地铁抗拔桩承载机理实验研究

孙 祥 郭 忠 孙 鑫 程博远 王海航

（石家庄铁道大学土木工程学院 河北石家庄 050043）

目前，抗拔桩的设计依据多为抗压桩理论，设计出来的抗拔桩存在桩径过大、施工难度大、材料浪费严重、承载机理不明确等问题。因此，本课题要通过室内试验研究的方法，对抗拔桩承载与破坏机理进项研究，找出影响抗拔桩承载机理和破坏机理的因素。为抗拔桩的风险控制、建筑结构抗浮等提供理论依据。

1 试验装置介绍

本试验所采用的实验装置是一种结构简单、高效方便、能够精确的测力和位移的实验装置，它可以研究桩-土界面特性、土压力、桩径比和土层水位对抗拔桩承载力极限的影响规律。它由实验箱体、基坑与桩基系统、应力加载系统和检测系统四部分组成。

2 实验箱体介绍

实验箱体是由玻璃围腔、水位显示管、水位显示管阀门、牛腿、土压力盒和出土槽口六部分组成。玻璃围腔底部是1500mm×1500mm正方形，高1200mm，由塑钢玻璃制成，具有封闭性，防止水渗出。玻璃围腔透明，易于观察玻璃围腔内部实验变化，实验时装满实验土层。在玻璃围腔底座下面四角处分别有一个牛腿以便于将玻璃围腔抬高，便于整个实验装置的移动。水位显示管布置于一面塑钢玻璃边缘处，水位显示管可以显示玻璃围腔内部水压。通过上下两个水位显示管阀门与玻璃围腔内部相连，两个水位显示管阀门与玻璃围腔接口处有反滤层，防止沙土进入水位显示管，土压力盒布置于玻璃围腔四周，用于监测实验箱体内部实验土层的土压力。玻璃围腔一侧底部有出土槽口，实验室用塑钢玻璃密封，实验完毕，用于清理实验箱体内部实验土层。

3 基坑与桩基系统介绍

基坑与桩基系统是由土压容器、百分表、螺栓、桩基。桩基埋置于实验土层中，上部通过螺栓与土压容器相连。桩基的长度分为10cm、20cm、30cm。三种模型桩，第一种模型桩表面为光滑钢桩表面；第二种模型桩表面压出纵向及横向沟槽；第三种模型桩表面粘贴最大砂粒粒径为0.25mm的砂纸土。土压容器由钢材制成，具有一定刚度。土压容器填满土，然后分级开挖，用以控制桩基上部静载。土压力容器上部留有小口，便于与应力加载系统相连。四个百分表分别安装在土压容器上部四角处，用于显示整个基坑与桩基系统的位移变化。

4 应力加载系统介绍

应力加载系统。它由钢支撑架、滑轮、钢丝绳、和沙袋组成。应力加挂钩用于放置实验法码。钢支撑架有四根垂直钢支撑架、两根横向钢支撑架、两根竖向钢支撑架组成。钢支撑架通过焊接的方式连接在一起，以维持整个装置的稳定性。钢丝绳的一端与基坑与桩基系统相连。钢丝绳的另一端连接应力加载盘，整根绳索放置于横向钢支撑架的两个滑轮上。横向钢支撑架上分别焊接一个滑轮，应力加载系统中的绳索可以通过上部钢支撑架上的滑轮连接基坑与桩基系统。

5 试验目的

本试验的其目的是通过实验的方法找到不同的环境、不同的桩型及不同的荷载作用下抗拔桩的极限承载力。在研究中所控制的影响因素有桩径比（10/5、20/5、30/5）；表面特性（光滑、螺纹、砂纸）；土压力（松散300kPa、轻夯 500kPa、重夯 700kPa）；土层水位（10cm、95cm、120cm）。通过实验得出能够指导实际工程的可靠结论，为地铁抗拔桩提供风险控制的理论依据。

6 结果分析

①在表面特性、土压力、水位相同的条件下，增大桩径比可以明显的提高抗拔桩的承载力，原因是增大桩径比实则增大了土截面的摩擦接触面，提高了抗拔承载力。②在表面特性、土压力、水位相同的条件下，相同的荷载，桩径比越大，桩身应变越大，原因是相同的桩身应变，桩径比越大，桩-土截面越大，摩擦力越大，抵抗上拔荷载越大，最终导致桩身应变增大。③在桩径比、表面特性、土压力相同的条件下，水位对抗拔桩也有着显著的影响，随水位增大，抗拔性明显减小，原因是水位的加大减小了桩-土截面的静摩擦系数，在相同的表面特性情况下，水位越小摩阻力大，抗拔性能好。④上拔试验中，在水位高为120cm时，随着开挖土量的增加，土压容器便慢慢上浮，当土层开挖完毕，土压容器基本浮出表面，在进行加载试验时候，荷载未达到1kg抗拔桩便已经破坏，是要去其抗拔性。

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