行了試驗，并基于樁基動力反應簡化計算模式揭示了群樁豎向振動時有關剛度、阻尼和樁土參振質量若干規律，對群樁動力參數作了簡要討論.Dou等（1996）通過振動臺試驗并結合液壓類比漸進模擬技術再現了單樁土的動力線性及非線性階段區行為.胡鈞等（1999）進行了樁基動力特性試驗，發現不同試驗分析方法得出的基樁動力特性參數略有差別，故選擇測試方法時應考慮適用的類型.彭雄志等（2002）在軟土中進行了軸向動靜力受壓模型樁試驗，研究了樁的動承載力、動側阻端阻、樁頂豎向累積位移與振動位移幅值及動剛度等，得出軟土區高速鐵路橋梁樁基承載力設計值應折減10%～30%.Adhikari（2008）通過動力離心機模型試驗并結合理論分析，探討了地震時液化土中樁基及上部結構的動力不穩定性，發現地震時液化土中樁基及上部結構的固有頻率會大幅下降.唐永勝等（2010）對埋入砂土中的模型樁進行了水平靜載和水平循環荷載的對比試驗，對比分析了樁的埋深、加載頻率及循環次數等對模型樁的影響，并得出樁土之間在上述因素綜合作用下所表現出的量化規律.Gang 等（2011）分別對6根不同直徑和長度的鉆孔灌注樁實施了現場原位靜動力載荷試驗，分析了基樁軸向靜動力特性，觀測到基樁動剛度較之靜剛度要高20%～40%，動承載力相比靜承載力提高30%，且動剛度和動承載力與加載速率密切相關.但總的來說，樁基動力模型試驗研究開展較少，本文將通過室內大比例基樁動力模型試驗探討基樁的動力與穩定特性.