荷載作用下砼擴盤樁樁周土體破壞分析

閆建軍

（新疆筑路機械廠公路工程處，新疆烏魯木齊 830021）

荷載作用下砼擴盤樁樁周土體破壞分析

閆建軍

（新疆筑路機械廠公路工程處，新疆烏魯木齊 830021）

運用小比例半截面樁試件模型，對砼擴盤樁在豎向壓力和拉力作用下的樁土共同工作機理、樁周及盤上、下土體的破壞狀態等進行試驗研究，定性分析了砼擴盤樁的位移及盤間距對土體破壞狀態的影響，進而確定了樁周土體的破壞模式。

橋梁；砼擴盤樁；破壞模式；抗壓；抗拔

砼擴盤樁具有承載力高、操作簡單方便、材料用量少、沉降量低、更加經濟、節能和環保、應用領域廣泛等多方面特點，以其巨大商業價值受到越來越廣泛的關注。目前，砼擴盤樁已應用到工程項目中，但由于對其作用機理的研究成果還較少，尚未形成完整的研究體系，也沒有得到廣泛的推廣應用，還需要加大對其技術理論的試驗研究，深入了解其作用機理。為此，該文對砼擴盤樁展開試驗研究，分析荷載作用下砼擴盤樁樁周土體的變化。

1　試驗方案

采用小比例半截面樁試件模型，改變擴盤樁盤徑與盤間距等參數研究樁周土體的變化情況。通過壓力、拉力加載裝置與小比例試驗樁土體模型完成試驗樁的加載過程。通過試驗，觀察從加荷到破壞整個過程中樁周土體的變化，收集位移和應變數據，描繪土體破壞的性狀，拍下土體破壞的過程和最終結果，并對測試結果進行綜合分析。

1.1取材及試件模型制作

以從工程現場取回的黏土作為試驗材料。經過試驗，得到黏土的技術指標：含水率為6.8%；液限為21.6%；塑限為9.1%；密度為1.98N/mm3；壓縮模量為3.1×10-2N/mm2。

以鐵質的單雙盤樁作為試驗樁。因為在豎向壓力與拉力作用下試驗樁樁周土體所發生的形態變化不一樣，為了能更加具體地分析樁周土體的形態變化，取12個試件分成4組進行試驗，分別為盤徑與盤間距不一樣的單雙盤抗壓、抗拔樁（見圖1）。試驗樁的技術參數見表1～4。

1.2抗壓試驗設備及方法

小比例半截面試件模型的試驗設備包括測試加載傳感器，3t千斤頂，用來裝土與埋置試件的2cm厚玻璃缸（70cm×40cm×30cm），采集應變、位移數據的應變儀與位移數顯儀，數碼相機，計算機和位移計等。試驗步驟如下：

（1）半截面小試件豎直緊貼玻璃缸內表面固定，頂端比玻璃缸高出30cm，以便清楚地觀察到樁的位移與土體的性狀變化。

（2）將試驗土磨成粉狀并壓實，埋置好試驗樁后，將其安放在加載裝置上。

圖1　試驗樁試件

表1　抗壓單盤樁的技術參數　mm

表2　抗壓雙盤樁的技術參數　mm

表3　抗拔單盤樁的技術參數　mm

表4　抗拔雙盤樁的技術參數　mm

（3）將傳感器、位移計、數顯儀、應變儀等設備連接到安裝好的加載裝置上。

（4）進行試驗，逐級加載，加載過程中記錄位移、應變數據并描繪土體的破壞性狀。

1.3抗拔試驗設備及方法

抗拔試驗設備包括應變測試儀、3t千斤頂、用于制備土體模型的厚2cm的玻璃缸（70cm×40 cm×30cm）、位移計、數碼相機和計算機。試驗步驟如下：

（1）半截面小試件豎直緊貼玻璃缸內表面固定，頂端比玻璃缸高出30cm，以便于清楚地觀察到樁的位移與土體的性狀變化，方便加載設備與試件的連接。

（2）將試驗土磨成粉末狀并壓實，埋置好試驗樁，形成試驗模型。

（3）將傳感器、位移計、應變儀等試驗設備連接到安裝好的加載裝置上。

（4）進行試驗，逐級加載，加載過程中記錄位移、應變數據并描繪土體的破壞性狀。

2　試驗結果與分析

2.1抗壓單盤樁試驗結果分析

圖2為抗壓單盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖2　抗壓單盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖2可看出：1）不同盤徑所產生的位移荷載比不一樣，隨著盤徑的增大，位移荷載比越來越小；盤徑越小，曲線走勢越強，盤徑適當時，曲線的走勢較平緩。2）剛開始加載時壓力較小，位移荷載比較小；隨著荷載的增大，位移荷載比也增大，在荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。

單盤樁抗壓模型樁周土體的破壞狀態隨盤徑的變化見圖3。

圖3　抗壓單盤樁樁周土體的破壞狀態

由圖3可看出：受力盤的盤徑不同，樁周土體的破壞狀態不一樣。1）隨著加載壓力的增大，樁發生的豎向位移也增大，樁受力盤上部土體由剛加載時出現的與盤稍微分離發展到分離范圍加大，直到土體破壞。2）盤下土體隨著壓力的增大而受到壓縮變形，壓縮到一定程度時，土體往盤邊沿擠出，直到土體破壞。3）加載壓力相同的情況下，隨著盤徑的增加，盤上與盤下土體發生的變化都減小。

2.2抗壓雙盤樁試驗結果分析

圖4為抗壓雙盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖4　抗壓雙盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖4可看出：1）不同盤徑的位移荷載比不一樣，隨著盤徑的增大，位移荷載比越來越小；盤徑越小，曲線走勢越強，盤徑適當時，曲線走勢較平緩。2）剛開始加載時壓力較小，位移荷載比較小；隨著荷載的增大，位移荷載比也增大，在荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。

雙盤樁抗壓模型樁周土體的破壞狀態隨盤徑的變化見圖5。

圖5　抗壓雙盤樁樁周土體的破壞狀態

由圖5可以看出：盤上土體的破壞趨勢大致一樣，但因為盤的直徑不同，各樁的破壞狀態不盡相同。1）隨著加載壓力的增大，樁發生的豎向位移增大，樁受力盤上表面的土體由剛加載時出現的較小位移發展到樁土分離范圍加大，直至土體破壞。在樁土分離的一定范圍內，跟樁的位移成正比關系。2）盤下土體隨著荷載的增大而受到壓縮變形，壓縮到一定程度時，土體往盤邊沿滑移，造成土體破壞。3）盤徑較小的樁，盤間土體因荷載作用而受到的影響不大；隨著盤徑的增大，盤間土體受到明顯影響，盤上表面的樁土分離、盤下部土體壓縮滑移都有較大變化。

2.3抗拔單盤樁試驗結果分析

圖6為抗拔單盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖6　抗拔單盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖6可看出：1）不同盤徑的位移荷載比不一樣，隨著盤徑的增大，位移荷載比越來越小；盤徑越小，曲線走勢越強，盤徑適當時，曲線走勢較平緩。2）剛開始加載時拉力較小，位移荷載比較小；隨著荷載的增大，位移荷載比也增大，荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。

單盤樁抗拔模型樁周土體的破壞狀態隨盤徑的變化見圖7。

圖7　抗拔單盤樁樁周土體的破壞狀態

由圖7可看出：1）隨著加載拉力的增大，樁發生的豎向位移也增大，樁受力盤下表面及盤端的土體由剛加載時出現的較小位移發展到樁土分離范圍加大，直至土體破壞。在樁土分離一定范圍內，跟樁的位移成正比關系。2）所有樁周土體的破壞形式相差很小，盤上表面的土隨著拉力的增大而往樁端滑移，直到土體破壞。3）在加載拉力相同的情況下，隨著盤徑的增加，盤上與盤下土體發生的變化都在減小，盤上水平壓力增大范圍也變小。

2.4抗拔雙盤樁試驗結果分析

圖8為抗拔雙盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖8　抗拔雙盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖8可看出：1）剛開始加載時拉力較小，位移荷載比較小；到隨著荷載的加大，位移荷載比也增大，在荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。2）當荷載拉力較小時，不同盤間距對應的位移荷載比大小相差不大；隨著荷載的增大，不同盤間距的位移荷載比差異也增大。

雙盤樁抗拔模型樁周土體的破壞狀態隨盤徑的變化見圖9。

圖9　抗拔雙盤樁樁周土體的破壞狀態

由圖9可看出：由于樁盤直徑不同，各樁的破壞狀態也不盡相同。1）跟抗拔單盤試驗樁差不多，隨著加載拉力的增大，樁發生的豎向位移也增大，樁受力盤下表面及盤端的土體由剛加載時出現的較小位移發展到樁土分離范圍加大。2）盤上表面土隨著拉力增大而往樁端滑移，直到土體破壞。但因為盤間距不一樣，盤間土體所受到的破壞也不同。3）盤間土體所受影響大小跟盤間距成反比，上、下盤下部土體幾乎同時出現裂縫，表明上盤和下盤是同時受到荷載拉應力作用的；當達到一定荷載極限時，上、下盤均會遭到破壞。

3　結論

（1）在豎向壓力作用下，盤徑相同的單雙盤樁隨著加載壓力增大而產生的豎向位移也增大，直至土體破壞。當樁上加載的荷載一樣時，單盤樁盤徑越大，盤上、下土體所發生的分離與滑移變化越小；雙盤樁盤徑越大，上、下盤間所發生的土體變化越明顯。盤徑較小的樁，盤間土體受荷載作用的影響不大，隨著盤徑的增大，盤間土體也受到明顯影響。

（2）在豎向拉力作用下，單雙盤樁隨著加載拉力增大而產生的豎向位移也增大，直至土體破壞。在加載拉力相同的情況下，隨著盤徑的增加，單盤樁盤上與盤下土體發生的變化都減小。雙盤樁盤間土體所受影響大小與盤間距成反比，且上、下盤下部土體都因為豎向拉力作用產生樁盤分離現象。

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2016-03-05