PHC 管樁水平承載特性現(xiàn)場試驗研究

吳平平

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，安徽合肥 230000)

在橋梁工程及港口工程中，樁基除了要承受較大的豎向荷載外，往往由于波浪力、風(fēng)力、震動力、船舶撞擊力以及車輛荷載的制動力等原因使得基樁承受較大的水平荷載［1，2］。在過去相當(dāng)長的時期內(nèi)，對于樁基礎(chǔ)的研究往往是研究其在豎向荷載作用下的工作特性，對水平荷載作用樁下的受力和變形特性的研究相對較少［3，4］。本文針對PHC管樁水平承載特性研究的不足，以泗許高速亳州段建設(shè)工程為依托，對泗許高速亳州段02標(biāo)K12+715分離立交橋2根管樁進行水平向載荷試驗，著重研究PHC管樁的水平承載特性。

1 工程地質(zhì)條件

試驗場地土層除第①層為第四系全新統(tǒng)填筑土外，其余土層均為第四系全新統(tǒng)沖積層。場地勘察見有一層空隙型潛水，勘察期間地下水埋深為1.60 m～5.46 m，根據(jù)本橋及附近工點水質(zhì)分析資料可知地下水對混凝土無腐蝕性，地表水對混凝土有弱腐蝕性。

2 試驗原理與方法

2.1 試驗原理

水平靜荷載試驗直接模擬將來建筑物受水平力作用下的情況，為工程設(shè)計提供依據(jù)，是最直接的試驗方法。試驗時，利用兩樁的反力裝置，采用油壓式千斤頂加載，根據(jù)率定的值換算荷載，水平位移采用量程50 mm、精度0.01 mm的百分表測量，見圖1。

圖1 水平載荷試驗裝置

2.2 試驗規(guī)程

試驗根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范“單樁水平靜載試驗”，加載方法宜根據(jù)工程樁實際受力特性選用單向多循環(huán)加載法或慢速維持荷載法。單樁水平承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定:1)當(dāng)水平極限承載力能確定時，應(yīng)按單樁水平極限承載力統(tǒng)計值的一半取值，并與水平臨界荷載相比較取小值。2)當(dāng)按設(shè)計要求的水平允許位移控制且水平極限承載力不能確定時，取設(shè)計要求的水平允許位移所對應(yīng)的水平荷載，并與水平臨界荷載相比較取小值。

2.3 主要控制標(biāo)準(zhǔn)

1)最大試驗荷載可根據(jù)設(shè)計要求，在加載至力作用點位移量達到20 mm終止記載。2)分級加載，首次加載20 kN，以后各級分別加載10 kN。3)加載作用點位移觀測:每加一級荷載，在加載后分別在5 min，15 min，30 min，60 min時各讀作用點位移一次，以后每隔30 min讀一次。4)加載作用點位移穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):每一小時內(nèi)的作用點位移不超過0.1 mm，并且連續(xù)出現(xiàn)兩次。當(dāng)力作用點位移相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，讀取各個數(shù)據(jù)后，再施加下一級荷載。5)卸載與回彈觀察，每級卸載量為加載值的2倍，每級卸載后隔15 min測讀一次殘余位移，讀兩次后，卸下一級荷載。全部卸載后，隔一小時再測讀一次。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，可以終止加載:a.樁身折斷;b.水平位移超過30 mm～40 mm;c.水平位移達到設(shè)計要求的水平位移允許值。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 樁位平面布置

本試驗共進行了2根管樁的水平載荷試驗，樁位布置見圖2。

圖2 水平載荷試驗樁位布置

3.2 試驗結(jié)果與分析

2根管樁水平載荷試驗Q—S曲線如圖3所示，各試驗樁的最大沉降量、最大回彈量與回彈率計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 水平載荷試驗結(jié)果匯總表

從Y17-13號樁的單樁水平靜載試驗Q—S曲線看，水平荷載加載至110 kN時，力的作用點位移為11.71 mm，曲線為緩變形，未出現(xiàn)明顯陡降，末級荷載作用下的位移為2.22 mm，位移梯度0.222 0 mm/kN;從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為2.40 mm，最大回彈量為9.31 mm，回彈率為79.50%。以上情況表明該樁受水平荷載作用尚未進入極限狀態(tài)，承載能力還有余量。根據(jù)JGJ 106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范第6.4.4條的規(guī)定，該工程樁的單樁水平極限承載力不小于102 kN。

圖3 管樁單樁水平載荷試驗Q—S曲線

從Y17-16號樁的單樁水平靜載試驗Q—S曲線看，水平荷載加載至110 kN時，力的作用點位移為11.77 mm，曲線為緩變形，未出現(xiàn)明顯陡降，末級荷載作用下的位移為2.05 mm，位移梯度0.205 0 mm/kN;從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為2.72 mm，最大回彈量為9.05 mm，回彈率為76.89%。因此表明該樁受水平荷載作用尚未進入極限狀態(tài)，承載能力還有余量。根據(jù)JGJ 106-2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范第6.4.4條的規(guī)定，該工程樁的單樁水平極限承載力不小于101 kN。根據(jù)JGJ 106-2003規(guī)范，由于2根受檢樁的單樁水平極限承載力極差未超過其平均值的30%，可取平均值(102 kN)作為單樁水平極限承載力統(tǒng)計值。根據(jù)JGJ 106-2003規(guī)范，單樁水平承載力特征值Ra取極限承載力統(tǒng)計值的一半(102 kN/2=51 kN)。該工程預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的單樁水平承載力特征值可取51 kN，能夠滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

本文對泗許高速亳州段02標(biāo)K12+715分離立交橋2根管樁進行水平向載荷試驗，獲得了PHC管樁的水平承載力大小以及管樁在水平荷載作用下的變形規(guī)律，得到了一些有益的認識。

［1］徐至鈞，李智宇，張亦農(nóng).預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計施工及應(yīng)用實例［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］曾國熙.樁基工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995.

［3］徐金格，陶金良.PHC管樁基礎(chǔ)在淮南地區(qū)的應(yīng)用［J］.山西建筑，2012，38(4):92-93.

［4］鄭文鑫，林 奇.單樁水平承載力試驗結(jié)果判釋［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，4(2):66-69.

［5］王 成，鄧安福.水平荷載樁樁土共同作用全過程分析［J］.巖土工程學(xué)報，2001，23(4):476-480.