铆钉桩承载力的模型试验研究

侯立国 贾智萍 刘明泉

(1.唐山市建筑工程质量监督检测站，河北 唐山 063000； 2.唐山学院土木工程学院，河北 唐山 063000)



铆钉桩承载力的模型试验研究

侯立国1贾智萍 刘明泉2*

(1.唐山市建筑工程质量监督检测站，河北 唐山 063000； 2.唐山学院土木工程学院，河北 唐山 063000)

采用自行设计的室内模型试验的方法，进行了土体、单桩和铆钉桩的承载力测定，通过对所得9组实验数据的处理和分析，发现铆钉桩的承载力高于单桩，但其桩身的承载力不能充分发挥，并得出了铆钉桩承载力与普通桩承载力之间的计算公式。

铆钉桩，承载力，模型试验，复合地基

0 引言

铆钉桩是一种新型的刚性桩复合地基处理技术，它是以普通混凝土管桩代替现浇混凝土薄壁管桩或预应力混凝土管桩，能够控制桩帽尺寸，将普通混凝土管桩作为增强体，具有提高复合地基承载力、减少沉降量的特点，同时又利用土工格栅及垫层与桩帽之间的整体作用，将上部的荷载均匀分布于复合地基上，充分发挥了桩间土的荷载分担比。不仅可以降低成本，同时具有加工容易、成本低廉、施工方便、适用范围广泛的特点[1-4]。

1 实验目的

铆钉桩目前仅依靠经验设计和施工，国内与之相关的工程、资料和文献较少，缺少必要的理论依据。本次模型试验的主要目的是探究在竖向荷载作用下普通桩、铆钉桩承载力的差异，通过绘制两种类型的单桩在竖向荷载作用下的荷载—沉降曲线，建立铆钉桩承载力的理论计算公式。

2 试验仪器

本次试验在长方形试验砂箱内完成，箱体尺寸为1.2 m(长)×1 m(宽)×1.2 m(高)。左右两侧和底面材料为3 mm厚的钢板，前后两侧为有亚克力板。所需的仪器主要有自制亚克力管桩、千斤顶、百分表、压力传感器(0.5 t和2 t)、自制反力架、自制压杆，传力螺杆、5 mm厚的铁环，直径为10 cm，厚为5 mm的圆铁块3个，加载铁块等，如图1～图4所示。

3 试验方法

模型试验在竖向荷载作用下的试验分为三组，分别为土体的载荷试验、普通管桩的载荷试验和铆钉桩的载荷试验。

1)填土。本次试验在长方形试验箱内完成，箱体尺寸为1.2 m(长)×1 m(宽)×1.2 m(高)。左右两侧和底面材料为3 mm厚的钢板，前后两侧为亚克力板。试验箱里面的砂土(为吹填土)分层填筑，先虚铺30 cm厚，然后用夯锤夯至20 cm厚，逐次填筑，填筑厚度不小于90 cm,如图5所示。

2)沉桩过程。沉桩过程实验加载装置采用自制螺杆，配以反力架以人工匀速旋转施加桩顶荷载。桩的入土速度控制在1 cm/10 s，考虑到螺杆旋转可能产生的扭矩，故在螺杆和桩顶的接触面上安装了轴承，以消除不必要的扭矩，如图5所示。将有亚克力管全部压入到砂的表面待压力传感器传出的读数稳定时记下数值，作为后续试验的分级参考数据，如图6所示。

3)土的静载荷试验。土的静载荷试验进行3点，分10级～12级加载，载荷板采用直径10 cm的金属板，如图7所示。将试验点表面清理平整后，放上载荷板，板上放置压力传感器，压力传感器与测读仪相连，以便控制施加的荷载。压力传感器上面放置转动轴承，轴承与螺杆相连，通过转动螺杆施加向下的荷载。同时在传感器顶面处对称设置两个百分表，用于沉降监测。仪器的安放要注意尽量避免偏心，以免造成误差过大。试验情况如图8所示。根据前期查阅相关文献，当总沉降量超过40 mm时，可终止试验。试验结束后，载荷板下土体下沉严重，周围土体隆起，并出现若干条裂缝，如图9所示。

4)单桩的静载荷试验。单桩的静载荷试验过程与土体的基本一致，主要区别是单桩的静载荷试验不采用载荷板，而是采用一段10 cm左右的与桩身材料相同的桩管，试验情况如图10所示。

5)铆钉桩的静载荷试验。铆钉桩的静载荷试验考虑到压力值可能会比较大，所以卸下特制螺杆换上了杠杆，利用千斤顶施加压力，如图11所示。分级施加，记录百分表的读数，当总沉降量超过40 mm时，可终止试验，试验后情况如图12所示。

4 试验结果

根据实验数据，绘制相应的荷载—沉降曲线,如图13～图15所示。

5 结语

通过绘制以上9条荷载—沉降曲线，我们可以发现，无论是土体、单桩还是铆钉桩，其沉降曲线都有明显的直线段存在，这是砂土的典型特点，与实际情况相一致。因此我们根据荷载—沉降曲线直线段终点的位置可以确定出以上9条曲线的承载力，取均值后列于表1。

表1 承载力均值

模型123均值土体305.7394.9407.6369.4kPa单桩1900150016001667N铆钉桩4000310030003367N

在进行铆钉桩载荷试验时，载荷板为直径0.1 m的圆形铁板，其截面面积为78.5 mm2，因此土与桩的承载力之和为369.4×1 000×0.007 85+1 667=2 899.8+1 667=4 566.8 N，大于单根铆钉桩3 367 N的承载力。

原因分析：土基本不变，桩承载力降低，未充分发挥，土体由于桩帽下荷载的作用，产生沉降，使桩土相对位移减小，摩阻力发挥不充分，导致桩身承载力有所下降。

考虑桩身承载力发挥系数β=2 899.8/3 367=0.86，铆钉桩承载力计算公式如下：

R=fas·As+β·Rp。

其中，R为铆钉桩承载力，kN；fas为桩帽下土体承载力，kPa；As为桩帽下土体面积，m2；β为桩身承载力发挥系数，本次试验可取0.86；Rp为桩身承载力，kN。

[1] 龚晓南.复合地基[M].杭州:浙江大学出版社，1992.

[2] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[3] GB/T 50783—2012，复合地基技术规范[S].

[4] 刘春原,母焕胜.软土路基刚性桩复合地基应用及新进展[M].北京：人民交通出版社，2013.

The model test research on the bearing capacity of rivets piles

Hou Liguo1Jia Zhiping Liu Mingquan2*

(1.TangshanConstructionEngineeringQualitySupervisionandInspectionStation,Tangshan063000,China;2.CivilEngineeringCollege,TangshanCollege,Tangshan063000,China)

Made the capacity determination to soil, single pile and rivets pile using the indoor model test method designed by ourselves, through the process and analysis on 9 groups of test data, found that the bearing capacity of rivets pile higher than single pile, but its bearing capacity of pile body could not fully play, and gained the calculation formula of rivets pile bearing capacity and common pile bearing capacity.

rivets pile, bearing capacity, model test, composite foundation

1009-6825(2017)17-0063-03

2017-03-28

侯立国(1974- )，男，高级工程师； 贾智萍，女,助理工程师，身份证号码：130224199106033022

刘明泉(1975- )，男，副教授

TU473.1

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