灌注细石混凝土微型桩在软土地基上的抗拔性试验研究

徐再楼

(南京理工大学， 江苏 南京 210094)



灌注细石混凝土微型桩在软土地基上的抗拔性试验研究

徐再楼

(南京理工大学， 江苏 南京 210094)

以单桩4根，4种2×2群桩为研究对象，通过对灌注细石混凝土微型桩在软土地基上抗拔承载机理及其抗拔承载力计算方法进行了研究。试验表明，4根抗拔桩和4种群抗拔桩荷载-位移曲线均为陡增型，抗拔荷载较小时，上部侧摩阻力抵抗抗拔荷载为主因，抗拔荷载逐渐增大时，下部的侧摩阻力为主因。在抗拔试验过程中，承力最大是角桩，其次是边桩，中桩的承力最小，在极限荷载值为3 200 kN时，1#角桩的钢筋应力为78.05 MPa，5#中桩钢筋应力为35.12 MPa，1#角桩的钢筋应力比5#中桩要高出55%。群桩效应系数取值与桩间距有关，间距较大时，群桩效应不明显。初步进行设计的类似工程中可将抗拔群桩效应系数取为0.79进行计算较为合适。

灌注； 混凝土； 微型桩； 软土地基； 抗拔性

1 概述

微型桩是一种桩径一般小于300 mm，长细比一般大于30[1-5]，细石混凝土或压力灌注水泥浆同时加上筋材共混组成桩体抗滑桩，根据桩体的受力要求，所加的筋材可为钢管、钢筋、钢棒、型钢等[6-8]。施工速度快、对场地要求小、承载能力较高是微型桩的优势，因此越来越广泛应用在治理中小型边坡、基坑支护、滑坡抢险等方面[9-12]，但只有的极少文献研究其抗滑受力性能，还没有关于微型桩的设计完整的理论[13-15]。若能像常规灌注桩那样在微型桩中灌注混凝土成桩，对提高桩身强度和定量控制材料用量是有利的，本文对灌注细石混凝土微型桩在软土地基上的抗拔性试验进行了研究。

2 试验工程概况

2.1 微型桩设计及试桩相关参数

试验用的微型桩为DN150钢管微型桩，埋设深度为2/5桩长，桩间距为10倍的桩径。测量原件埋设方式见图1，相关参数见表1。

图1 埋设方式Figure 1 The embedding

表1 试验用试桩的相关参数Table1 Therelatedparametersoftestpiles试桩类别试桩直径/mm试桩长度/m试桩间距D-1单桩2006—D-2单桩20012—D-3单桩20018—D-4单桩20024—Q-12×2群桩200122.5dQ-22×2群桩200123.5dQ-32×2群桩200124.5dQ-42×2群桩200125.5d

2.2 场地地质状况(见表2)

抗拔试验采用单桩4根，试验2×2群桩4种。由于场地为软土地基，因此采用灌注细石混凝土成桩进行微型桩施工，其中灌注的混凝土为细石混凝土，细石最大粒径小于等于2 cm，混凝土塌落度在19～23 cm范围内，桩身混凝土采用C25细石混凝土。

表2 场地地质状况Table2 Thesitegeologicalcondition土层标号土层名称承载力特征值/(fak·kPa-1)土层厚度/m试验值推荐值桩侧摩阻力特征值/(fsi·kPa-1)1素填土4105—222淤泥质土11.5957015

3 试验结果讨论

3.1 单桩上拔试验

图2为单桩抗拔试验荷载-位移曲线，由图2可知：4根抗拔桩荷载-位移曲线均为陡增型，单桩抗拔桩D-1在抗拔荷载小于280 kN时，其抗拔位移增加幅度较小，曲线比较平稳，抗拔荷载在320～360 kN时，其抗拔位移增幅徒增，曲线急剧上升，其中抗拔位移从320 kN时的12 mm增加到360 kN时的63 mm。单桩抗拔桩D-2在抗拔荷载小于400 kN时，其抗拔位移增加幅度较小，曲线比较平稳，抗拔荷载在400～440 kN时，其抗拔位移增幅徒增，曲线急剧上升，其中抗拔位移从400 kN时的8.3 mm增加到440 kN时的45 mm。单桩抗拔桩D-3在抗拔荷载小于490 kN时，其抗拔位移增加幅度较小，曲线比较平稳，抗拔荷载在490～520 kN时，其抗拔位移增幅徒增，曲线急剧上升，其中抗拔位移从490 kN时的9.3 mm增加到520 kN时的34 mm。单桩抗拔桩D-4在抗拔荷载小于520 kN时，其抗拔位移增加幅度较小，曲线比较平稳，抗拔荷载在520～570 kN时，其抗拔位移增幅徒增，曲线急剧上升，其中抗拔位移从520 kN时的6.5 mm增加到570 kN时的22 mm。这表明抗拔位移与桩长有密切关系，抗拔位移随桩长的增加而增加。同时也说明抗拔桩的桩位移自桩身变形，随着桩拔位移的增大，桩身变形对抗拔位移的贡献逐渐减小。

图2 单桩抗拔试验荷载-位移曲线Figure 2 The load displacement curve of single pile

3.2 群桩抗拔试验

图3为群桩抗拔试验荷载-位移曲线，对试桩间距分别为2.5、3.5、4.5，5.5d的4种2×2群桩进行了抗拔试验，从图3可以看出：4种群抗拔桩荷载-位移曲线均为陡增型，在抗拔荷载小于1 250 kN时，其抗拔位移增加幅度较小，曲线比较平稳，抗拔荷载在1 250～1 600 kN时，其抗拔位移增幅徒增，曲线急剧上升，其中间距为2.5d的抗拔位移从1 250 kN时的5.1 mm增加到1 600 kN时的44 mm；间距为3.5d的抗拔位移从1 250 kN时的7.3 mm增加到1 600 kN时的33 mm；间距为4.5d的抗拔位移从1 250 kN时的4.4 mm增加到1 600 kN时的30 mm；间距为5.5d的抗拔位移从1 250 kN时的4.8 mm增加到1 600 kN时的24 mm；研究表明桩间距越大，其同等级荷载作用下的上拔位移越小。

图3 群桩抗拔试验荷载-位移曲线Figure 3 The load displacement curve of pile group

3.3 单桩钢筋应力变化

图4为单桩在不同抗拔荷载作用下的钢筋应力变化图，分别在1.0、2.5、5.5、8.5，11.5 m D-1单桩中沿桩身位置处布置钢筋应力计，监测抗拔荷载作用下桩身钢筋应力的变化。图4表明：抗拔荷载较小时，上部侧摩阻力抵抗抗拔荷载为主因，抗拔荷载逐渐增大时，下部的侧摩阻力为主因。侧摩阻力的大小与桩周和桩土相对位移有关，当桩土相对位移距桩顶较近时，侧摩阻力较大，上部土层要好于下部土层的侧摩阻力发挥的程度，下部土层达到极限侧摩阻力的时间落后于上部土层。

图4 钢筋应力变化图Figure 4 The stress variation of steel bar

3.4 群桩钢筋应力变化

钢筋应力计布置在群桩Q-1中的1#、4#、5#的3根桩距桩顶1.0 m处，群桩中不同位置基桩的受力情况用钢筋应力计监测(见图5)。

图5 钢筋应力计埋设桩位Figure 5 The steel stress meter buried pile

图6群桩中不同位置基桩钢筋应力，图6表明：抗拔试验中承力最大是角桩，其次是边桩，承力最小的是中桩，在极限荷载值为3 200 kN时，1#角桩的钢筋应力为78.05 MPa，5#中桩钢筋应力为35.12 MPa，1#角桩的钢筋应力比5#中桩的要超出55%。群桩效应产生的原因是由于各桩受力不均匀造成的，因此适当增加边桩和角桩的桩长是实际设计过程中应考虑的。

图6 不同位置基桩钢筋应力Figure 6 The different positions of pile reinforcement stress

4 计算抗拔极限承载力

4.1 计算单桩抗拔极限承载力

桩周侧摩阻力和桩身自重组成微型桩单桩抗拔承载力，可用下式计算灌注细石混凝土成桩的微型桩抗拔极限承载力标准值。

式中：Ui为桩周长；Li为第i层土的厚度；qsi为第i层土的极限侧阻力标准值；Qt为单桩的自重力；αi为第i层土极限侧摩阻力抗拔折减系数。

表3为用公式计算得到的值与现场试验值。由表3可以看出：随着试桩长度的增加，采用公式的计算值与实测值比较相近，误差较小，具有一定的安全余度，因此初步设计时单桩抗拔极限承载力标准值可以采用此公式作为其估算公式。

表3 单桩极限抗拔承载力计算值与实测值Table3 Thecalculatedvalueandmeasuredvalueofulti-mateupliftbearingcapacityofsinglepile试桩标号试桩直径/mm试桩长度/m抗拔极限承载力/kN实际测试值计算值误差/%D-1300635024031.41D-23001243034519.78D-3300185104903.92D-4300245855653.42

4.2 计算群桩抗拔极限承载力

单桩抗拔极限承载力和群桩效应系数组成微型桩群桩抗拔极限承载力，可用下式计算群桩抗拔极限承载力标准值。

Pnut=ηtnPut

式中：Pnut为群桩抗拔极限承载力标准值；Put为单桩抗拔极限承载力标准值；n为群桩中基桩数；ηt为抗拔群桩效应系数。

表4为通过现场试验结果计算得到的抗拔群桩效应系数，试验结果表明，桩间距越大群桩效应系数取值越大、群桩效应越不明显。初步进行设计的类似工程中可将抗拔群桩效应系数取为0.79进行计算较为合适。

表4 抗拔群桩效应系数Table4 Theeffectcoefficientofpile试桩标号试桩桩数试桩间距单桩抗拔极限承载力标准值(Put实/kN)Q-12×22.5d450Q-22×23.5d450Q-32×24.5d450Q-42×25.5d450群桩抗拔极限承载力标准值(nPut标/kN)实际测试抗拔极限承载力(nPut实/kN)群桩抗拔效应系数(ηt=nPut实/nPut标)165013100.79165014700.89165015300.93165015970.97

5 结论

① 4根抗拔桩荷载-位移曲线均为陡增型，这表明抗拔位移与桩长有密切关系，抗拔位移随桩长的增加而增加。随着桩拔位移的增大，桩身变形对抗拔位移的贡献逐渐减小。4种群抗拔桩荷载-位移曲线均为陡增型，在抗拔荷载小于1 250 kN时，其抗拔位移增加幅度较小，曲线比较平稳，抗拔荷载在1 250～1 600 kN时，其抗拔位移增幅徒增，曲线急剧上升，

② 抗拔荷载较小时，上部侧摩阻力抵抗抗拔荷载为主因，抗拔荷载逐渐增大时，下部的侧摩阻力为主因。在抗拔试验过程中，承力最大是角桩，其次是边桩，中桩的承力最小，在极限荷载值为3 200 kN时，1#角桩的钢筋应力为78.05 MPa，5#中桩钢筋应力为35.12 MPa，1#角桩的钢筋应力比5#中桩要高出55%。

③ 群桩效应系数取值与桩间距有关，间距较大时，群桩效应不明显。初步进行设计的类似工程中可将抗拔群桩效应系数取为0.79进行计算较为合适。

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Experimental Study on Uplift Resistance of Micropiles in Soft Soil Foundation

XU Zailou

(Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210094， China)

Behavior of four 2×2 piles groups are studied，in order to study the uplift bearing capacity and uplift bearing capacity of single pile.Experiments show that the four uplift piles and four populations of uplift pile load displacement curves are steep，uplift load is relatively small，mainly by the upper part of the side friction resistance of pullout load，with the gradual increase of the pullout load，the lower part of the side friction gradually play.In the pullout test process，the bearing is the largest corner pile，followed by the side of pile，pile bearing force is the smallest，in the ultimate load value 1#corner pile of reinforced stress is 78.05 MPa in 3 200 kN，5#pile reinforcement should force 35.12 MPa，1#corner pile of reinforced stress than 5#pile to 55% higher.The bigger the pile spacing is，the bigger the effect coefficient is，the more obvious the group pile effect is.In the preliminary design of similar projects in the pile effect factor of 0.79 is more appropriate to calculate.

perfusion； concrete； micro pile； soft soil foundation； uplift resistance

2016 — 06 — 22

徐再楼(1972 — )，男，江西丰城人，工程师，从事建筑工程技术与管理工作。

TU 473

A

1674 — 0610(2016)05 — 0222 — 04