混凝土擴盤樁盤下土層厚度影響抗壓破壞的試驗研究★

錢永梅 劉尊鵬 謝新穎 楊大軍

(1.吉林建筑大學，吉林 長春 130118; 2.吉林省結構與抗震科技創新中心，吉林 長春 130118; 3.安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230000)

·巖土工程·地基基礎·

混凝土擴盤樁盤下土層厚度影響抗壓破壞的試驗研究★

錢永梅1，2劉尊鵬1謝新穎1楊大軍3

(1.吉林建筑大學，吉林 長春 130118; 2.吉林省結構與抗震科技創新中心，吉林 長春 130118; 3.安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230000)

在擠擴多盤樁現有的研究方法和結論的基礎下，提出了半面樁小模型原狀土試驗的方法，進行了盤下土層厚度對混凝土擴盤樁樁周土體的破壞狀態以及單樁承載力的研究，既解決了原有全截面樁不能清晰地看到樁周土體的整個破壞情況的缺點，又解決了埋土試驗不能保證土體性狀符合施工現場實際狀況的缺欠。

混凝土擴盤樁,盤下土層厚度,原狀土試驗,抗壓破壞

1 概述

隨著經濟的發展，建筑行業對于樁基礎的要求逐漸提高，因此樁基礎的形式發生不斷改善和創新。混凝土擴盤樁以其創新的理念、承載能力高、沉降小、較好的社會效益和經濟效益被越來越多的人們所接受[1,2]。混凝土擴盤樁樁身的受力形式發生較大的變化，由樁側、樁端和盤端承擔荷載，從而提高混凝土擴盤樁的承載能力[3]。本文主要研究的是混凝土擴盤樁盤下土層厚度影響抗壓破壞的試驗。在壓力的作用下，通過改變盤下土層厚度進行對應的模擬分析。為減少試驗用土和現場用土的差異性，通過采用改進后的半面樁小模型原狀土實驗，能夠觀察到原狀土破壞的整體狀況，為完善擠擴多盤樁單樁豎向力作用下的理論研究奠定基礎。

2 原狀土試驗

2.1 試驗設備的準備工作

實驗采用的是半面樁小模型原狀土試驗，自制滿足實驗要求的多功能抗壓試驗臺[4,5]。原狀土采集的過程是進行試驗的關鍵之處，在進行實驗之前，需要去現場進行取土，選用特制的取土器在現場進行壓入取土，并對土體表面進行清理，及時的封裝運輸到實驗室。模擬樁的設計在實驗中依然很重要，在進行模擬樁的設計過程中，應該采用Q235型的鋼材[6]，模擬樁的尺寸見表1。

表1 模型樁的尺寸

2.2 原狀土模型試驗的過程及數據采集

數據采集在實驗的過程中占有著重要的地位，實驗數據的準確性影響著后續實驗數據的對比以及結論[3，7]。數據在采集的過程中，分為四個基本過程：1)記錄豎向位移的變化；2)記錄豎向力的變化；3)拍攝樁周土體破壞照片；4)測定土體的基本屬性。通過千斤頂對擴盤樁進行荷載的施加，使擴盤樁發生相應的豎向位移，當豎向位移每達到1 mm時就記錄施加荷載的數值[8]，在每相隔2 cm時并記錄下樁周土破壞的照片，直到樁周土發生完全破壞。在實驗結束后，應及時的對土體的基本屬性進行測定，確保實驗數據的準確性。

3 試驗結論分析

3.1 位移—荷載數據分析

通過對實驗數據的對比和分析，可以得出相應的荷載—位移曲線圖，如圖1所示。

從圖1中可以看出，根據不同混凝土擴盤樁模型位移—荷載變化曲線對比分析，可以得出結果：

1)從HDKY1到HDKY4模型樁，位移都隨著荷載的遞增逐漸增大；在加載的最初階段，由于豎向荷載的施加導致土體擠壓致密，進而使土體的承載能力增加，因此造成加載初期曲線的增長速度較快，同時單位位移下豎向荷載增加較快；在加載的中間階段，單位位移下豎向荷載增加的速度逐漸變緩，由于荷載的不斷增加，造成盤下土體發生整體滑移現象，進而導致承載能力增長的速度變慢。在加載的最后階段，樁頂作用力的增加速度逐漸變緩，豎向位移卻發生較大的變化，此時，土體已經完全破壞[9]。

2)HDKY1～HDKY4的盤下土體厚度分別是0倍、1.5倍、3倍、4.5倍的懸挑長度。通過對四種模型樁的對比，發現HDKY1同另外三種模型樁土體破壞的過程有差異。HDKY1模型樁的曲線位于圖1的最下方，其極限的承載能力已經大于0.5 kN。當荷載達到0.5 kN時，曲線的增長速度逐漸變緩，此時的樁身長度已經達到24 mm，從而產生過大位移的破壞。而HDKY2～HDKY3的曲線增長的趨勢十分相似，因此三種土體的破壞規律大致相同。因此，通過實驗數據的對比可知，混凝土擴盤樁盤下的土體厚度應該大于1.5倍懸挑長度，有利于模型樁承載能力的提高。

3)當模型樁初始位移達到1 mm時，抗壓荷載曲線的斜率逐漸增加，當樁身的位移達到1 mm時，荷載隨之增加，但是荷載增長的速度和盤下土體的厚度的改變量并不成比例。觀察圖1可知：HDKY1荷載的增加趨勢比較緩慢，而HDKY2～HDKY4的增加趨勢差異性較小，但相比于HDKY1有所增加。說明當盤下土體厚度小于1.5倍懸挑長度時，有提高樁承載力的效果但并不理想；當盤下土體厚度大于1.5倍懸挑徑時，樁承載力提高效果顯著；由此說明，要充分發揮擴盤樁承載力作用時，盤下土體厚度應大于1.5倍懸挑徑。

3.2 樁周土破壞情況圖片分析

通過圖2可知，樁周土體的破壞形式以及破壞的全過程，可以將試驗中半截面擴盤樁在受壓狀態下樁周土體破壞過程分為三個階段。

第一階段：土體壓密階段。在模型試驗加載最初階段，盤上土體與盤迅速分離，荷載作用較小，盤下和樁底三角形壓密區，隨著荷載的增大，盤下和樁底逐漸被壓密實，如圖2中HDKY2-1和HDKY2-2。

第二階段：土體滑移階段。模型試驗加載進入中間階段，豎向壓力不斷增加，樁盤端處土體會發生小的水平裂縫。隨著豎向壓力不斷的增加，豎向壓力樁盤端處剪切破壞同樣會逐漸增加，盤下土體應力也會逐漸增加，盤下一定范圍內土體整體向下滑移，如圖2中HDKY2-3和HDKY2-4。

第三階段：破壞階段。試驗進入后期，在荷載增量較小的情況下，樁身位移變化很大，此時樁盤周圍土體破壞較為嚴重，盤端土體裂縫較大，盤下土體的滑移較大，樁位移較大，影響到下層土發生變化。此時已加載至破壞狀態，試驗結束。

綜上所述，從抗壓試驗過程圖中可以看出，隨著混凝土擴盤樁豎向壓力的增大，盤下土體的水印范圍逐漸增大，隨著豎向位移的增大，對盤下土層的影響范圍也加大。

4 結語

本文主要是關于混凝土擴盤樁盤下土層厚度對樁周土體破壞狀態影響的原狀土試驗研究。

首先，通過設計抗壓抗拔多功能試驗加載臺，獲取現場的原狀土進行半面樁小模型原狀土試驗是本試驗的重點；

其次，通過對比和分析的方式對混凝土擴盤樁模型試驗進行整理，并且對盤下土體破壞的全部過程進行記錄，得出相應的結論：抗壓情況下，隨著豎向荷載的增大，樁豎向位移增大，盤下土體在壓縮后，一定區域內的土體沿滑移線發生整體滑移，位移較大時即達到破壞；當盤下土體厚度超過1.5倍盤懸挑長度后，此滑移范圍不會達到盤所在土層的下層土，因而，破壞曲線不會受到下層土土層性狀的影響。因此，當樁穿過多個土層時，設計承力盤的位置時，盤所在土層盤下土體厚度大于1.5倍盤的懸挑長度比較合理，此研究結論為更好的計算單樁的承載力，設計合理的承力盤設置位置提供了可靠的依據。

[1] 錢永梅.影響擠擴多盤樁土體極限承載力的因素研究[J].吉林建筑工程學院學報,2004,21(2):14-16.

[2] 錢永梅，尹新生，王若竹，等.擠擴多盤樁承力擴大盤位置對單樁承載力影響分析[J].吉林建筑工程學院學報,2010(3):1-3.

[3] 陳海明，班鳳其，劉小偉.非飽和土抗剪強度指標c、Ф值與含水量ω的關系[J].合肥工業大學學報(自然科學版)，2006，29(6):736-738.

[4] Qian Yongmei，Zhao Dapeng，Xie Xuewen.The Research on the Ultimate Bearing Capacity of Soil around the Push-extend Multi-under-reamed Pile at Sliding Failure State[J].Advanced Materials Research，2014(578-579)：232-235.

[5] 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.

[6] Zhang Yanqing,Yuan Hui.The hydraulic squeezed branch expansion/squeezed branch pile bearing performance test research[J].Journal of Beijing university of technology,2006，32(10):879-881.

[7] 王若竹，錢永梅，尹新生.基于滑移線理論確定的擠擴多盤樁單樁承載力計算方法[J].建筑技術開發，2011，38(1)：5-6.

[8] Qian Deling.The load transfer law about the squeezed branch and plates pile extrusion expansion and FEM simulation[J].Journal of geotechnical engineering,2002,24(3):371-375.

[9] Xuewen Xie.The failure state and bearing capacity study of the Multi-Extruded-Expanded-Plates pile influenced by soil properties[M].2015.

Experimental study about the soil thickness at the bottom of the plate to affect the failure of resisting compression of the CEP pile★

Qian Yongmei1,2Liu Zunpeng1Xie Xinying1Yang Dajun3

(1.JilinJianzhuUniversity,Changchun130118,China;2.JilinStructureandEarthquakeResistanceTechnologyInnovationCenter,Changchun130118,China;3.AnhuiNo.3ConstructionCo.,Ltd,Hefei230000,China)

On the base of existing research method and conclusions of the CEP pile, it is puts forward that the method of small model pile with self-section test model test of undisturbed soil, and studies that the thickness of soil layer at bottom of plate affecting the bearing capacity and failure behavior of the CEP pile under vertical compression, and not only the whole failure behavior of soil surroundings the pile can be observed more clearly, but also the question is resolved that ensures that the soil in the test is complying with the actual situation of site. It also contributes to the promotion of the technology.

Concrete Expanded-Plates pile(CEP pile), thickness of soil layer, test of undisturbed soil, failure of resisting compression

1009-6825(2017)21-0042-02

2017-05-12★:國家自然科學基金項目(51278224)，吉林省教育廳項目2016[151]

錢永梅(1970- )，女，博士，碩士生導師，教授; 劉尊鵬(1994- )，男，在讀碩士; 謝新穎(1980- )，女，副教授; 楊大軍(1988- )，男，碩士

TU411.6

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