陇东深厚黄土地区桩基承载特性原位试验研究

刘万锋 杜婷

（1陇东学院土木工程学院，甘肃 庆阳 745000；2甘肃高校“黄土的工程性质及工程应用”省级重点实验室，甘肃 庆阳 745000）

0 前言

随着城市建设，西部地区涌现出越来越多的高层建筑和大荷载建筑，多采用承载力高且沉降量小的桩基础进行施工。目前，大部分学者和工程人员主要研究黄土的湿陷性，通过分析桩侧摩阻力的特性和地基处理方法获得相应的成果。朱彦鹏等[1]研究随着深度和范围的变化土体的沉降和桩侧负摩阻力如何变化的过程。黄雪峰等[2]得出了黄土的湿陷类型和湿陷量大小不影响负摩阻力数值的结论。杨校辉等[3]研究了针对自重湿陷性黄土的地基处理深度，并进行了湿陷性评价。费鸿庆[4]、谢永健[5]、王东红[6]等研究了超长钻孔灌注桩用于黄土地基中时的工程特性。张雁等[7-8]认为，在一般情况下，采用桩基时桩侧摩阻力沿桩身的分布无负摩阻力。但是，目前针对庆阳黄土地区桩基性能的研究仍然十分匮乏，并没有系统的理论方法可以使用。因此，有必要分析研究陇东黄土地区的桩基承载特性和桩身沉降情况。

1 实验

1.1 工程概况

为了确定该场地的单桩竖向抗压承载力，并判断采用桩基础能否为上部结构提供足够的承载力，现场试验依托甘肃省庆阳市华池县某建筑工程展开。经试验可知该场地是具有中等湿陷程度的自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ级。冻土标准深度为820mm。施工在控制深度内钻探，场地土层自上而下的力学特性如表1所示。

表1 地层分层统计表

1.2 试验方案

选取地下室3根机械成孔灌注试验桩，采用C30混凝土，其中钢筋表面的保护层厚度选用50mm。试桩采用扩底圆柱形φ800mm*11m，扩底直径选用1600mm，其特征值为2450kN。施工期间桩体一次成型且无施工缝。

1.3 试验操作

1.3.1 静载荷试验

研究采用堆载法进行试验，通过将混凝土块堆放在堆载平台上形成加载的反力系统。在这3根试桩的桩端处分别焊接钢丝绳，并将钢丝绳引到桩头外，在静载试验时，桩端的沉降就是量测钢丝绳的下降距离。在施加下一级荷载时使前一级荷载达到相对稳定，且直至达到桩基极限承载力或桩身开始出现破坏现象时终止加载。

1.3.2 轴力试验

通过在桩身布置钢筋应变计测量桩身混凝土和钢筋的应力变化。为便于连接应变片的导线引出，且使导线在压桩时不被破坏，在桩顶侧面钻3个圆孔。沿桩身间隔1m贴一个应变片，每列共12个，在同一高度贴3个，共计36个。在试桩纵筋上沿竖向粘贴钢筋应变计，桩身传感器的布置及其分布位置如图1所示。在试验过程中采用自动化测试系统进行全程同步数据采集，通过观测桩身内力检测桩身各位置在荷载作用下的内力变化。

图1 应变计布置图

2 结果与讨论

分别测量试验中3根试桩在相应深度下的钢筋应变计算截面的桩身轴力。桩身截面的轴力值可以通过钢筋截面和混凝土截面的内力值求和取得，而内力值可以通过截面面积乘以相应应力值计算，通过这种方法可得到每级荷载下桩身轴力沿深度的分布曲线，如图2所示。

图2 桩身轴力沿深度的分布曲线

由图2可知，试桩轴力随荷载的增大而增大，不同荷载作用下，桩身轴力随深度的增加而减小，桩端轴力近似为0，属摩擦型桩。在不同土层，桩身轴力的递减速度也不同，说明桩身轴力的大小主要受桩顶荷载和周围土层性质的影响。

3 结论

通过在庆阳大厚度黄土地区进行的单桩与单桩承台的现场静载荷试验，结果表明，在该深厚黄土地区，桩基由于其较高的承载力和较小的沉降量被广泛用于大荷载建筑物的基础中。桩顶荷载主要由桩侧摩阻力提供的反力承担；桩身轴力的分布受到桩顶荷载值和桩周不同土性质的影响而出现不同的特征。