混凝土變徑樁工作性狀研究

劉國超，閆洪濤，胡 博

(天津市勘察院 天津300222)

混凝土變徑樁工作性狀研究

劉國超，閆洪濤，胡 博

(天津市勘察院 天津300222)

通過數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗的方法對變徑樁的工作性狀進行分析研究，比較變徑樁 PHB與等直徑管樁的樁身軸力、抗壓承載力及抗拔承載力，分析得出結(jié)論，變徑節(jié)樁的單樁承載力小于同節(jié)徑相等的等直徑管樁，大于同直徑的預(yù)應(yīng)力管樁。PHB樁可在復(fù)合地基及抗拔樁中單獨使用，可減少擠土效應(yīng)，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟效益(可節(jié)省混凝土材料約18%,，減少擠土體積12 %,左右)。

數(shù)值模擬 變徑樁 PHB 抗壓承載力

1 PHB樁工作性狀試驗研究

1.1 變徑樁承載力數(shù)值模擬

與相同外徑等直徑樁比較，模型：樁長 10,m；變徑樁部位直徑400,mm，長度500,mm，高度25,mm，間距1.4,m，樁身直徑350,mm，如圖1所示。土體及樁體參數(shù)如表1所示。

模擬計算出單樁承載力結(jié)果(見圖2)及樁身軸力(見圖3)，從而得出變徑樁側(cè)阻力與等直徑樁比較(見圖4)。

圖1 PHB模型Fig.1 PHB model

表1 土體及樁體參數(shù)取值Tab.1 Parameters of soil and pile

圖2 單樁承載力模擬結(jié)果Fig.2 Simulation results of bearing capacity of single pile

圖3 樁身軸力比較Fig.3 Comparison of axial force of pile shaft

圖4 變徑節(jié)樁樁側(cè)阻力及與等直徑樁比較Fig.4 Variable section pile side resistance and the comparison with equal diameter piles

1.2 現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場樁基的平面布置如圖5所示，施工現(xiàn)場變徑樁的擺放及成樁如圖6所示。

圖5 現(xiàn)場試驗平面布置Fig.5 Plane layout of the field test

圖6 PHB現(xiàn)場圖片F(xiàn)ig.6 PHB scene pictures

1.3 單樁抗壓承載力試驗結(jié)果

通過施工現(xiàn)場試驗，得出各號樁基的單樁抗壓承載力(見表2)及其曲線如圖7所示。從而得出PHB樁與PHC樁軸力分布比較(見圖8)及樁側(cè)阻力與樁端阻力比較(見圖9)。

表2 單樁抗壓承載力Tab.2 Compressive bearing capacity of single pile

圖7 單樁抗壓承載力試驗曲線Fig.7 Test curve of single pile compressive bearing capacity

圖8 典型樁軸力分布比較Fig.8 Comparison of axial force distribution of typical piles

圖9 典型樁側(cè)阻力與樁端阻力比較Fig.9 Comparison between typical pile side resistance and pile tip resistance

1.4 單樁抗拔承載力試驗結(jié)果

通過施工現(xiàn)場試驗，得出各號樁基的單樁抗拔承載力(見表3)及試驗曲線如圖10所示，并分析得出PHC樁與PHB樁抗拔力分布及大小的比較(見圖11)。

表3 單樁抗拔承載力Tab.3 Uplift bearing capacity of single piles

圖10 單樁抗拔承載力試驗曲線Fig.10 Tensile strength test curve of single piles

圖11 抗拔系數(shù)比較Fig.11 Comparison of pullout coefficients

2 研究成果及分析

2.1 豎向承載樁側(cè)阻力與樁端阻力

PHB單樁承載力[1]為 PHC的 73%,，極限承載力狀態(tài)，PHC樁沉降量稍大于PHB樁。提取PHB與PHC樁[2]的樁側(cè)摩阻平均值數(shù)據(jù)，對比發(fā)現(xiàn)，在樁身上部 PHB樁側(cè)阻略大于PHC樁，而在樁下部位置小于PHC樁。PHB樁側(cè)摩阻明顯小于PHC樁，PHB樁端阻平均值大于PHC樁端阻平均值。PHC樁的抗壓極限承載力試驗結(jié)果[3]與理論計算較接近，而 PHB樁承載力較理論計算值低?？赡茉蚴牵鹤児?jié)處下端承力作用未得到想象的發(fā)揮；節(jié)距較大，樁側(cè)阻力沿側(cè)表面作用，總樁側(cè)阻力較小。

2.2 單樁抗拔承載力

PHB抗拔承載力為PHC的77.3%,，PHC樁抗拔系數(shù)λ為0.75，PHB樁抗拔系數(shù)λ為 0.88?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)給出的粉土地質(zhì)條件下抗拔系數(shù)λ取值范圍為0.70～0.80，基本與規(guī)范規(guī)定相符。

PHB樁的抗拔系數(shù)λ高于PHC樁，分析其原因可能是：變節(jié)處上部土體由于重力作用，其與樁體接觸較好，變節(jié)處端承型樁作用得到了發(fā)揮，增加了抗拔阻力?？箟簳r，樁節(jié)上部產(chǎn)生臨空面，樁側(cè)應(yīng)力發(fā)生松弛，不僅會使樁側(cè)阻力下降，還可能形成負摩阻力區(qū)域。

3 結(jié) 語

變徑節(jié)樁的單樁承載力小于同節(jié)徑相等的等直徑管樁，大于同直徑的預(yù)應(yīng)力管樁。樁側(cè)阻力方面，小節(jié)距變徑樁與等直徑預(yù)制樁、水泥土復(fù)合預(yù)應(yīng)力管樁差異不大。隨節(jié)距增加，變徑節(jié)樁側(cè)阻力逐漸減小。樁側(cè)形成圓柱形剪切面的條件需要進一步研究。變徑節(jié)樁 PHB單獨使用，用于復(fù)合地基及抗拔樁，可減少擠土效應(yīng)，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟效益(以本試驗為例，PHB樁與PHC樁相比，可節(jié)省混凝土材料約18%,減少擠土體積 12%左右)。變徑節(jié)樁(竹節(jié)樁)較高承載力的獲得取決于土層情況、節(jié)距、節(jié)徑、齒高等因數(shù)。使用時應(yīng)依靠試驗與應(yīng)用成果，因地制宜、循序漸進。用于水泥土芯樁(或勁芯)豎向抗壓，可充分發(fā)揮水泥土與土界面阻力，從而使小直徑、大節(jié)徑的PHB樁、竹節(jié)樁獲得較高的單樁承載力。 受到水泥土抗拉強度和變形量的限制，植入、中掘法水泥土PHB樁、竹節(jié)樁不宜用于豎向抗拔?！?/p>

［1］ 趙柏冬. 單樁承載力的測定及研究[J]. 遼寧工程技術(shù)大學學報，2002(2)：171-173.

［2］ 邵晶晶. 預(yù)應(yīng)力管樁單樁極限承載力動靜測試研究分析[J]. 山西建筑，2011(26)：96-97.

［3］ 蘇光前. 單樁豎向承載力的確定及其提高途徑[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2002(3)：6-7.

Study on Behaviors of Concrete Variable Section Piles

LIU Guochao，YAN Hongtao，HU Bo
(Tianjin Survey Institute，Tianjin 300222，China)

By means of numerical simulation and field test，work characters of variable section piles were analyzed to compare axial force，compression strength and anti-pulling capacity between variable diameter pile PHB and unidiameter piles. A conclusion was made that single pile bearing capacity of a variable section pile is less than that of a unidiameter pile with the same pitch diameter，and greater than that of a prestressed pipe with the same diameter. PHB pile can be used independently in composite foundation and uplift piles and is able to reduce the squeezing soil effect. It has certain technical and economic benefits，saving about 18%, concrete materials and reducing 12%, squeezing soil volume.

numerical simulation；variable section pile；PHB；compressive strength

TU473.1+6

A

1006-8945(2015)07-0037-03

2015-06-08