預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力試樁結(jié)果分析

宋士杰 李連營(yíng) 王鑫文

(天津市勘察院，天津 300191)

1 簡(jiǎn)介

GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求承受水平荷載的建筑物進(jìn)行水平力驗(yàn)算［1］。JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范提供了預(yù)制樁水平承載力的估算公式［2］，其中樁頂允許水平位移的取值對(duì)估算影響很大，本文通過(guò)天津地區(qū)30根預(yù)應(yīng)力管樁的水平靜載荷試樁結(jié)果，分析天津地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力特征值規(guī)律、對(duì)應(yīng)的水平位移值及樁頂允許水平位移的取值。

2 單樁水平靜載荷試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

天津市DB 29-38-2002建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程明確規(guī)定［3］，單樁水平靜載荷試驗(yàn)采用臥式千斤頂施加水平力，施加的水平荷載分級(jí)一般取預(yù)估水平極限荷載的1/10～1/15，每級(jí)荷載施加后，恒載4 min測(cè)樁的水平位移值，然后卸載至0，停2 min測(cè)出樁的殘余水平位移值，至此完成一個(gè)加卸載循環(huán)，如此循環(huán)5次便完成一級(jí)荷載的試驗(yàn)觀測(cè)。多級(jí)加荷后，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)可停止試驗(yàn):1)樁身折斷;2)水平位移超過(guò)40 mm或達(dá)到設(shè)計(jì)要求的水平位移允許值。當(dāng)樁身應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)的樁頂水平力使樁頂水平位移超過(guò)20 mm～30 mm，或樁側(cè)土體破壞的前一級(jí)水平荷載，即是單樁水平極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值［4，5］。

3 單樁水平承載力特征值確定方法

JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.7.2條規(guī)定，預(yù)應(yīng)力管樁可根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果取地面處水平位移為10 mm(對(duì)于水平位移敏感的建筑物取水平位移6 mm)所對(duì)應(yīng)的荷載為單樁水平承載力特征值［2］。當(dāng)樁的水平承載力由水平位移控制，且缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范提供了下列公式估算預(yù)應(yīng)力管樁的單樁水平承載力特征值。

其中，EI為樁身抗彎剛度，MNm2;Xoa為樁頂允許水平位移，mm;υx為樁頂水平位移系數(shù);α為樁的水平變形系數(shù)，1/m，可按下式計(jì)算確定:

其中，m為樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，MN/m4;b0為樁身的計(jì)算寬度，m，b0=0.9(1.5d+0.5)。

從計(jì)算公式可看出，影響單樁水平承載力特征值的因素較多，包括樁身抗彎剛度、水平位移系數(shù)及允許水平位移值、材料強(qiáng)度、樁側(cè)土質(zhì)條件、樁的入土深度、樁頂約束情況等，很難準(zhǔn)確估算，一般應(yīng)通過(guò)單樁靜載荷試驗(yàn)確定［5］。

4 試樁結(jié)果及分析

4.1 試樁結(jié)果

11個(gè)場(chǎng)地30根預(yù)應(yīng)力管樁水平載荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1［6］。

表1 預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力試樁結(jié)果

4.2 水平承載力特征值分析

從表1可看出，預(yù)應(yīng)力管樁單樁水平承載力特征值與樁徑、樁長(zhǎng)、樁頂土性等密切相關(guān)。

1)樁頂土性。

漢沽、咸水沽、華明鎮(zhèn)三個(gè)場(chǎng)地樁頂土質(zhì)均為軟土，由淤泥質(zhì)土組成。10 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha介于26 kN～72 kN，平均值為50.2 kN，6 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha介于21 kN～48 kN，平均值為37.1 kN;其余場(chǎng)地樁頂土質(zhì)為非軟土，由粘性土組成。10 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha介于90 kN～188 kN，平均值為138.7 kN，6 mm 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha介于79 kN～161 kN，平均值為119.7 kN。

從以上分析可以看出，預(yù)應(yīng)力管樁的單樁水平承載力特征值普遍較低，受樁頂土質(zhì)影響較大。軟土地區(qū)，Rha在40 kN～50 kN左右，非軟土地區(qū)Rha在120 kN～140 kN左右。

2)樁徑。

根據(jù)表1試樁結(jié)果，單樁水平承載力特征值與樁徑的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 單樁水平承載力特征值與樁徑的關(guān)系

由表2可以看出，Rha隨著樁徑的增大而增大。這一規(guī)律也驗(yàn)證了水平承載力特征值的計(jì)算公式(1)。

3)樁長(zhǎng)。

由表1試樁結(jié)果，軟土區(qū)域，本次樁長(zhǎng)介于13 m～23 m，Rha大小與樁長(zhǎng)關(guān)系不明顯;非軟土區(qū)域，本次樁長(zhǎng)介于15 m～36 m，Rha大小與樁長(zhǎng)關(guān)系亦不明顯。

4.3 特征值對(duì)應(yīng)的水平位移分析

1)軟土地區(qū)。由表1可知，10 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha所對(duì)應(yīng)的水平位移值介于4.2 mm～7.7 mm，平均值為5.55 mm;6 mm 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha所對(duì)應(yīng)的水平位移值介于2.1 mm～4.6 mm，平均值為2.99 mm。2)非軟土地區(qū)。由表1可知，10 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha所對(duì)應(yīng)的水平位移值介于3.2 mm～5.5 mm，平均值為4.49 mm;6 mm 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，Rha所對(duì)應(yīng)的水平位移值介于 1.7 mm～4.5 mm，平均值為2.77 mm。3)軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)水平位移值的比較。軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)確定單樁水平承載力特征值所對(duì)應(yīng)的水平位移的比較情況見(jiàn)表3。

表3 軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)單樁承載力特征值所對(duì)應(yīng)的水平位移的比較

從表3對(duì)比可看出:預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地區(qū)確定單樁水平承載力特征值所對(duì)應(yīng)的水平位移比非軟土地區(qū)略大，水平位移10 mm時(shí)的比值為1.236，水平位移為6 mm時(shí)的比值為1.079。

表4 軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力試樁及反算樁頂允許水平位移值

表5 非軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力試樁及反算樁頂允許水平位移值

4.4 樁頂允許水平位移值分析

從表4，表5可以看出，軟土地區(qū)，位移標(biāo)準(zhǔn)10 mm時(shí)，反算的xoa平均值為2.45 mm(實(shí)測(cè)為5.55 mm);位移標(biāo)準(zhǔn)6 mm 時(shí)，反算的xoa平均值為1.81 mm(實(shí)測(cè)為2.99 mm)，與實(shí)測(cè)結(jié)果相比，反算值偏小40%～55%。非軟土地區(qū)，位移標(biāo)準(zhǔn)10 mm時(shí)，反算的xoa平均值為4.15 mm(實(shí)測(cè)為4.49 mm);位移標(biāo)準(zhǔn)6 mm 時(shí)，反算的xoa平均值為3.40 mm(實(shí)測(cè)為2.77 mm)，與實(shí)測(cè)結(jié)果相當(dāng)接近。使用式(1)時(shí)xoa取值可參考表6。

表6 軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)樁頂允許水平位移值取值范圍 mm

5 結(jié)語(yǔ)

1)預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力特征值普遍較低，與樁頂土質(zhì)、樁徑密切相關(guān)，其中受樁頂土質(zhì)影響較大。軟土地區(qū)，單樁水平承載力特征值在40 kN～50 kN左右，非軟土地區(qū)，單樁水平承載力特征值在120 kN～140 kN左右;單樁水平承載力特征值隨著樁徑的增大而增大;單樁水平承載力特征值與樁長(zhǎng)關(guān)系不明顯。

2)根據(jù)預(yù)應(yīng)力管樁水平靜載荷試驗(yàn)結(jié)果分析，軟土地區(qū)，10 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，水平承載力特征值對(duì)應(yīng)的水平位移值平均值為5.55 mm，6 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，水平承載力特征值對(duì)應(yīng)的水平位移值平均值為2.99 mm;非軟土地區(qū)，10 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，水平承載力特征值對(duì)應(yīng)的水平位移值平均值為4.49 mm，6 mm標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，水平承載力特征值對(duì)應(yīng)的水平位移值平均值為2.77 mm;上述數(shù)值對(duì)于天津地區(qū)采用JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.7.2-2式估算單樁水平承載力特征值具有重要的參考價(jià)值。

3)預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地區(qū)確定單樁水平承載力特征值所對(duì)應(yīng)的水平位移比非軟土地區(qū)略大，水平位移10 mm時(shí)的比值為1.236，水平位移為6 mm時(shí)的比值為1.079。

4)通過(guò)式(1)計(jì)算預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力時(shí)，樁頂允許水平位移xoa取值可參考表6采用。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］DB 29-38-2002，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］黃 強(qiáng).注冊(cè)巖土工程師專(zhuān)業(yè)考試復(fù)習(xí)教程［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002:248-251.

［5］李連營(yíng)，詹 斌，戴 斌.預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力的研究［J］.巖土工程界，2003(12):69-71.

［6］DB 29-110-2010，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)規(guī)程［S］.