廊道跨湖工程樁基水平抗力系數的比例系數m值取值研究

王端宏 祁鋒 范平易 曹宏生 錢偉

摘 要：在樁基水平承載力和位移計算中，地基土水平抗力系數的比例系數m值的準確性直接影響到計算結果的可靠性，不同類別地基土的m值取值范圍存在很大差別，在工程應用中對m值計算方法的研究具有一定的理論意義和實用價值。本文提出一種通過現場水平靜載荷試驗數據率定地基土m值的方法，以安徽省某廊道跨湖工程地質及樁基為例，根據規范選取各地基土層m值，并結合工程試驗樁的水平靜載荷試驗結果，對各土層的m值進行試算，最終率定出各土層m值。應用表明，該方法可以較為準確率定出工程現場地基土m值。

關鍵詞：樁基水平承載力;m值;水平靜載荷試驗

中圖分類號：U441.2 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0148-03

工程中的樁基大部分以承受豎向荷載為主，但橋梁工程、碼頭工程、風電工程中的樁基會受到風荷載、地震荷載、機械振動荷載等水平荷載的作用，除了需滿足樁基的豎向承載力外，還需要對樁基的水平承載力和位移進行驗算。樁側土水平抗力系數的比例系數m值是設計樁基水平承載力、計算變形時用到的重要參數。樁基工程設計中，不同種類和性質的地基土的m值存在很大的離散性，《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）[1]也是按照地基土類別給出m值的區間值，因此m值取值的合理性直接影響樁基水平承載力和位移計算結果的準確性。目前很多學者及工程技術對其進行了大量的探討研究[2-4]，但在工程設計中并沒有統一的取值方法。

本文根據樁基工程現場單樁水平靜載荷試驗數據[5]，通過反復試算比較，計算出各土層的m值，按彈性地基反力法計算出樁頂位移，并與單樁水平靜載荷試驗變形數據進行對比，驗證該計算結果的的準確性和可靠性。

1工程概述

安徽省某廊道跨湖段排架號從M0排架起至M97排架，全長為1781.91m。每榀排架由2根Φ800mmδ16mm鋼管樁組成，鋼管樁之間采用Φ600mmδ10mm鋼聯撐連接。

本區地貌單元分屬沿江丘陵平原和皖南山地兩大地貌單元，以粘土、風化巖為主，工程地基土物理力學性質指標見表2。本工程對M0-N3、M0-N4兩個工程樁及六根試驗樁進行了水平靜載荷試驗檢測，試驗樁基信息見表1，試驗樁位置關系見圖1。

2單樁水平靜載荷試驗方法

2.1試驗裝置

試驗采用千斤頂施加水平力。在千斤頂與試樁接觸處安置一球形鉸座，以保證千斤頂作用力能水平通過樁身軸線。樁的水平位移采用大量程百分表測量，在水平力作用水平面對稱安裝兩支百分表;固定百分表的基準樁打設在試樁側面靠位移的反方向。試驗裝置見圖2。

2.2試驗方法

本次試驗采用單向單循環加載法，試驗加卸載方式和水平位移量應符合下列規定：試驗以35kN分10級加載，每級加載值為3.5kN，每級卸載可為分級荷載的2倍。單向單循環加載時，每級荷載應維持20min，卸載時應維持l0min，每隔5min應測讀一次。全部卸載后應每隔10min測讀一次，測讀30min。

試驗通過置于試樁與反力樁之間的臥式千斤頂，對試樁分級施加水平推力，在水平力作用平面的受檢兩側對稱安裝2只50mm量程百分表進行試樁水平位移觀測。

2.3試驗成果分析

水平靜載荷試驗時，水平力施加位置距樁頂150mm，位移計位置為樁頂位置，測出的水平位移即為樁頂水平位移。根據試驗成果，進行地基土水平抗力系數的比例系數m值的分析計算。

3彈性地基反力法理論

目前，樁基水平承載力計算方法主要為極限地基反力法、彈性地基反力法、復合地基反力法。我國工程界使用最多的是彈性地基反力法，該方法是應用E.文克勒（Winker，1867）地基模型，通過求解梁的撓曲微分方程來計算樁身彎矩、剪力以及水平承載力。

4 m值計算方法

4.1計算方法

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）[1]中表5.7.5初定各土層的m值，按彈性地基反力法計算出樁在地面處的水平位移x0，與現場單樁水平靜載荷試驗測得的x0進行比較，若兩者差別較大，重新選取規范推薦范圍內m進行試算，多次重復，直至計算出的x0與實測值之間的誤差在可接受范圍內，由此率定出各土層的m值。

4.2計算參數與結果

利用兩根工程樁（M0-N3、M0-N4）及六根試驗樁（S1-1、S1-2、S2-1、S-2、S3-1、S3-2）的水平靜載荷試驗數據，根據樁基計算參數（表3），運用彈性地基反力法進行m值試算，最終率定出各土層的m值如表4所示。

根據率定的m值對上述八根樁的水平位移采用理論方法進行了計算，計算結果與現場單樁水平靜載荷試驗結果的對比如表5所示。

4.3計算結果分析

由表5可知，采用率定的m值計算得到的水平位移結果與試驗結果比較接近，且計算結果大部分較試驗結果大，這是因為率定的m值均低于或等于規范推薦的各類地基土m值的下限。采用本文方法率定的m值計算樁身水平位移，結果較為可靠，可以推廣到實際工程中。

5結語

本文基于實際工程現場單樁水平靜載荷試驗，提出了一種確定地基土m值的計算方法，主要過程如下：

（1）通過現場單樁水平靜載荷試驗，模擬樁基橫向加載過程，獲得樁頂位移-變形數據。

（2）根據現場實測樁頂位移-變形數據，結合規范推薦的地基土m值，經反復試算率定出各土層的m值，據此計算出各根樁的樁頂位移值。

（3）將計算結果與試驗結果進行對比，結果表明采用本文方法確定的地基土m值能夠保證樁基水平位移計算結果的可靠性，可以推廣應用到相關工程中。

參考文獻：

[1] JCJ94-2008，建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] 黃曉亮，岳建偉，李連東，等.組合樁地基土水平抗力系數的比例系數m的計算方法[J].巖土工程學報，2011，33（增2）：192-196.

[3] 張蕾，李風麗，張瑞，歐明喜.一種地基土水平抗力系數的比例系數m 的計算方法[J].自然災害學報，2019，28（4）：202-208.

[4] 王中榮，郭海峰，尚曉.單樁水平靜載荷試驗參數取值問題探討[J].電力勘測設計，2018，增刊1：95-103.

[5] 柯敏勇，陳亮，等.長九（神山）灰巖礦物流廊道工程建三標馬料湖樁基試驗檢測報告[M].南京水利科學研究院，2018.