斜坡桩基础桩侧土体裂缝扩展试验研究

李 文 杰

(新疆铁道勘察设计院有限公司,新疆 乌鲁木齐 830011)

近几年西南地区基础设施不断建设与完善，越来越多的基础设施修建在西南地区的崇山峻岭中。然而西南山区地形陡峻，地质构造复杂，大量建(构)筑物的基础容易受到周围不稳定岩土体的直接威胁。

研究人员对不同土体地基下水平受荷桩土体系相互作用问题进行了大量的试验与数值分析研究[1-8]，但是大部分研究主要集中在桩身的受力或变形方面，对于桩侧土体的变形发展研究则相对较少。实际上，在各种复杂荷载作用下，桩土体系会产生不协调的位移，地基浅表部的桩侧土体进而出现裂缝扩展，裂缝可能会贯穿地基隔水层，形成潜在的渗流通道[9]。因此，桩土体系中桩侧土体的变形破坏与否直接关系到桩基础的安全可靠性。值得注意的是，近几年已有一些学者对桩周土体在加载过程中的发展变化规律进行了一定的深入研究。包括使用透明土和PIV技术，对水平受荷桩在加载过程中桩周土体位移场的发展变化进行量测，揭示桩—土相互作用规律[10]。

然而，由于山区地区地形地貌的复杂性，导致斜坡地基中桩土体系作用机制十分复杂[11]。现有的研究中对水平荷载下桩侧土体裂缝的扩展情况随地基坡度变化还有所欠缺。本文通过西南山区现场桩基水平静载试验观察地基桩侧土体随荷载以及斜坡坡度的扩展变化情况，主要包括土体裂缝开展的长度、宽度、深度及方位，重点从桩侧土体角度来揭示水平荷载下桩土相互作用规律，进一步揭示桩土相互作用过程中桩侧土体的发展变化过程，以弥补当前研究的空白，也能够为确保桩土体系长期安全稳定而采取相应的工程措施提供一定的参考。

1 单桩水平静载荷现场试验

1.1 试验概况及工程地质条件

1.2 试验方案

本次现场试验共进行四组不同坡度，共4根桩的水平静载试验，其中1号，2号，3号，4号桩拟分别进行0°,15°,30°，45°坡试验。桩基础均为混凝土人工挖孔灌注桩，桩径1 m，桩长10.5 m，出露0.5 m，桩身配筋采用30根直径28 mm的HRB400钢筋作为主筋通长配置。

现场桩基水平静载荷试验示意图如图1所示。

1.3 试验加载方法

试验采用油压千斤顶进行水平力加载，加载方法根据工程桩实际受力特性选用单向慢速维持荷载法。

1)荷载分级：每一级荷载加载等级为预估最大荷载的1/10～1/15。

2)位移观测：每级荷载维持1.5 h～2.5 h，以每一小时内的桩顶位移变化量不超过0.1 mm为稳定标准。

3)终止试验的条件：现场试验坡面处桩身位移超过100 mm时停止加载。

2 桩侧土体裂缝扩展情况

由于篇幅限制，这里只列出45°斜坡的桩基础在水平荷载下的桩周土体变形情况，如图2所示。

斜坡地基水平受荷时桩侧土体裂缝扩展的大致过程为：第一级荷载施加时，桩周土体逐渐压密，原来固有的微裂缝逐渐闭合。随着荷载的增大，桩周土体开始产生新的裂缝。由于桩与土之间刚度大小的差异，首先是在桩后侧的桩土界面交界处产生水平向的裂缝，裂缝在荷载作用下先是沿水平向不断发展，形成主裂缝，裂缝在荷载作用下不断扩展，长度、宽度和深度都不断增大。同时在主裂缝周围又产生成多条细裂缝。随着荷载的增大，主裂缝逐渐沿桩身两侧呈抛物线型向桩前斜坡处延伸，伴随着桩前土体也逐渐产生不规则的斜裂缝，加载末期，桩后的多条裂缝完全贯通，土体被拉裂破坏，裂缝中的土体不断塌落下陷，桩前土体有少量隆起现象。在基桩达到临界荷载时，不同斜坡坡度下的桩侧土体均首先在桩后侧出现水平向的细裂缝，这与周建[12]模型试验研究的结果较为一致；当水平荷载进一步增加，桩后侧的土体出现了应力释放，使得部分桩体脱离上部土体。桩后水平裂缝逐渐发展，并沿桩身两侧呈抛物线型向桩前斜坡处延伸扩张，同时在桩侧出现多条不连续斜裂缝，与桩身大致呈45°角。

3 结语

本文主要通过西南山区现场水平静载试验研究处于不同坡度的桩基础在荷载作用下桩侧土体的开裂特性，进一步揭示桩土相互作用过程中桩侧土体的发展变化过程，获得的主要结论如下：

1)水平荷载作用下桩侧土体变形破坏是一个循序渐进的过程。裂缝最初出现在桩后的桩土界面交界的位置，大致呈水平向，随后裂缝的宽度、长度和深度均随着荷载的增大而增加，当桩基础接近极限荷载时，桩后土体裂缝完全贯通，裂缝中土体不断塌落下陷，桩前有少量土体隆起。

2)地基坡度越大，土体变形扩展速率也越快。另外，坡度越大，裂缝沿桩侧扩展时与最初出现的水平向裂缝形成的角度越大，即“抛物线”的弧度越大。

参考文献：

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