斜坡樁基礎樁側土體裂縫擴展試驗研究

李 文 杰

(新疆鐵道勘察設計院有限公司,新疆 烏魯木齊 830011)

近幾年西南地區基礎設施不斷建設與完善，越來越多的基礎設施修建在西南地區的崇山峻嶺中。然而西南山區地形陡峻，地質構造復雜，大量建(構)筑物的基礎容易受到周圍不穩定巖土體的直接威脅。

研究人員對不同土體地基下水平受荷樁土體系相互作用問題進行了大量的試驗與數值分析研究[1-8]，但是大部分研究主要集中在樁身的受力或變形方面，對于樁側土體的變形發展研究則相對較少。實際上，在各種復雜荷載作用下，樁土體系會產生不協調的位移，地基淺表部的樁側土體進而出現裂縫擴展，裂縫可能會貫穿地基隔水層，形成潛在的滲流通道[9]。因此，樁土體系中樁側土體的變形破壞與否直接關系到樁基礎的安全可靠性。值得注意的是，近幾年已有一些學者對樁周土體在加載過程中的發展變化規律進行了一定的深入研究。包括使用透明土和PIV技術，對水平受荷樁在加載過程中樁周土體位移場的發展變化進行量測，揭示樁—土相互作用規律[10]。

然而，由于山區地區地形地貌的復雜性，導致斜坡地基中樁土體系作用機制十分復雜[11]。現有的研究中對水平荷載下樁側土體裂縫的擴展情況隨地基坡度變化還有所欠缺。本文通過西南山區現場樁基水平靜載試驗觀察地基樁側土體隨荷載以及斜坡坡度的擴展變化情況，主要包括土體裂縫開展的長度、寬度、深度及方位，重點從樁側土體角度來揭示水平荷載下樁土相互作用規律，進一步揭示樁土相互作用過程中樁側土體的發展變化過程，以彌補當前研究的空白，也能夠為確保樁土體系長期安全穩定而采取相應的工程措施提供一定的參考。

1 單樁水平靜載荷現場試驗

1.1 試驗概況及工程地質條件

1.2 試驗方案

本次現場試驗共進行四組不同坡度，共4根樁的水平靜載試驗，其中1號，2號，3號，4號樁擬分別進行0°,15°,30°，45°坡試驗。樁基礎均為混凝土人工挖孔灌注樁，樁徑1 m，樁長10.5 m，出露0.5 m，樁身配筋采用30根直徑28 mm的HRB400鋼筋作為主筋通長配置。

現場樁基水平靜載荷試驗示意圖如圖1所示。

1.3 試驗加載方法

試驗采用油壓千斤頂進行水平力加載，加載方法根據工程樁實際受力特性選用單向慢速維持荷載法。

1)荷載分級：每一級荷載加載等級為預估最大荷載的1/10～1/15。

2)位移觀測：每級荷載維持1.5 h～2.5 h，以每一小時內的樁頂位移變化量不超過0.1 mm為穩定標準。

3)終止試驗的條件：現場試驗坡面處樁身位移超過100 mm時停止加載。

2 樁側土體裂縫擴展情況

由于篇幅限制，這里只列出45°斜坡的樁基礎在水平荷載下的樁周土體變形情況，如圖2所示。

斜坡地基水平受荷時樁側土體裂縫擴展的大致過程為：第一級荷載施加時，樁周土體逐漸壓密，原來固有的微裂縫逐漸閉合。隨著荷載的增大，樁周土體開始產生新的裂縫。由于樁與土之間剛度大小的差異，首先是在樁后側的樁土界面交界處產生水平向的裂縫，裂縫在荷載作用下先是沿水平向不斷發展，形成主裂縫，裂縫在荷載作用下不斷擴展，長度、寬度和深度都不斷增大。同時在主裂縫周圍又產生成多條細裂縫。隨著荷載的增大，主裂縫逐漸沿樁身兩側呈拋物線型向樁前斜坡處延伸，伴隨著樁前土體也逐漸產生不規則的斜裂縫，加載末期，樁后的多條裂縫完全貫通，土體被拉裂破壞，裂縫中的土體不斷塌落下陷，樁前土體有少量隆起現象。在基樁達到臨界荷載時，不同斜坡坡度下的樁側土體均首先在樁后側出現水平向的細裂縫，這與周建[12]模型試驗研究的結果較為一致；當水平荷載進一步增加，樁后側的土體出現了應力釋放，使得部分樁體脫離上部土體。樁后水平裂縫逐漸發展，并沿樁身兩側呈拋物線型向樁前斜坡處延伸擴張，同時在樁側出現多條不連續斜裂縫，與樁身大致呈45°角。

3 結語

本文主要通過西南山區現場水平靜載試驗研究處于不同坡度的樁基礎在荷載作用下樁側土體的開裂特性，進一步揭示樁土相互作用過程中樁側土體的發展變化過程，獲得的主要結論如下：

1)水平荷載作用下樁側土體變形破壞是一個循序漸進的過程。裂縫最初出現在樁后的樁土界面交界的位置，大致呈水平向，隨后裂縫的寬度、長度和深度均隨著荷載的增大而增加，當樁基礎接近極限荷載時，樁后土體裂縫完全貫通，裂縫中土體不斷塌落下陷，樁前有少量土體隆起。

2)地基坡度越大，土體變形擴展速率也越快。另外，坡度越大，裂縫沿樁側擴展時與最初出現的水平向裂縫形成的角度越大，即“拋物線”的弧度越大。

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