混凝土擴盤樁樁土破壞機理的半面樁原狀土試驗★

錢永梅 梁松廷 王若竹 金玉杰

(1.吉林建筑大學，吉林 長春 130118； 2.吉林省結構抗震技術創新中心，吉林 長春 130118)

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混凝土擴盤樁樁土破壞機理的半面樁原狀土試驗★

錢永梅1,2梁松廷1王若竹1金玉杰1

(1.吉林建筑大學，吉林 長春 130118； 2.吉林省結構抗震技術創新中心，吉林 長春 130118)

針對混凝土擴盤樁樁周土體破壞機理研究過程中，現有半面樁小模型埋土試驗方法和大型樁實體試驗方法的局限性，提出了半面樁原狀土模型試驗方法，并闡述了該方法的試驗步驟，指出該試驗方法不僅能夠真實的模擬樁土相互作用，全程觀察土體的破壞形態，并且實施過程相對簡單、安全、成本低廉。

混凝土擴盤樁，破壞機理，半面樁，原狀土，模型試驗

1 概述

目前研究混凝土擴盤破壞機理的試驗方案主要有兩種：實驗室小模型試驗[1]和施工現場大型樁土實體試驗。實驗室的小模型試驗設備簡單、占地小、投入小，但是由于試驗所用的土體在實驗室經過了人工擾動，所以土體的含水率、內摩擦角、粘聚力以及結構面的形式和原狀土不同[2]，而土壤性狀對試驗結果又會造成很大的影響，所以，實驗室的小模型試驗并不能真實反映樁土之間的相互作用，所得到的試驗數據也和實際施工中存在差異。而施工現場大型的樁土實體試驗雖然能夠得到與實際施工相適應的準確數據[3，4]，但是大型樁土試驗占用場地較大，設備復雜，耗時費力，并且難以觀察土體的破壞形態，對研究土體的破壞形態十分不利。所以考慮到以上兩種試驗方案的種種弊端，現在介紹一種具有普遍推廣應用意義的原狀土試驗研究方案。

2 試驗方案設計

試驗方案的主體設計如圖1所示，主要設備是我們自主設計的加載臺和取土器。本方案采用小比例半截面模型樁，在原狀土中進行試驗。其中，試驗所用的模型樁(鋼樁)按照實際樁體的一定比例制作而成，并將制作好的模型樁埋入裝滿原狀土的取土器中，最后將埋入樁的取土器放置在加載臺上進行試驗，并記錄試驗相關數據。

3 試驗準備

3.1 試驗主要設備制作

1)加載臺。加載臺是本試驗方案的主體構件之一，是關系到本試驗能否成功的關鍵之一，所以，我們自主設計了能夠滿足我們試驗需求的加載臺，它的反力梁可以上下自由調整，能夠滿足不同高度的抗壓或抗拔試驗，并委托長春金正機械制造廠進行加工。加載裝置的實體圖如圖2所示。

2)小比例半截面模型樁。小比例半截面模型樁按實際工程中一定的比例制作，因為試驗模擬樁土相互作用，一般樁不會發生破壞，所以用鋼樁來代替混凝土樁，如果是做抗拔的模型，還要在距離樁頂一定位置上打圓孔，以方便進行抗拔試驗。現給出一個抗拔樁的實體圖，如圖3所示。

3)取土器。取土器是試驗中提取原狀土的主要設備，既要具有一定的剛度，在取土過程中不發生變形，又要具有拆卸功能。取土器的大小要根據模型樁的大小制作，既要滿足樁長和承力盤上土體厚度的要求，又要滿足承力盤上土體破壞范圍的要求，而且，考慮到土體的容重，取土器也不宜過大。圖4給出了一種取土器的設計三維圖和實體圖。

除了上面介紹的主要設備之外，還需要其他的一些附件(不同性質的試驗要配備相應的附件)，加載設備和測量設備，加載設備的量程和測量精度都要和試驗本身相適應，不宜過大或過小。

3.2 原狀土的選取

原狀土的選取地點是在長春市經濟技術開發區武漢路以南，自由東路以東，長春市經濟技術開發區南區回遷住宅項目1號～14號樓。根據吉林建筑工程學院勘測公司所做的巖土工程勘察報告(詳勘)，選取12號樓作為原狀土的取土地，取土過程見圖5。

3.3 模型樁體埋入原狀土

取土器運輸到實驗室后，接下來的工作就是將制作好的模型樁埋入到原狀土中，以實際做過的試驗為例，介紹其主要過程，見圖6。

圖6a):將取土器放置在干凈塑料上，用扳手、鉗子將擬埋半截面模型樁的一面拆卸下來。圖6b):用小鏟子對原狀土表面進行簡單清理，以便在后續的試驗中能夠觀察到土體的破壞形態。圖6c):將樁固定在土體中間位置，用兩個90°的長條鋼板調整垂直度，保證半截面鋼樁能夠垂直埋入原狀土中，標記好承力盤所在位置，用美工刀將承力盤位置處的土體剔出。圖6d):在半截面鋼樁上設置墊木，使用靜壓的方式，將樁均勻緩慢地埋入到原狀土中。圖6e):清理拆卸下來的鋼板，保證表面清潔后，再將鋼板安裝到取土器上，然后將取土器豎立放置，保證樁土模型和實際工程中的樁土工作原理一致。

4 試驗過程

研究混凝土擴盤樁的破壞機理，主要是在豎向壓力或豎向拉力作用下的破壞，現在以實際做完的抗拔試驗為基礎，介紹其主要試驗過程，如圖7所示。

圖7a)：將加載臺清理干凈，將取土器的底面用墊板托住，然后人工將取土器連同墊板抬放到加載臺上，注意輕拿輕放，避免碰撞。然后用扳子、鉗子等工具，將取土器埋樁一側的鋼板卸掉。圖7b)：按照預定的試驗方案給各個埋在土體中的半截面樁編號。圖7c)：將與埋樁側面對應的玻璃安裝到取土器上，并用設計的夾子將取土器與玻璃固定。圖7d)：調整取土器位置，使取土器中的半截面樁與加載臺上反力梁中的圓孔的圓心盡量在同一條豎線上。然后安裝固定取土器的橫梁，并用可調螺栓將其固定。圖7e)：將拉桿從反力梁的圓孔處穿過，與半截面樁頂部的圓孔用銷釘固定，用手輔助拉桿處于垂直狀態，這樣才能保證抗拔的過程中，力是豎直的。圖7f)：根據拉桿上面的圓孔與千斤頂長度的關系，安裝千斤頂，并調整其高度。圖7g)：安裝完畢千斤頂之后，在千斤頂的頂面選擇適當的位置，固定位移計，使位移計保持垂直。圖7h)：一切準備就緒之后，開始試驗，試驗的過程中，設置專人記錄數據，并對土體的破壞形態進行拍照記錄，直到土體產生破壞，這樣就完成了一個完整的試驗過程。

如果是豎向壓力作用下的原狀土破壞機理試驗，則試驗步驟的前三步與此相似，不同的地方從第四步開始出現差異，抗壓試驗不需要在加載臺上安裝反力梁，也用不著拉力桿，而是將設計的樁帽套在樁的頂部，并在樁帽上安放千斤頂和位移計，其余的部分和抗拉試驗相似，最后計算壓力的時候，注意要減去樁帽和千斤頂產生的重力。

5 結語

通過上述試驗方案的試驗過程的介紹可以看出，本文所介紹的新型的半截面樁原狀土模型試驗方法，是一種全新的試驗方法，這種方法克服了傳統試驗方案的只能測數據，不能觀察土體真實破壞狀態的弊端，又克服了現有的小模型半面樁埋土試驗，土體性狀與實際情況不符的弊端，同時也改變了現場半面樁試驗成本太高的弊端，并且能夠滿足抗壓、抗拔、抗傾覆等多種試驗方案的要求。因此，本文提出的半面樁原狀土試驗方法具有普遍推廣應用意義。

[1] 王成武，龔成中.支盤樁豎向承載性狀模型試驗研究及數值分析[J].建筑科學，2015(7)：80-83.

[2] 李家平.取土擾動對土的抗剪強度的影響機理研究[D].上海：同濟大學，2002.

[3] 錢永梅，徐廣涵.擠擴多盤樁試驗研究的發展概述[J].建筑技術開發，2014，41(11)：22-24.

[4] 錢永梅，程慶宇，田 偉，等.混凝土擴盤樁抗壓破壞機理的現場大比例半面樁試驗研究[J].工業建筑，2015，41(12)：122-123.

The study of experiment method with undisturbed soil on failure mechanism of half section pile of the CEP pile★

Qian Yongmei1,2Liang Songting1Wang Ruozhu1Jin Yujie1

(1.JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China；2.JilinStructureandEarthquakeResistanceTechnologyInnovationCenter，Changchun130118,China)

Due to the existing small model soil burial test of half section pile and large entity pile have a certain limitation, it makes the study of the Concrete Expanded-Plates pile failure mechanism get into trouble when in the process of researching the failure mechanism of soil around the Concrete Expanded-Plates pile(the CEP pile). This paper put forward the experiment method of undisturbed soil model of half section pile. And elabo-rated the test steps of the method. This method not only can simulate the real interaction of piles and soil and observe the failure behavior of soil in all groups, but also the implementation process is relatively sample, safe, and economic.

the Concrete Expanded-Plates pile(the CEP pile), failure mechanism, half section pile, undisturbed soil, model test

1009-6825(2016)22-0063-02

2016-05-26★：國家自然基金項目(項目編號：51278224)

錢永梅(1970- )，女，博士，教授； 梁松廷(1989- )，男，在讀碩士； 王若竹(1971- )，男，教授； 金玉杰(1971- )，女，教授

TU411

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