混凝土扩盘桩桩土破坏机理的半面桩原状土试验★

钱永梅 梁松廷 王若竹 金玉杰

(1.吉林建筑大学，吉林 长春 130118； 2.吉林省结构抗震技术创新中心，吉林 长春 130118)



混凝土扩盘桩桩土破坏机理的半面桩原状土试验★

钱永梅1,2梁松廷1王若竹1金玉杰1

(1.吉林建筑大学，吉林 长春 130118； 2.吉林省结构抗震技术创新中心，吉林 长春 130118)

针对混凝土扩盘桩桩周土体破坏机理研究过程中，现有半面桩小模型埋土试验方法和大型桩实体试验方法的局限性，提出了半面桩原状土模型试验方法，并阐述了该方法的试验步骤，指出该试验方法不仅能够真实的模拟桩土相互作用，全程观察土体的破坏形态，并且实施过程相对简单、安全、成本低廉。

混凝土扩盘桩，破坏机理，半面桩，原状土，模型试验

1 概述

目前研究混凝土扩盘破坏机理的试验方案主要有两种：实验室小模型试验[1]和施工现场大型桩土实体试验。实验室的小模型试验设备简单、占地小、投入小，但是由于试验所用的土体在实验室经过了人工扰动，所以土体的含水率、内摩擦角、粘聚力以及结构面的形式和原状土不同[2]，而土壤性状对试验结果又会造成很大的影响，所以，实验室的小模型试验并不能真实反映桩土之间的相互作用，所得到的试验数据也和实际施工中存在差异。而施工现场大型的桩土实体试验虽然能够得到与实际施工相适应的准确数据[3，4]，但是大型桩土试验占用场地较大，设备复杂，耗时费力，并且难以观察土体的破坏形态，对研究土体的破坏形态十分不利。所以考虑到以上两种试验方案的种种弊端，现在介绍一种具有普遍推广应用意义的原状土试验研究方案。

2 试验方案设计

试验方案的主体设计如图1所示，主要设备是我们自主设计的加载台和取土器。本方案采用小比例半截面模型桩，在原状土中进行试验。其中，试验所用的模型桩(钢桩)按照实际桩体的一定比例制作而成，并将制作好的模型桩埋入装满原状土的取土器中，最后将埋入桩的取土器放置在加载台上进行试验，并记录试验相关数据。

3 试验准备

3.1 试验主要设备制作

1)加载台。加载台是本试验方案的主体构件之一，是关系到本试验能否成功的关键之一，所以，我们自主设计了能够满足我们试验需求的加载台，它的反力梁可以上下自由调整，能够满足不同高度的抗压或抗拔试验，并委托长春金正机械制造厂进行加工。加载装置的实体图如图2所示。

2)小比例半截面模型桩。小比例半截面模型桩按实际工程中一定的比例制作，因为试验模拟桩土相互作用，一般桩不会发生破坏，所以用钢桩来代替混凝土桩，如果是做抗拔的模型，还要在距离桩顶一定位置上打圆孔，以方便进行抗拔试验。现给出一个抗拔桩的实体图，如图3所示。

3)取土器。取土器是试验中提取原状土的主要设备，既要具有一定的刚度，在取土过程中不发生变形，又要具有拆卸功能。取土器的大小要根据模型桩的大小制作，既要满足桩长和承力盘上土体厚度的要求，又要满足承力盘上土体破坏范围的要求，而且，考虑到土体的容重，取土器也不宜过大。图4给出了一种取土器的设计三维图和实体图。

除了上面介绍的主要设备之外，还需要其他的一些附件(不同性质的试验要配备相应的附件)，加载设备和测量设备，加载设备的量程和测量精度都要和试验本身相适应，不宜过大或过小。

3.2 原状土的选取

原状土的选取地点是在长春市经济技术开发区武汉路以南，自由东路以东，长春市经济技术开发区南区回迁住宅项目1号～14号楼。根据吉林建筑工程学院勘测公司所做的岩土工程勘察报告(详勘)，选取12号楼作为原状土的取土地，取土过程见图5。

3.3 模型桩体埋入原状土

取土器运输到实验室后，接下来的工作就是将制作好的模型桩埋入到原状土中，以实际做过的试验为例，介绍其主要过程，见图6。

图6a):将取土器放置在干净塑料上，用扳手、钳子将拟埋半截面模型桩的一面拆卸下来。图6b):用小铲子对原状土表面进行简单清理，以便在后续的试验中能够观察到土体的破坏形态。图6c):将桩固定在土体中间位置，用两个90°的长条钢板调整垂直度，保证半截面钢桩能够垂直埋入原状土中，标记好承力盘所在位置，用美工刀将承力盘位置处的土体剔出。图6d):在半截面钢桩上设置垫木，使用静压的方式，将桩均匀缓慢地埋入到原状土中。图6e):清理拆卸下来的钢板，保证表面清洁后，再将钢板安装到取土器上，然后将取土器竖立放置，保证桩土模型和实际工程中的桩土工作原理一致。

4 试验过程

研究混凝土扩盘桩的破坏机理，主要是在竖向压力或竖向拉力作用下的破坏，现在以实际做完的抗拔试验为基础，介绍其主要试验过程，如图7所示。

图7a)：将加载台清理干净，将取土器的底面用垫板托住，然后人工将取土器连同垫板抬放到加载台上，注意轻拿轻放，避免碰撞。然后用扳子、钳子等工具，将取土器埋桩一侧的钢板卸掉。图7b)：按照预定的试验方案给各个埋在土体中的半截面桩编号。图7c)：将与埋桩侧面对应的玻璃安装到取土器上，并用设计的夹子将取土器与玻璃固定。图7d)：调整取土器位置，使取土器中的半截面桩与加载台上反力梁中的圆孔的圆心尽量在同一条竖线上。然后安装固定取土器的横梁，并用可调螺栓将其固定。图7e)：将拉杆从反力梁的圆孔处穿过，与半截面桩顶部的圆孔用销钉固定，用手辅助拉杆处于垂直状态，这样才能保证抗拔的过程中，力是竖直的。图7f)：根据拉杆上面的圆孔与千斤顶长度的关系，安装千斤顶，并调整其高度。图7g)：安装完毕千斤顶之后，在千斤顶的顶面选择适当的位置，固定位移计，使位移计保持垂直。图7h)：一切准备就绪之后，开始试验，试验的过程中，设置专人记录数据，并对土体的破坏形态进行拍照记录，直到土体产生破坏，这样就完成了一个完整的试验过程。

如果是竖向压力作用下的原状土破坏机理试验，则试验步骤的前三步与此相似，不同的地方从第四步开始出现差异，抗压试验不需要在加载台上安装反力梁，也用不着拉力杆，而是将设计的桩帽套在桩的顶部，并在桩帽上安放千斤顶和位移计，其余的部分和抗拉试验相似，最后计算压力的时候，注意要减去桩帽和千斤顶产生的重力。

5 结语

通过上述试验方案的试验过程的介绍可以看出，本文所介绍的新型的半截面桩原状土模型试验方法，是一种全新的试验方法，这种方法克服了传统试验方案的只能测数据，不能观察土体真实破坏状态的弊端，又克服了现有的小模型半面桩埋土试验，土体性状与实际情况不符的弊端，同时也改变了现场半面桩试验成本太高的弊端，并且能够满足抗压、抗拔、抗倾覆等多种试验方案的要求。因此，本文提出的半面桩原状土试验方法具有普遍推广应用意义。

[1] 王成武，龚成中.支盘桩竖向承载性状模型试验研究及数值分析[J].建筑科学，2015(7)：80-83.

[2] 李家平.取土扰动对土的抗剪强度的影响机理研究[D].上海：同济大学，2002.

[3] 钱永梅，徐广涵.挤扩多盘桩试验研究的发展概述[J].建筑技术开发，2014，41(11)：22-24.

[4] 钱永梅，程庆宇，田 伟，等.混凝土扩盘桩抗压破坏机理的现场大比例半面桩试验研究[J].工业建筑，2015，41(12)：122-123.

The study of experiment method with undisturbed soil on failure mechanism of half section pile of the CEP pile★

Qian Yongmei1,2Liang Songting1Wang Ruozhu1Jin Yujie1

(1.JilinJianzhuUniversity，Changchun130118,China；2.JilinStructureandEarthquakeResistanceTechnologyInnovationCenter，Changchun130118,China)

Due to the existing small model soil burial test of half section pile and large entity pile have a certain limitation, it makes the study of the Concrete Expanded-Plates pile failure mechanism get into trouble when in the process of researching the failure mechanism of soil around the Concrete Expanded-Plates pile(the CEP pile). This paper put forward the experiment method of undisturbed soil model of half section pile. And elabo-rated the test steps of the method. This method not only can simulate the real interaction of piles and soil and observe the failure behavior of soil in all groups, but also the implementation process is relatively sample, safe, and economic.

the Concrete Expanded-Plates pile(the CEP pile), failure mechanism, half section pile, undisturbed soil, model test

1009-6825(2016)22-0063-02

2016-05-26★：国家自然基金项目(项目编号：51278224)

钱永梅(1970- )，女，博士，教授； 梁松廷(1989- )，男，在读硕士； 王若竹(1971- )，男，教授； 金玉杰(1971- )，女，教授

TU411

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