靜鉆根植竹節(jié)樁荷載傳遞機(jī)理模型試驗(yàn)

周佳錦，龔曉南，王奎華，張日紅，嚴(yán)天龍

（1.浙江大學(xué) 濱海與城市巖土工程研究中心，浙江 杭州310058；

2.浙江大學(xué) 軟弱土與環(huán)境土工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州310058；3.浙東建材集團(tuán)，浙江 寧波315000）

靜鉆根植竹節(jié)樁是一種新型組合樁基，其運(yùn)用靜鉆根植工法在預(yù)定樁位處用特定螺旋鉆噴漿攪拌形成水泥土，待水泥土攪拌均勻螺旋鉆移出鉆孔后放入預(yù)制竹節(jié)樁形成組合樁基.這種組合樁基既可以避免預(yù)制樁在打入過程中的擠土效應(yīng)，也不會(huì)出現(xiàn)鉆孔灌注樁施工過程中大量泥漿排放的情況.

埋入式竹節(jié)樁在日本已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，一些日本學(xué)者也對這種樁型的承載性能以及荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行了研究［1-5］，由于日本的地質(zhì)情況不同于中國，而且描述土體性質(zhì)所用參數(shù)也與中國不同，雖然日本關(guān)于竹節(jié)樁的研究對竹節(jié)樁在我國的應(yīng)用與研究有一定的指導(dǎo)作用，但不能適用于我國的軟土地區(qū).靜鉆根植竹節(jié)樁在我國東南沿海軟土地區(qū)已經(jīng)有了初步應(yīng)用，筆者對這些工程中的試樁數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集與整理，并對竹節(jié)樁的荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行了一些研究［6］.

現(xiàn)場靜載試驗(yàn)很難測出竹節(jié)樁周圍水泥土中的應(yīng)力，而水泥土作為靜鉆根植竹節(jié)樁的重要組成部分在荷載傳遞過程中起著十分重要的作用，因此，對水泥土中的應(yīng)力進(jìn)行研究有著重要意義.為了對靜鉆根植竹節(jié)樁的荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行更加深入的研究，筆者進(jìn)行了靜鉆根植竹節(jié)樁的單樁模型試驗(yàn)，通過貼在樁身與PVC管上的應(yīng)變片以及土壓力傳感器分別對樁身軸力、水泥土應(yīng)力以及樁端阻力進(jìn)行測量，通過模型試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)對靜鉆根植竹節(jié)樁的荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的分析.

1 竹節(jié)樁模型試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 模型樁

試驗(yàn)所用模型樁采用尺寸比為1：5，模擬450（300）mm型竹節(jié)樁（竹節(jié)處直徑為450 mm，樁身直徑為300 mm的竹節(jié)樁）.模型樁竹節(jié)處直徑為90 mm，樁身直徑為60 mm，相鄰竹節(jié)間距為200 mm，每段模型樁樁長1 m，共2段，模型樁總長2 m.靜鉆根植竹節(jié)樁中樁身竹節(jié)的作用主要是增加竹節(jié)樁與樁周水泥土的黏結(jié)力，模型試驗(yàn)中竹節(jié)樁樁身較短，樁周土體所能提供的側(cè)摩阻力也不是很大，可以認(rèn)為節(jié)間距的改變對靜鉆根植竹節(jié)樁的承載性能影響不大.在現(xiàn)場試驗(yàn)中，450（300）mm型竹節(jié)樁攪拌直徑為550 mm，樁端擴(kuò)大頭高度約為3倍攪拌直徑，擴(kuò)大頭直徑約為1.5倍攪拌直徑，所以模型試驗(yàn)中樁周水泥土直徑為110 mm，樁端擴(kuò)大頭直徑為165 mm，擴(kuò)大頭高度為330 mm.

為了對竹節(jié)樁樁身軸力以及樁周水泥土在各級(jí)荷載作用下軸力的變化進(jìn)行測量，需在樁身及水泥土中布置應(yīng)變測量儀器.本試驗(yàn)中采用樁身貼應(yīng)變片組成全橋電路的方法測量竹節(jié)樁樁身軸力，自樁頭開始每隔0.2 m布置一組應(yīng)變片，由于兩段樁連接處需要進(jìn)行焊接，該處沒有布置應(yīng)變片，整個(gè)樁身共布置了8組應(yīng)變片全橋電路，且每組電橋的4個(gè)應(yīng)變片分別均勻布置在樁身圓周的4個(gè)表面上以增加測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.貼應(yīng)變片時(shí)先用砂紙將所需貼應(yīng)變片位置處抹平并涂上無水酒精，待無水酒精揮發(fā)后再貼上應(yīng)變片，并擠壓應(yīng)變片消除應(yīng)變片與樁身之間的氣泡，最后在應(yīng)變片外涂上環(huán)氧樹脂對其進(jìn)行保護(hù).樁周水泥土中應(yīng)力的測試可以采用彈性模量與水泥土較為相近的PVC管上布置應(yīng)變片電橋的方法來實(shí)現(xiàn)［7-8］.為了對竹節(jié)樁樁端阻力進(jìn)行測量，在樁底放置了一個(gè)土壓力傳感器.模型竹節(jié)樁及PVC管如圖1和圖2所示.

圖1 模型竹節(jié)樁示意圖Fig.1 Sketch of model nodular pile

圖2 PVC管示意圖Fig.2 Sketch of PVC pipe

1.2 模型槽及地基土制備

考慮到模型試驗(yàn)的尺寸效應(yīng)，模型槽選用長寬都為1.8 m，高度為2.5 m的鐵質(zhì)模型箱，模型樁竹節(jié)處直徑為90 mm，模型樁距模型箱邊界距離為10倍的樁徑.除此之外，為了在填土完成后對地基土進(jìn)行飽和，模型箱內(nèi)壁安裝了4根內(nèi)徑為10 mm的不銹鋼薄管，鋼管需通到模型箱底部.模型箱底部安裝4個(gè)閥門，便于地基土飽和后進(jìn)行排水.

試驗(yàn)采用地基土的土層布置形式是樁側(cè)為黏土，樁端為砂土，其基本物理性質(zhì)如表1所示，其中D為土層深度，γ為土體重度，c為土體黏聚力，φm和φr分別為土體內(nèi)摩擦角的最大值和殘余值，Ks為土體壓縮模量.模型試驗(yàn)采用分層擊實(shí)后飽和上水的方式進(jìn)行地基土填筑，填土過程中在保證土體密度、含水量等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)需要使地基土具備較好的均勻性.

表1 試驗(yàn)所用土體的物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physical and mechanical properties of soil in test

模型試驗(yàn)采用分層擊實(shí)的方法填筑地基土，使每層土體在壓實(shí)后厚度為0.1 m，模型槽尺寸為1.8 m×1.8 m，則壓實(shí)后每層土體相應(yīng)的土方量和ΔV和土體質(zhì)量Δm分別為

Dysregulation of the Wnt/β-catenin signaling pathway is seen in some neuroendocrine tumors of the gut.

式中：L為模型槽邊長，Δh為每層土體厚度，ρ為土體密度.

在填筑過程中通過控制填土干密度來控制填土量，通過室內(nèi)土工試驗(yàn)測得樁側(cè)黏土干密度為1.50 g／cm3左右，樁端砂土干密度為1.60 g／cm3左右.則填土過程中土體的實(shí)際密度為

式中：ρd為土體干密度，w（水）為土體中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含水量）.

試驗(yàn)所用黏土含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右，砂土含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%左右，根據(jù)所設(shè)定干密度通過式（3）可以得到土體的實(shí)際密度，再通過式（2）得到每層填土的質(zhì)量.填土?xí)r將一層所需填土量倒入模型箱內(nèi)，然后人工分塊振實(shí)直到土體達(dá)到模型箱內(nèi)預(yù)先畫好的刻度線.每層填土振實(shí)到預(yù)定刻度線后取3個(gè)測點(diǎn)測土體密度，所測平均密度以及其中2組以上試樣的密度比設(shè)定密度差值不超過5%認(rèn)為合格，可進(jìn)行下一層填土，否則需要將該層進(jìn)行重新填筑至達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn).由于樁端擴(kuò)大頭的存在，模型樁需要先進(jìn)行擴(kuò)大頭的制作并預(yù)埋在土槽中心處；而由于靜鉆根植竹節(jié)樁所采用的獨(dú)特的施工工法，在填土工程中需預(yù)埋一根外徑為110 mm的鐵管并均勻地套在模型樁外側(cè)，在地基土制備完成后將鐵管拔出，并將攪拌均勻的液態(tài)水泥土灌入到預(yù)留的孔中，在灌入過程中不斷用細(xì)鐵棒進(jìn)行人工振搗使液態(tài)水泥土足夠密實(shí)，而且有一部分液態(tài)的水泥土能夠滲入到周邊土中，這種方法能夠使成型后的模型樁中竹節(jié)樁-水泥土和水泥土-樁周土界面緊密接觸，與原型靜鉆根植竹節(jié)樁相似.

填土完成后對地基土進(jìn)行飽和，在模型箱反力架上放置4個(gè)水桶分別對模型箱內(nèi)預(yù)先設(shè)好的4根水管進(jìn)行注水.模型箱反力架高出土面0.4 m，水桶內(nèi)水面高于填土表面0.5 m左右，水通過管道慢慢滲透入土體中，待土體表面有積水出現(xiàn)則可以認(rèn)為土體已完成飽和.飽和時(shí)間約為10天左右.在飽和完成后，將模型箱底部安裝的4個(gè)閥門打開，進(jìn)行排水.土體排水后，在模型槽取土進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，并對模型槽內(nèi)土層進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn).

1.3 加載系統(tǒng)

模型試驗(yàn)采用液壓千斤頂直接對模型樁進(jìn)行加載，千斤頂量程為300 k N.測試系統(tǒng)由壓力傳感器、百分表、靜態(tài)應(yīng)變測試儀及數(shù)據(jù)采集裝置組成.數(shù)據(jù)采集裝置連接壓力傳感器，壓力傳感器量程為300 k N，壓力傳感器及數(shù)采裝置預(yù)先在壓力機(jī)上進(jìn)行標(biāo)定，試驗(yàn)所用百分表量程為60 mm.

1.4 水泥土試驗(yàn)

作為靜載根植樁的重要組成部分，水泥土在組合樁的荷載傳遞過程中起著重要作用，水泥土的強(qiáng)度和彈性模量的變化都會(huì)對組合樁的承載力產(chǎn)生影響.而樁周水泥土與樁端水泥土在組合樁中所起的作用也不同：樁周水泥土作為一個(gè)過渡層主要起著改善樁與樁周土體接觸面的摩擦性質(zhì)的作用，而樁端擴(kuò)大頭則需要分擔(dān)一部分樁端阻力.在實(shí)際工程中，樁端擴(kuò)大頭注漿體積為整個(gè)樁端擴(kuò)大頭的體積，即理論上樁端處泥漿將被水泥漿完全替換，而樁側(cè)注漿量為樁側(cè)體積的1／2；樁端注入水泥漿的水灰比（即水灰質(zhì)量比）為0.6，樁側(cè)水泥漿水灰質(zhì)量比為1.0.考慮到在實(shí)際工程中泥漿不會(huì)被水泥漿所完全替換，并參考現(xiàn)場取芯水泥土試塊試驗(yàn)結(jié)果，一般將樁端水泥漿與泥漿的體積比定為2：1，樁側(cè)水泥漿與泥漿的體積比為0.3：1.通過室內(nèi)試驗(yàn)測得現(xiàn)場泥漿含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%左右.為了研究該種配比情況下水泥土的強(qiáng)度及彈性模量，以及在實(shí)際工程運(yùn)用中最優(yōu)水灰質(zhì)量比及水泥漿與泥漿體積比，將樁側(cè)水泥土水灰質(zhì)量比分別取為1.0和1.5，水泥漿與泥漿體積比為0.3：1；樁端水泥土水灰比為0.6，水泥漿與泥漿體積比分別為1∶1、1.5∶1，、2∶1.考慮到水泥土中水泥摻入量較大，制樣時(shí)參考砂漿制樣方法，并參照已有水泥土力學(xué)性能試驗(yàn)方法［9-10］，利用砂漿試塊模具（70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm）進(jìn)行制樣，將上述5種不同配比的水泥土分別放入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體模具中進(jìn)行制樣；在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)中28 d后在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，其中ps為水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；Kcs和Ec分別為為水泥土的壓縮模量和彈性模量.

表2 不同配比水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Testing results of unconfined compressive strength of cemented soil with different ratio

從表2可以看到，對于樁側(cè)水泥土，當(dāng)水灰質(zhì)量比為1.5時(shí)，試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.340 MPa，而當(dāng)水灰質(zhì)量比變?yōu)?.0時(shí)，試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變?yōu)?.706 MPa，是水灰質(zhì)量比為1.5時(shí)強(qiáng)度的2.08倍，考慮到樁基設(shè)計(jì)的安全性，不宜將樁側(cè)水泥土的配比進(jìn)行更改.對于樁端水泥土，當(dāng)水泥漿和泥漿的體積比分別為1.0、1.5和2.0時(shí)，水泥土試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為7.08、9.37和11.10 MPa；當(dāng)體積比為1.5時(shí)，水泥土試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了9.37 MPa，能夠滿足實(shí)際工程中所需的水泥土強(qiáng)度，考慮到樁基設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，可以適當(dāng)減小樁端水泥漿的注入量.

2 竹節(jié)樁靜載試驗(yàn)

2.1 竹節(jié)樁單樁靜載試驗(yàn)

模型試驗(yàn)單樁豎向靜荷載試驗(yàn)執(zhí)行建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ106-2003）［11］.采用液壓千斤頂對模型樁進(jìn)行加載，使用百分表測量樁頂沉降，靜態(tài)應(yīng)變測試儀對樁身軸力以及水泥土中的軸力進(jìn)行測量.試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，分級(jí)加載進(jìn)行試驗(yàn)，理論上荷載分級(jí)為設(shè)計(jì)預(yù)估最大試驗(yàn)荷載的1／8～1／12取值，由于沒有明確的靜鉆根植竹節(jié)樁這種新型樁基的承載力計(jì)算公式，為了保證試驗(yàn)曲線的完整，本次加載的分級(jí)荷載取值偏保守.每級(jí)加載后按時(shí)間間隔5、15、30、45、60、90 min…測讀沉降量，直到沉降達(dá)到穩(wěn)定（穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為不超過0.1 mm／h），再繼續(xù)加下一級(jí)荷載；卸載值為每級(jí)加載值的2倍，按第15、30、60 min測讀，卸載至零后維持時(shí)間為3 h.模型試驗(yàn)裝置如圖3所示，根據(jù)試驗(yàn)所測得的數(shù)據(jù)，經(jīng)整理后所繪制的試樁荷載位移曲線如圖4所示，其中F為樁頂荷載，S為樁頂位移.從圖4中可以看出，試樁在加載過程中，各級(jí)沉降穩(wěn)定、連續(xù)、無突變，屬于緩變型曲線；結(jié)合建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ106-2003）標(biāo)準(zhǔn)4.4.2條，該模型樁單樁極限承載力為70 k N.從圖4中還可以看出，卸載后試樁的回彈量很小，這是因?yàn)槟Ｐ椭窆?jié)樁為實(shí)心鋼樁，在加載至破壞階段時(shí)樁身幾乎沒有壓縮量，而樁底砂土層回彈量也不大，所以卸載后回彈量很小.

圖3 模型試驗(yàn)圖Fig.3 Sketch of model test

圖4 試樁荷載位移曲線Fig.4 Load-displacement curve of test pile

2.2 竹節(jié)樁樁身軸力分析

竹節(jié)樁樁身軸力以及樁周水泥土中軸力由布置在樁身表面以及PVC管上的應(yīng)變片測得，樁端阻力則由預(yù)埋在樁端土體處的土壓力傳感器進(jìn)行測量.竹節(jié)樁及樁周水泥土在各級(jí)荷載作用下的軸力分布曲線如圖5和圖6所示，其中FB和Fc分別為竹節(jié)樁及水泥土軸力，L為試樁樁身深度.

從圖5中可以看出，在各級(jí)荷載作用下，竹節(jié)樁樁身軸力自樁身到樁端逐漸減小，這是由于樁周土體為了阻止樁身下沉對樁體產(chǎn)生了向上的側(cè)摩阻力.從圖5中還可以看出，當(dāng)樁頂加載10 k N時(shí)，樁身下部軸力為零，隨著荷載的增加，樁側(cè)摩阻力得到進(jìn)一步的發(fā)揮，同時(shí)，管樁的軸力也在增加，樁身下部逐漸產(chǎn)生軸力，此時(shí)，樁端阻力也開始發(fā)揮，且端阻所占比例逐漸增大.從圖中可以看出，靜鉆根植竹節(jié)樁在不同荷載作用下的樁身軸力曲線與傳統(tǒng)樁基的樁身軸力曲線基本一致.

圖5 各級(jí)荷載作用下竹節(jié)樁樁身軸力曲線Fig.5 Axial force of nodular pile under different loads

圖6 各級(jí)荷載作用下樁周水泥土軸力曲線Fig.6 Axial force of cemented soil under different loads

從圖6中可以看出，樁側(cè)水泥土中軸力沿著試樁樁身基本保持不變，且隨著樁頂荷載的增加樁周水泥土中軸力增量較小，說明樁周水泥土起著傳遞荷載過渡層的作用，不直接分擔(dān)荷載，所以對樁側(cè)水泥土的強(qiáng)度要求不高.從圖6中還可以看出，在距離樁頂1.4～1.6 m處，樁周水泥土中軸力突然增大.而在模型樁樁端擴(kuò)大頭高度為0.33 m，深度1.6 m處模型樁周圍水泥土仍為樁側(cè)水泥土，當(dāng)樁頂荷載為70 k N時(shí)，在1.6 m深處水泥土中軸力為1.84 k N，應(yīng)力為0.28 MPa，小于0.71 MPa.雖然本實(shí)驗(yàn)中樁側(cè)水泥土強(qiáng)度達(dá)到了要求，但由于樁側(cè)水泥土強(qiáng)度遠(yuǎn)小于樁端水泥土強(qiáng)度，而在靠近樁端水泥土處的樁側(cè)水泥土中應(yīng)力會(huì)突然增大，在實(shí)際工程中需要特別注意增強(qiáng)該部分水泥土的強(qiáng)度.從圖6中還可以得知，樁端水泥土中軸力明顯比樁周水泥土中軸力要大，在加載到70 k N時(shí)，樁端水泥土軸力為11.6 k N，此時(shí)水泥土中應(yīng)力為1.46 MPa，而竹節(jié)樁樁身樁端力為40.2 k N，所以樁端水泥土承擔(dān)了整個(gè)復(fù)合樁樁端阻力的22.4%，樁端水泥土起著承擔(dān)樁端阻力的作用.

2.3 竹節(jié)樁樁側(cè)摩阻力與樁土相對位移

靜鉆根植竹節(jié)樁是預(yù)制竹節(jié)樁與樁周水泥土組合在一起的組合樁基，在受荷過程中竹節(jié)樁與水泥土為一個(gè)整體，所以在計(jì)算其樁土相對位移時(shí)只需考慮水泥土與樁周土之間的相對位移.第i段樁土相對位移量δi可用下式進(jìn)行計(jì)算［12］：

式中：L j為第j段樁樁長；εj、εj+1分別為第j和j+1截面處鋼筋應(yīng)力計(jì)應(yīng)變.由于本次試驗(yàn)所采用的模型竹節(jié)樁為實(shí)心鋼樁，實(shí)驗(yàn)過程中樁身幾乎沒有應(yīng)變，樁側(cè)摩阻力與樁土相對位移曲線如圖7所示，其中ppf為樁側(cè)摩阻力，S1為樁土相對位移.而根據(jù)地基土建筑完成后進(jìn)行靜力觸探所得數(shù)據(jù)以及土體的室內(nèi)土工試驗(yàn)，并參照建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008［13］中關(guān)于土體極限側(cè)摩阻力取值的說明，對模型箱內(nèi)各層土體極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行歸納如表3所示，其中pf為土層極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值.由表1知，在0～1.8 m深度范圍內(nèi)土體為黏土，而在1.8～2.0 m深度范圍內(nèi)土體為砂土，從表3中可以看出，土所能提供的側(cè)摩阻力隨土層埋深的增加而增大，樁端附近砂層所能提供的側(cè)摩阻力比黏土所能提供的側(cè)摩阻力大.

圖7 試樁樁側(cè)摩阻力-樁土相對位移曲線Fig.7 Skin friction versus pile-soil relative displacement

表3 試驗(yàn)用土側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值______Tab.3 Proposed skin friction of soil layer

從圖7中可以看出，隨著樁土相對位移的增加，各個(gè)土層所提供的側(cè)摩阻力也逐漸增大；當(dāng)樁土相對位移達(dá)到某一值后，樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限值，隨著樁土相對位移的增加樁側(cè)摩阻力基本保持不變.從圖7中還可以看出，在1.6～2.0 m埋深處的土體在樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限值后，隨著樁土相對位移的增加樁側(cè)摩阻力會(huì)有所減小，并逐漸趨于穩(wěn)定，即該土層出現(xiàn)了軟化現(xiàn)象.

對比圖7和表3可以發(fā)現(xiàn)，模型試驗(yàn)中實(shí)測的各個(gè)土層所提供的極限側(cè)摩阻力值是用靜力觸探試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)歸納的極限側(cè)摩阻力值的1.20～1.47倍，這比文獻(xiàn)［7］中提到的靜鉆根植竹節(jié)樁所受樁側(cè)摩阻力是一般灌注樁的1.05～1.10倍還要高.這很可能是因?yàn)槟Ｐ驮囼?yàn)中水泥土攪拌很均勻，水泥土強(qiáng)度及水泥土與周邊土體的接觸都比較好，而施工現(xiàn)場雖然有專業(yè)設(shè)備對水泥漿與泥漿進(jìn)行攪拌，考慮到施工現(xiàn)場場地條件的復(fù)雜性，水泥土均勻程度以及水泥土與樁周土體的接觸面摩擦性質(zhì)可能沒有模型試驗(yàn)中的水泥土效果好，因此，通過對上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較可以得到在實(shí)際施工過程中提高水泥土的攪拌均勻度可以提高靜鉆根植竹節(jié)樁的承載力.

2.4 竹節(jié)樁樁端阻力

模型樁樁端阻力與樁端位移曲線如圖8所示，其中F t為樁端阻力，S2為樁端位移.圖中3條曲線分別為組合樁基總樁端阻力、竹節(jié)樁承擔(dān)樁端阻力以及樁端水泥土承擔(dān)樁端阻力與樁端位移之間的關(guān)系，其中組合樁基總的端阻為竹節(jié)樁與樁端水泥土承擔(dān)端阻之和.從圖8可以看出，當(dāng)樁端位移較小時(shí)，竹節(jié)樁中樁端軸力和樁端水泥土中軸力隨著樁端位移的增加而增大；當(dāng)樁端位移超過7.5 mm時(shí)，竹節(jié)樁樁端軸力繼續(xù)隨著樁端位移的增加而增大，而樁端水泥土中軸力基本保持不變，這很可能是因?yàn)橹窆?jié)樁與樁端水泥土的彈性模量不同，隨著樁端阻力的增加，竹節(jié)樁與樁端水泥土中應(yīng)力也隨之增加，而樁端水泥土中應(yīng)變比竹節(jié)樁應(yīng)變要大，樁端處水泥土與竹節(jié)樁之間產(chǎn)生了相對位移，所以當(dāng)樁端位移超過7.5 mm時(shí)，隨著樁端位移的增加，樁端水泥土中軸力基本保持穩(wěn)定.

圖9為竹節(jié)樁樁端及樁端水泥土承擔(dān)樁端阻力隨著組合樁總的樁端阻力的變化曲線，其中Fpt和Fct分別為竹節(jié)樁及樁端水泥土中承擔(dān)的樁端阻力.從圖9可以看出，當(dāng)組合樁基樁端阻力較小時(shí)，竹節(jié)樁樁端與樁端水泥土中的軸力幾乎相同；當(dāng)樁端阻力大于18 k N時(shí)，隨著樁端阻力的增加竹節(jié)樁樁端軸力與水泥土中軸力差慢慢增大，當(dāng)組合樁基樁端阻力達(dá)到56.7 k N時(shí)，竹節(jié)樁樁端軸力為45.1 k N，樁端水泥土中軸力為11.6 k N，竹節(jié)樁樁端和樁端水泥土軸力比為4：1.當(dāng)試樁達(dá)到極限承載力時(shí)，樁端水泥土所承擔(dān)荷載為組合樁基樁端總荷載的20%，說明樁端水泥土的確承擔(dān)著分擔(dān)一部分樁端阻力的作用.

圖8 試樁樁端阻力-樁端位移曲線Fig.8 Mobilized tip resistance versus tip displacement

圖9 試樁樁端阻力分配曲線Fig.9 Proportion of mobilized base load

2.5 竹節(jié)樁樁端位移計(jì)算

有學(xué)者對樁基的樁端沉降進(jìn)行過研究，并提出過一些樁基沉降計(jì)算公式，其中文獻(xiàn)［14］中提出的樁端沉降計(jì)算公式運(yùn)用較為廣泛：式中：Sb為樁端沉降，Pb為樁端荷載，μ為土體泊松比，Gb為土體剪切模量，rb為樁端半徑.模型試驗(yàn)中樁端砂土泊松比μ=0.3，樁端半徑為82.5 mm.

從圖8中可以看到試樁樁端阻力和樁端位移之間呈非線性關(guān)系，文獻(xiàn)［15］中提出了一個(gè)用樁端土體剪切模量的改變來模擬樁端阻力與樁端位移之間的關(guān)系：

式中：Gb為樁端土體剪切模量，Gbi為樁端土體初始剪切模量，Rf為破壞比，Qb為最大樁端阻力，Pb為樁端阻力.根據(jù)圖8中樁端阻力與位移曲線的初始部分及公式（5）可算得樁端土體初始剪切模量為11.5 MPa；破壞比Rf取為0.65.

模型試驗(yàn)實(shí)測樁端荷載位移曲線與計(jì)算所得曲線如圖10所示.從圖10可以看出，在樁端阻力較小時(shí)實(shí)測曲線與計(jì)算所得曲線基本吻合；當(dāng)樁端阻力超過27.5 k N時(shí)，計(jì)算所得曲線與實(shí)測曲線出現(xiàn)了一些偏差，這很可能是由于在樁端注漿過程中有水泥漿滲透到了土層中使得樁端持力層土體強(qiáng)度增加.從整體上看，當(dāng)Rf=0.65時(shí)，上述理論計(jì)算公式能較好地表達(dá)試樁樁端阻力與位移曲線.

圖10 試樁樁端阻力-位移對比曲線Fig.10 Contrast curves of tip displacement versus base load

3 結(jié) 論

本文介紹了靜鉆根植竹節(jié)樁這種新型樁基的模型試驗(yàn)，對其在荷載傳遞過程中預(yù)制竹節(jié)樁及樁周水泥土所起的作用進(jìn)行了研究，通過對模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析可以得到以下結(jié)論：

（1）樁周水泥土與樁端水泥土在靜鉆根植竹節(jié)樁荷載傳遞機(jī)理中所起的作用不同，樁側(cè)水泥土起著傳遞荷載過渡層的作用，而樁端水泥土需要承擔(dān)一部分樁端荷載.

（2）在加載過程中，靠近樁端水泥土處的樁側(cè)水泥土中應(yīng)力會(huì)突然增大，在實(shí)際工程中需對該區(qū)域的水泥土強(qiáng)度進(jìn)行增強(qiáng).

（3）模型試驗(yàn)中水泥土與樁周土之間的極限側(cè)摩阻力要比現(xiàn)場試驗(yàn)中所測得水泥土與樁周土的極限側(cè)摩阻力大，說明在現(xiàn)場攪拌水泥土?xí)r提高攪拌均勻性可以提高樁側(cè)摩阻力.

（4）運(yùn)用傳統(tǒng)樁基樁端沉降計(jì)算公式所得的樁端阻力和位移曲線與試樁實(shí)測曲線形狀及走向基本一致，說明可以用傳統(tǒng)樁基沉降計(jì)算公式計(jì)算靜鉆根植竹節(jié)樁的樁端沉降.

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