樁基礎水平受荷試驗研究方法綜述

梁鵬飛

河北工程大學土木工程學院，中國·河北 邯鄲 056038

1 引言

論文對樁基礎水平靜載和循環荷載試驗方法進行概述。

2 水平靜載試驗

2.1 現場水平靜載試驗

為探究樁基的水平承載力、樁頂位移變化、水平地基系數等性質，現場試驗是最真實、最可靠的試驗方法，中國《建筑基樁檢測技術規范》《港口工程樁基規范》等都有對水平靜載荷試驗提出相應要求，并在工程中大范圍應用。

夏浩[1]通過依托印尼某電廠灌注樁水平承載力檢測項目，進行了現場水平承載力試驗，對比分析了樁長為40m，土層為回填的可塑狀填土工況下的綜合試樁和樁長為42m，土層為軟塑的粉質黏土工況下的樁身承載力結果。通過對比分析，得到樁身臨界荷載大部分由樁周土控制。

2.2 模型水平靜載試驗

肖宏彬[2]等將樁身進行等比縮小后，使用彈性模量為3.92GPa，長1.5m的PVC管作為模型樁來代替原型樁，在2m×2m×1.5m的長方體空模型箱中進行模型試驗。試驗用土由現場取得膨脹土，在進行處理后往模型箱中進行分層填筑。為了使土體被充分浸泡，在模型箱中布置了7個豎向砂井和兩道水平砂層，作為水平和豎向浸水通道。試驗裝置如圖1所示。試驗水平加載分為8級進行加載，每級加載為計算極限承載力的1/10。通過試驗測算出樁身受水平靜載后的樁身彎矩、位移及樁周土壓力，探究了浸水膨狀土中樁身水平承載力及樁周土壓力規律，獲得浸水膨狀土下的p-y曲線。

圖1 模型試驗裝置圖

王騰[3]等利用相似理論原理，將原型樁等比縮小，樁身材料選用有機玻璃管，樁長3m，半徑50mm，壁厚5mm。模型箱采用磚砌的長寬高分別為3.5m、2m和2.7m的長方體模型池。樁身周圍布置11對應變片，且做防水處理。在泥面處布置百分表記錄位移。利用此試驗處理進行了飽和淤泥質土中的樁基水平承載力試驗，并建立淤泥質軟土的p-y曲線，通過試驗發現試驗得到的p-y曲線中的極限土抗力明顯小于規范中的p-y曲線表達式得到的極限土抗力，通過規范對飽和軟黏土地基進行樁基礎設計存在安全隱患。

3 水平循環加載試驗

3.1 自研機械裝置水平循環加載試驗

章連洋[4]等人采用長1.1m，外徑26.5mm的鋁合金管作為模型樁開展循環加載模型試驗。試驗所用模型箱為高1.6m，直徑為1.4m高強度鋼制圓筒。在試驗中率先對現場取回的土體采用了氣袋加壓固結法，進行土體的快速固結處理，在固結完成后測的土體各項物理性指標。水平循環荷載的加卸載使用CKC動三軸試驗加荷裝置進行，該裝置可以調節荷載的幅值、方向和頻率、樁頂位移采用HLE型電感位移計進行測量，樁頂轉角的測量使用差動式電阻位移計，樁身應變的測量使用動態應變儀和光線示波儀共同開展，樁身彎矩可通過樁身應變進行換算得到。此項試驗探究了樁身水平承載力在循環荷載下的影響因素，并通過試驗得到不同深度下的p-y曲線。試驗發現，樁身位移隨著循環次數的增加，增加量逐漸減小且趨于平緩，循環次數的影響主要集中在前100次循環。

俞劍[5]等人利用自研的循環機械裝置進行了200次水平循環加載試驗研究。該裝置利用由力控制的穩定圓周運動實現長期循環加載，利用電機驅動的旋轉轉桿，轉桿長L1=0.5m，轉桿質量為M，轉桿上砝碼質量為ma；在平衡梁的轉軸L2處（長度可調節）有一鋼絞線輸出循環力，實際使用中采用重砝碼輕鋼架的設計思路以保證輸出荷載的穩定且電機無需反復開關并交換方向。進行了直徑16mm和8mm的對比試驗。樁基礎對水平循環加載的幅值及次數非常敏感，當幅值增加4倍后，樁身水平承載力降低了兩個數量級。

3.2 離心模型試驗

丁楚[6]等人在香港科技大學采用最大荷載為400g·t轉動半徑為4.2m離心機，開展了水平循環荷載模型離心試驗。模型樁采用彈性模量為70GPa的鋁合金方管，長560mm，截面邊長12.7mm。地基土層由黏土層及沙土層組成，并采用日本豐浦砂和高嶺土進行制備。循環加載裝置由液壓千斤頂、壓力計、伸長桿和差動位移傳感器等組成。通過此離心模型試驗發現樁身受到水平循環荷載后會對樁身和土體造成累積塑性變形。

李森[7]等人采用最大荷載為40g·t轉動半徑為2m的梁式離心機，進行了50g加速條件下的受水平循環荷載的樁體模型離心試驗。通過控制模型截面尺寸和模型材料組成來實現剛性樁、柔性樁和半剛性樁的試驗對照，并對其水平承載力進行對比分析。隨著加載循環的幅值增加樁土剛度逐漸減小，與靜載下的試驗結果相比減小較大。

4 結語

目前的模型試驗能較好的模擬出實際工況下的樁基礎工作環境，更加方便和簡單的探究樁身水平承載力、樁身及樁周土水平方向變形等規律，但機械裝置加載頻率過于單一，未能將實際加卸載變化考慮進去，不同頻率變化的水平循環荷載仍然需要合適的試驗方法進行探究。