地鐵抗拔樁承載機理實驗研究

孫 祥 郭 忠 孫 鑫 程博遠 王海航

（石家莊鐵道大學土木工程學院 河北石家莊 050043）

目前，抗拔樁的設計依據多為抗壓樁理論，設計出來的抗拔樁存在樁徑過大、施工難度大、材料浪費嚴重、承載機理不明確等問題。因此，本課題要通過室內試驗研究的方法，對抗拔樁承載與破壞機理進項研究，找出影響抗拔樁承載機理和破壞機理的因素。為抗拔樁的風險控制、建筑結構抗浮等提供理論依據。

1 試驗裝置介紹

本試驗所采用的實驗裝置是一種結構簡單、高效方便、能夠精確的測力和位移的實驗裝置，它可以研究樁-土界面特性、土壓力、樁徑比和土層水位對抗拔樁承載力極限的影響規律。它由實驗箱體、基坑與樁基系統、應力加載系統和檢測系統四部分組成。

2 實驗箱體介紹

實驗箱體是由玻璃圍腔、水位顯示管、水位顯示管閥門、牛腿、土壓力盒和出土槽口六部分組成。玻璃圍腔底部是1500mm×1500mm正方形，高1200mm，由塑鋼玻璃制成，具有封閉性，防止水滲出。玻璃圍腔透明，易于觀察玻璃圍腔內部實驗變化，實驗時裝滿實驗土層。在玻璃圍腔底座下面四角處分別有一個牛腿以便于將玻璃圍腔抬高，便于整個實驗裝置的移動。水位顯示管布置于一面塑鋼玻璃邊緣處，水位顯示管可以顯示玻璃圍腔內部水壓。通過上下兩個水位顯示管閥門與玻璃圍腔內部相連，兩個水位顯示管閥門與玻璃圍腔接口處有反濾層，防止沙土進入水位顯示管，土壓力盒布置于玻璃圍腔四周，用于監測實驗箱體內部實驗土層的土壓力。玻璃圍腔一側底部有出土槽口，實驗室用塑鋼玻璃密封，實驗完畢，用于清理實驗箱體內部實驗土層。

3 基坑與樁基系統介紹

基坑與樁基系統是由土壓容器、百分表、螺栓、樁基。樁基埋置于實驗土層中，上部通過螺栓與土壓容器相連。樁基的長度分為10cm、20cm、30cm。三種模型樁，第一種模型樁表面為光滑鋼樁表面；第二種模型樁表面壓出縱向及橫向溝槽；第三種模型樁表面粘貼最大砂粒粒徑為0.25mm的砂紙土。土壓容器由鋼材制成，具有一定剛度。土壓容器填滿土，然后分級開挖，用以控制樁基上部靜載。土壓力容器上部留有小口，便于與應力加載系統相連。四個百分表分別安裝在土壓容器上部四角處，用于顯示整個基坑與樁基系統的位移變化。

4 應力加載系統介紹

應力加載系統。它由鋼支撐架、滑輪、鋼絲繩、和沙袋組成。應力加掛鉤用于放置實驗法碼。鋼支撐架有四根垂直鋼支撐架、兩根橫向鋼支撐架、兩根豎向鋼支撐架組成。鋼支撐架通過焊接的方式連接在一起，以維持整個裝置的穩定性。鋼絲繩的一端與基坑與樁基系統相連。鋼絲繩的另一端連接應力加載盤，整根繩索放置于橫向鋼支撐架的兩個滑輪上。橫向鋼支撐架上分別焊接一個滑輪，應力加載系統中的繩索可以通過上部鋼支撐架上的滑輪連接基坑與樁基系統。

5 試驗目的

本試驗的其目的是通過實驗的方法找到不同的環境、不同的樁型及不同的荷載作用下抗拔樁的極限承載力。在研究中所控制的影響因素有樁徑比（10/5、20/5、30/5）；表面特性（光滑、螺紋、砂紙）；土壓力（松散300kPa、輕夯 500kPa、重夯 700kPa）；土層水位（10cm、95cm、120cm）。通過實驗得出能夠指導實際工程的可靠結論，為地鐵抗拔樁提供風險控制的理論依據。

6 結果分析

①在表面特性、土壓力、水位相同的條件下，增大樁徑比可以明顯的提高抗拔樁的承載力，原因是增大樁徑比實則增大了土截面的摩擦接觸面，提高了抗拔承載力。②在表面特性、土壓力、水位相同的條件下，相同的荷載，樁徑比越大，樁身應變越大，原因是相同的樁身應變，樁徑比越大，樁-土截面越大，摩擦力越大，抵抗上拔荷載越大，最終導致樁身應變增大。③在樁徑比、表面特性、土壓力相同的條件下，水位對抗拔樁也有著顯著的影響，隨水位增大，抗拔性明顯減小，原因是水位的加大減小了樁-土截面的靜摩擦系數，在相同的表面特性情況下，水位越小摩阻力大，抗拔性能好。④上拔試驗中，在水位高為120cm時，隨著開挖土量的增加，土壓容器便慢慢上浮，當土層開挖完畢，土壓容器基本浮出表面，在進行加載試驗時候，荷載未達到1kg抗拔樁便已經破壞，是要去其抗拔性。

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