单桩水平静载试验在某场地拟建工程区的应用

薛宝恒

（甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025）

单桩水平静载试验在某场地拟建工程区的应用

薛宝恒

（甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025）

桩基础以其有效、经济等优点被广泛使用，常应用于工业与民用建筑、桥梁、港口等工程[1]，而桩的承载力是设计桩基础的关键。本文通过利用单桩在某场地进行水平静载试验，对单桩的水平极限承载力进行分析，研究水平荷载作用下桩的承载力、位移、桩的水平抗力系数及弯矩沿桩身的变化规律，确定单桩水平承载力特征值。

单桩；水平静载试验；极限承载力；承载力特征值

0 引言

桩的承载力是设计桩基础的关键所在，单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面强度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素[2]，本文利用单桩静力水平载荷试验，确定单桩水平承载力特征值。

1 单桩水平极限承载力分析

某场地拟建工程区工程地质条件较差，在地震产生的瞬时水平力作用下，桩基将受到水平荷载作用，本文对水平荷载作用下桩的承载力与位移研究，水平载荷试验桩为旋挖桩xw1-1。

1.1 试桩概况

通过对钻孔柱状资料及旋挖机现场取土鉴定，该孔区域的主要地层剖面自上而下可分为：

1）压实填土：主要由粉砂（岩）及粘土（岩）混合组成，松散，厚约6.0 m。

2）粉质粘土：褐黄色，硬塑状态，局部坚硬，稍湿，可见黑褐色铁锰结核，小团块灰色粘土及少量圆砾，局部夹薄层粉土及粉砂。桩端进入该层约9.0 m。

该桩桩周各地层的物理-力学指标分别见表1。

表1 xw1-1各土层物理力学性质指标

力作用点标高为60 cm，位移测量安排了2个测试断面，每个断面上各安装一只百分表，其标高分别为60 cm和10 cm。

1.2 试验成果整理

经过对本工程xw1-1试桩的单向多循环加载试验法的水平静载试验，得到了水平荷载H与水平位移Y0数据及地基土水平抗力系数的比例系数m，见表2。

将表1-2中的数据拟合成H-t-Y0曲线、HΔY0/ΔH曲线、H-Y0曲线、H-m曲线及Y0-m曲线，见图1～5。

由图1～3，结合规范[3]，可得出该桩的单桩水平临界荷载为250 kN。得出该桩的单桩水平极限承载力为350 kN。

按照试桩规范结合实测资料综合分析得出试桩水平静载试验结果如表3。由于地基土水平抗力系数的比例系数m值呈高度的非线性规律，结合规范[3]，表3中列出了与水平临界荷载及水平极限荷载对应的m值。

根据结合规范[3]中的相关规定：当水平承载力按桩身强度控制时，取水平临界荷载统计值为单桩水平承载力特征值；当桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时，取水平临界荷载统计值的0.8 倍作为单桩水平承载力特征值。

表2 试桩xw1-1水平静载试验结果表

图1 试桩xw1-1单桩水平静载H-t-Y0曲线图

图2 试桩xw1-1单桩水平静载H-ΔY0/ΔH曲线图

图3 试桩xw1-1单桩水平静载H-Y0曲线图

2 水平荷载作用下桩弯矩分布规律

为测试试桩在水平荷载作用下桩身的弯矩分布规律，试验在整个桩中布置了4个测试断面，每个断面成对称埋设了2个应变计，它们之间净距为80 cm，根据同一测试断面上两应变计的应力差即可求出该断面处的弯矩值，其计算公式如下：

图4 试桩xw1-1单桩水平静载Y0-m曲线

图5 试桩xw1-1单桩水平静载H-m曲线

式中：M——为桩身测量断面处的计算弯矩；

d——一对钢筋计之间的中心距；

ζ1、ζ2——一对钢筋计的应变计算值，以拉为正，压为负；

Ec——为混凝土的弹性模量；

Ia——为量测断面的惯性距。

将试验中测试结果按上式计算即可得出各断面在各级荷载作用的弯矩值，根据弯矩计算公式容易得出桩顶处的弯矩为0 kN·m，受桩侧土的影响，桩端的弯矩也接近零。由此得出表4所示的各断面的弯矩值。将表中弯矩值拟合成图6所示的弯矩-深度曲线，由图可以看出：

1）各级荷载作用下，弯矩沿桩身的分布规律基本分布规律基本相似。

表3 试桩xw1-1水平静载试验结果

表4 xw1-1各截面弯矩统计表

2）由图6可以看出，本试验条件下，桩身最大弯矩约桩深5 m左右区域，在最大弯矩区域可能会发生桩身折断而导致桩基失效。

图6 弯矩图

3 结论

综上对xw1-1的单桩水平静载试验分析大致得出以下几点规律：

1）试桩单桩水平静载H-t-Y曲线表明，当荷载较小时，水平位移随着水平力的增大而缓慢增大，最初呈线性，随着荷载的增大，曲线斜率逐渐增大，在临界荷载处出现拐点。

2）地基土水平抗力系数的比例系数m值呈高度的非线性规律。

3）试桩在水平荷载作用下其变形分为三阶段，第一阶段为直线变形阶段，桩土处于弹性状态，对应的荷载即为临界荷载Hcr。第二阶段为弹塑性变形阶段，当水平荷载超过临界荷载Hcr后，在相同的增量荷载条件下，桩的水平位移增量比前一级明显增大，对应于该点阶段终点的荷载为极限荷载。第三阶段为破坏阶段。

4）当桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时，取水平临界荷载统计值的0.8倍作为单桩水平承载力特征值，即xw1-1的单桩水平承载力特征值分别为200 kN。

[1]付红梅.土力学与地基基础[M].西安：西安交通大学出版社，2011.

[2]陈希哲.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3]JGJ 106—2003，建筑桩基检测技术规范[S].

[4]GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S].

[5]JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[6]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

TU473.1+1

A

1673-1093（2015）02-0085-03

薛宝恒（1983），男，甘肃天水人，讲师，从事建筑工程与基础工程专业的教学与研究工作。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.022

2014-12-05；

2014-12-12