预应力管桩水平承载力试桩结果分析

宋士杰 李连营 王鑫文

(天津市勘察院，天津 300191)

1 简介

GB 50011-2010建筑抗震设计规范要求承受水平荷载的建筑物进行水平力验算［1］。JGJ 94-2008建筑桩基技术规范提供了预制桩水平承载力的估算公式［2］，其中桩顶允许水平位移的取值对估算影响很大，本文通过天津地区30根预应力管桩的水平静载荷试桩结果，分析天津地区预应力管桩水平承载力特征值规律、对应的水平位移值及桩顶允许水平位移的取值。

2 单桩水平静载荷试验方法简介

天津市DB 29-38-2002建筑基桩检测技术规程明确规定［3］，单桩水平静载荷试验采用卧式千斤顶施加水平力，施加的水平荷载分级一般取预估水平极限荷载的1/10～1/15，每级荷载施加后，恒载4 min测桩的水平位移值，然后卸载至0，停2 min测出桩的残余水平位移值，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。多级加荷后，出现下列情况之一时可停止试验:1)桩身折断;2)水平位移超过40 mm或达到设计要求的水平位移允许值。当桩身应力达到极限强度时的桩顶水平力使桩顶水平位移超过20 mm～30 mm，或桩侧土体破坏的前一级水平荷载，即是单桩水平极限承载力标准值［4，5］。

3 单桩水平承载力特征值确定方法

JGJ 94-2008建筑桩基技术规范5.7.2条规定，预应力管桩可根据静载试验结果取地面处水平位移为10 mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6 mm)所对应的荷载为单桩水平承载力特征值［2］。当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩水平静载试验资料时，JGJ 94-2008建筑桩基技术规范提供了下列公式估算预应力管桩的单桩水平承载力特征值。

其中，EI为桩身抗弯刚度，MNm2;Xoa为桩顶允许水平位移，mm;υx为桩顶水平位移系数;α为桩的水平变形系数，1/m，可按下式计算确定:

其中，m为桩侧土水平抗力系数的比例系数，MN/m4;b0为桩身的计算宽度，m，b0=0.9(1.5d+0.5)。

从计算公式可看出，影响单桩水平承载力特征值的因素较多，包括桩身抗弯刚度、水平位移系数及允许水平位移值、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度、桩顶约束情况等，很难准确估算，一般应通过单桩静载荷试验确定［5］。

4 试桩结果及分析

4.1 试桩结果

11个场地30根预应力管桩水平载荷试验结果见表1［6］。

表1 预应力管桩水平承载力试桩结果

4.2 水平承载力特征值分析

从表1可看出，预应力管桩单桩水平承载力特征值与桩径、桩长、桩顶土性等密切相关。

1)桩顶土性。

汉沽、咸水沽、华明镇三个场地桩顶土质均为软土，由淤泥质土组成。10 mm标准时，Rha介于26 kN～72 kN，平均值为50.2 kN，6 mm标准时，Rha介于21 kN～48 kN，平均值为37.1 kN;其余场地桩顶土质为非软土，由粘性土组成。10 mm标准时，Rha介于90 kN～188 kN，平均值为138.7 kN，6 mm 标准时，Rha介于79 kN～161 kN，平均值为119.7 kN。

从以上分析可以看出，预应力管桩的单桩水平承载力特征值普遍较低，受桩顶土质影响较大。软土地区，Rha在40 kN～50 kN左右，非软土地区Rha在120 kN～140 kN左右。

2)桩径。

根据表1试桩结果，单桩水平承载力特征值与桩径的关系见表2。

表2 单桩水平承载力特征值与桩径的关系

由表2可以看出，Rha随着桩径的增大而增大。这一规律也验证了水平承载力特征值的计算公式(1)。

3)桩长。

由表1试桩结果，软土区域，本次桩长介于13 m～23 m，Rha大小与桩长关系不明显;非软土区域，本次桩长介于15 m～36 m，Rha大小与桩长关系亦不明显。

4.3 特征值对应的水平位移分析

1)软土地区。由表1可知，10 mm标准时，Rha所对应的水平位移值介于4.2 mm～7.7 mm，平均值为5.55 mm;6 mm 标准时，Rha所对应的水平位移值介于2.1 mm～4.6 mm，平均值为2.99 mm。2)非软土地区。由表1可知，10 mm标准时，Rha所对应的水平位移值介于3.2 mm～5.5 mm，平均值为4.49 mm;6 mm 标准时，Rha所对应的水平位移值介于 1.7 mm～4.5 mm，平均值为2.77 mm。3)软土地区与非软土地区水平位移值的比较。软土地区与非软土地区确定单桩水平承载力特征值所对应的水平位移的比较情况见表3。

表3 软土地区与非软土地区单桩承载力特征值所对应的水平位移的比较

从表3对比可看出:预应力管桩在软土地区确定单桩水平承载力特征值所对应的水平位移比非软土地区略大，水平位移10 mm时的比值为1.236，水平位移为6 mm时的比值为1.079。

表4 软土地区预应力管桩水平承载力试桩及反算桩顶允许水平位移值

表5 非软土地区预应力管桩水平承载力试桩及反算桩顶允许水平位移值

4.4 桩顶允许水平位移值分析

从表4，表5可以看出，软土地区，位移标准10 mm时，反算的xoa平均值为2.45 mm(实测为5.55 mm);位移标准6 mm 时，反算的xoa平均值为1.81 mm(实测为2.99 mm)，与实测结果相比，反算值偏小40%～55%。非软土地区，位移标准10 mm时，反算的xoa平均值为4.15 mm(实测为4.49 mm);位移标准6 mm 时，反算的xoa平均值为3.40 mm(实测为2.77 mm)，与实测结果相当接近。使用式(1)时xoa取值可参考表6。

表6 软土地区与非软土地区桩顶允许水平位移值取值范围 mm

5 结语

1)预应力管桩水平承载力特征值普遍较低，与桩顶土质、桩径密切相关，其中受桩顶土质影响较大。软土地区，单桩水平承载力特征值在40 kN～50 kN左右，非软土地区，单桩水平承载力特征值在120 kN～140 kN左右;单桩水平承载力特征值随着桩径的增大而增大;单桩水平承载力特征值与桩长关系不明显。

2)根据预应力管桩水平静载荷试验结果分析，软土地区，10 mm标准时，水平承载力特征值对应的水平位移值平均值为5.55 mm，6 mm标准时，水平承载力特征值对应的水平位移值平均值为2.99 mm;非软土地区，10 mm标准时，水平承载力特征值对应的水平位移值平均值为4.49 mm，6 mm标准时，水平承载力特征值对应的水平位移值平均值为2.77 mm;上述数值对于天津地区采用JGJ 94-2008建筑桩基技术规范5.7.2-2式估算单桩水平承载力特征值具有重要的参考价值。

3)预应力管桩在软土地区确定单桩水平承载力特征值所对应的水平位移比非软土地区略大，水平位移10 mm时的比值为1.236，水平位移为6 mm时的比值为1.079。

4)通过式(1)计算预应力管桩水平承载力时，桩顶允许水平位移xoa取值可参考表6采用。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［3］DB 29-38-2002，建筑基桩检测技术规程［S］.

［4］黄 强.注册岩土工程师专业考试复习教程［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002:248-251.

［5］李连营，詹 斌，戴 斌.预应力管桩水平承载力的研究［J］.岩土工程界，2003(12):69-71.

［6］DB 29-110-2010，预应力混凝土管桩技术规程［S］.