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小直徑抗拔樁樁側摩阻力試驗研究

作者:來源:日期:2019-10-28 8:05:12人氣:677
      0引言

      目前,采用小直徑抗拔樁(d≤250mm)解決抗浮.問題在國內外工程中得到廣泛應用,然而目前國內相應的設計和施工規范以及驗收標準尚未完善,很多情況下設計人員是憑借以往的工程經驗進行設計和施工的,對小直徑抗拔樁理論上的研究遠遠不及工程上的應用,這無疑給設計人員進行抗浮設計時造成了- -定的困擾。采用小直徑抗拔樁進行抗浮設計時,設計人員一般按照中等直徑(250mm < d < 800mm)和大直徑抗拔樁(d≥800mm)的設計思路進行設計,且樁側摩阻力取值參考《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-2008)11給出的建議值,然而《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120- -2012)(2] 和《巖土錨桿(索)技術規程》(CECS 22:2005)]給出的建議值與《建筑樁基技術規范》存在較大差異,特別是對于砂性土和碎石土等,樁側摩阻力取值相差1 ~2倍。當參考《建筑樁基技術規范》進行取值時可能偏于保守,當參考《巖土錨桿(索)技術規程》進行取值時可能偏于不安全。因此,在實際工程中,對小直徑抗拔樁樁側摩阻力的合理取值成為抗浮設計的關鍵。

      在實際工程中,小直徑抗拔樁( d≤250mm)施.工一般采用錨桿鉆機施工,分為干成孔作業和套管跟進成孔作業。本文主要對樁徑為150mm的抗拔樁進行試驗研究,抗拔樁施工采用套管跟進轉進提土成孔工藝,主要研究在某一特定砂性土土層中不同樁長、不同樁身材料情況下抗拔樁的受力特性,進而分析在這一特定砂性土土層中樁側摩阻力的合理取值,為實際的工程應用提供參考。

      1模型試驗

      模型試驗場地位于北京市房山區永定河附近,試驗主要是研究不同樁長、不同樁身材料情況下小直徑抗拔樁在某一特定砂性土土層中的受力特性,進而給出砂性土中樁側摩阻力的合理取值。

      1.1 試驗準備

      1)場地勘察:試驗前首先對場地內12.2m范圍內土層進行勘察,明確土層分布情況,以確定場地的適用性。根據現場勘察,本場地未見地下水,場地土層的主要物理力學指標見表1,各土層分布情況見圖1。


      2)小直徑抗拔樁施工:抗拔樁施工采用套管跟進機械轉進提土成孔工藝;樁長為5.0m/8.0m/11.0m,樁徑為150mm,樁身材料為水泥凈漿/水泥砂漿,水泥為P. 042.5,水灰比為0.5 -0.55。施工完后抗拔樁如圖2所示,試驗過程中未對鋼筋進行防銹蝕處理,但對試驗結果不會產生影響。

      3)鋼筋籠制作:抗拔樁主筋為4業22,主筋長度分別為6m 9m和12m,預留鋼筋1m。

      4)單樁載荷試驗按照《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106 -2014)41要求進行加載,具體加載方式如圖3所示。





      1.2 試驗方案

      現場模型試驗設計了11臺試驗,均為單樁抗撥載荷試驗。模型試驗方案詳見表2。


      2試驗結果分析

      2.1 單樁載 荷試驗

      圖4為3根樁長5m的抗拔樁單樁靜載荷試驗U-δ曲線,樁身材料為水泥凈漿。從圖4中可以看出,對于3根抗拔樁,隨著荷載的增加,樁頂上拔量逐漸增大,且單樁U-δ曲線屬于陡變型曲線,根據《建筑樁基技術規范》(JGJ 94- -2008)1 ,5m- 1"和5m- 3*單樁抗拔承載力特征值U。= U。=88.75kN,5m-2"單樁抗拔承載力特征值U。=.77.3kN。綜合3根樁長5m的抗拔樁單樁靜載荷試驗考慮,樁長5m的抗拔樁單樁平均抗拔承載力特征值U.為84. 95kN。


      圖5為3根樁長8m的抗拔樁單樁靜載荷試驗U-8曲線,樁身材料為水泥凈漿。從圖5中可以看出,對于3根抗拔樁,隨著荷載的增加,樁頂.上拔量逐漸增大,且單樁U-δ曲線屬于陡變型曲線,根據《建筑樁基技術規范》(JCJ 94- -2008)“ ,8m-1"單樁抗拔承載力特征值U. = 168.85kN,5m -2"和5m-3*單樁抗拔承載力特征值U。=U3 = 186. 0kN。綜合3根樁長8m的抗拔樁單樁靜載荷試驗考慮,樁長8m的抗拔樁單樁平均抗拔承載力特征值U。為180. 3kN。


      圖6為3根樁長11m的抗拔樁單樁靜載荷試.驗U-8曲線,樁身材料為水泥凈漿。從圖6中可以看出,對于3根抗拔樁,隨著荷載的增加,樁頂上拔量逐漸增大,且單樁U-δ曲線屬于陡變型曲線,根據.《建筑樁基技術規范》(JGJ 94- -2008)",11m- 1'和11m- 2*單樁抗拔承載力特征值U。= U2=226. 05kN,11m- 3"單樁抗拔承載力特征值Us =248. 95kN。綜合3根樁長11m的抗拔樁單樁靜載荷試驗考慮,樁長11m的抗拔樁單樁抗拔承載力特征值U,為241. 3kN。


      對比圖4、圖5和圖6可以看出,相同樁徑條件下,隨著樁長增加,抗拔樁單樁抗拔承載力特征值逐漸增大。

      圖7為2根樁長8m(樁身材料為水泥砂漿)和3根樁長為8m(樁身材料為水泥凈漿)的抗拔樁單樁靜載荷試驗U-8曲線。從圖7中可以看出,對于樁身材料為水泥砂漿的2根抗拔樁,隨著荷載的增加,樁頂上拔量逐漸增大,且單樁U-8曲線屬于陡變型曲線,根據《建筑樁基技術規范》( JGJ 94-2008)",8m- 1'*和樁抗拔承載力特征值U。=186. 0kN ,8m -2'"單樁抗拔承載力特征值U。2 =168.85kN。綜合2根樁長8m的抗拔樁單樁靜載荷試驗考慮,樁長8m的抗拔樁單樁抗拔承載力特征值U,為177. 4kN。

      同時從圖7中可以看出,在荷載作用下,當樁身材料為水泥凈漿或者水泥砂漿時,抗拔樁單樁承載力特征值非常接近,說明在該試驗條件下,樁身材料對抗拔樁單樁承載力特征值影響不大。


      2.2樁的極限側阻力標準值取值分析

      根據《建筑樁基技術規范》(JGJ 94- -2008)川、《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120- -2012)121 和《巖土錨桿(索)技術規程》(CECS 22:2005)),本文表1中不同土層樁的極限側阻力標準值取值如表3所示。

      從表3中可以看出,針對粘土和粉土,不同規范中給出的樁的極限側阻力標準值取值相差不大,而針對砂性土,不同規范中給出的樁的極限側阻力標準值取值相差很大,因此針對本文中粘土和粉土,樁的極限側阻力標準值取值可以參考《建筑樁基技術規范》(JGJ 94- -2008) ,具體取值詳見表3。

      根據《建筑樁基技術規范》(JGJ 94- -2008)",單樁抗拔極限承載力標準值計算公式如下:

                            (1)

      式中: T。k為單樁抗拔極限承載力標準值,Tak=2U,;u,為樁身周長;9ua為樁側第i層土的極限側阻力標準值。


      本試驗條件下,當土層②、⑤、⑦按表3中給定側阻取值時,假定砂性土的樁極限側阻力標準值平均值為qo,則根據公式(3.1),樁長為5m情況下樁身范圍內砂性土的樁極限側阻力標準值平均值qok為65kPa~80kPa,樁長為8m情況下樁身范圍內砂性土的樁極限側阻力標準值平均值q。為98kPa~111kPa,樁長為11m情況下樁身范圍內砂性土的樁極限側阻力標準值平均值q。為104kPa ~ 120kPa。

      通過上述計算可知,在本文試驗條件下,對于稍密-中密狀態的砂性土,樁的極限側阻力標準值為65kPa~80kPa;對于中密狀態的砂性土,樁的極限側阻力標準值為98kPa ~ 120kPa。

      通過試驗結果與規范對比,砂性土中樁的極限側阻力標準值均比《建筑樁基技術規范》(JCJ 94一2008)"中給出的樁的極限側阻力標準值大,從設計安全考慮,采用小直徑抗拔樁進行抗浮設計時,在砂性土中,可以參考《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-2008)川中給定的樁的極限側阻力標準值進行取值。

      3結論

      本文共進行11臺單樁抗拔載荷試驗,主要研究不同樁長、不同樁身材料情況下小直徑抗拔樁在某- -特定砂性土土層中的受力特性,主要得出以下結論:

      1)對于小直徑抗拔樁,隨著荷載的增加,樁頂上拔量逐漸增大,且單樁U-8曲線屬于陡變型曲線。

      2)對于小直徑抗拔樁,相同樁徑條件下,隨著樁長增加,單樁抗拔承載力特征值逐漸增大。

      3)在本文試驗條件下,樁身材料對抗拔樁單樁承載力特征值影響不大。

      4)采用小直徑抗拔樁進行抗浮設計時,在砂性土中,可以參考《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-2008)中給定的樁的極限側阻力標準值進行取值。

      由于試驗場地限制,本場地砂層較厚,未勘測到.地下水,因此本文中抗拔樁側摩阻力取值未考慮地下水的影響,以后可進一步研究地下水存在的情況下對樁身側摩阻力取值的影響。

      本文試驗研究結論僅根據現有模型試驗在某--特定砂性土條件下得出,對于砂性土中小直徑抗拔樁樁側摩阻力取值范圍的確定研究有限,尚需對其工程實踐和理論方面展開進一步研究。

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