鉚釘樁承載力的模型試驗(yàn)研究

侯立國 賈智萍 劉明泉

(1.唐山市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，河北 唐山 063000； 2.唐山學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 唐山 063000)

?

鉚釘樁承載力的模型試驗(yàn)研究

侯立國1賈智萍 劉明泉2*

(1.唐山市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，河北 唐山 063000； 2.唐山學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 唐山 063000)

采用自行設(shè)計(jì)的室內(nèi)模型試驗(yàn)的方法，進(jìn)行了土體、單樁和鉚釘樁的承載力測定，通過對所得9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，發(fā)現(xiàn)鉚釘樁的承載力高于單樁，但其樁身的承載力不能充分發(fā)揮，并得出了鉚釘樁承載力與普通樁承載力之間的計(jì)算公式。

鉚釘樁，承載力，模型試驗(yàn)，復(fù)合地基

0 引言

鉚釘樁是一種新型的剛性樁復(fù)合地基處理技術(shù)，它是以普通混凝土管樁代替現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁或預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，能夠控制樁帽尺寸，將普通混凝土管樁作為增強(qiáng)體，具有提高復(fù)合地基承載力、減少沉降量的特點(diǎn)，同時(shí)又利用土工格柵及墊層與樁帽之間的整體作用，將上部的荷載均勻分布于復(fù)合地基上，充分發(fā)揮了樁間土的荷載分擔(dān)比。不僅可以降低成本，同時(shí)具有加工容易、成本低廉、施工方便、適用范圍廣泛的特點(diǎn)[1-4]。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

鉚釘樁目前僅依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工，國內(nèi)與之相關(guān)的工程、資料和文獻(xiàn)較少，缺少必要的理論依據(jù)。本次模型試驗(yàn)的主要目的是探究在豎向荷載作用下普通樁、鉚釘樁承載力的差異，通過繪制兩種類型的單樁在豎向荷載作用下的荷載—沉降曲線，建立鉚釘樁承載力的理論計(jì)算公式。

2 試驗(yàn)儀器

本次試驗(yàn)在長方形試驗(yàn)砂箱內(nèi)完成，箱體尺寸為1.2 m(長)×1 m(寬)×1.2 m(高)。左右兩側(cè)和底面材料為3 mm厚的鋼板，前后兩側(cè)為有亞克力板。所需的儀器主要有自制亞克力管樁、千斤頂、百分表、壓力傳感器(0.5 t和2 t)、自制反力架、自制壓桿，傳力螺桿、5 mm厚的鐵環(huán)，直徑為10 cm，厚為5 mm的圓鐵塊3個(gè)，加載鐵塊等，如圖1～圖4所示。

3 試驗(yàn)方法

模型試驗(yàn)在豎向荷載作用下的試驗(yàn)分為三組，分別為土體的載荷試驗(yàn)、普通管樁的載荷試驗(yàn)和鉚釘樁的載荷試驗(yàn)。

1)填土。本次試驗(yàn)在長方形試驗(yàn)箱內(nèi)完成，箱體尺寸為1.2 m(長)×1 m(寬)×1.2 m(高)。左右兩側(cè)和底面材料為3 mm厚的鋼板，前后兩側(cè)為亞克力板。試驗(yàn)箱里面的砂土(為吹填土)分層填筑，先虛鋪30 cm厚，然后用夯錘夯至20 cm厚，逐次填筑，填筑厚度不小于90 cm,如圖5所示。

2)沉樁過程。沉樁過程實(shí)驗(yàn)加載裝置采用自制螺桿，配以反力架以人工勻速旋轉(zhuǎn)施加樁頂荷載。樁的入土速度控制在1 cm/10 s，考慮到螺桿旋轉(zhuǎn)可能產(chǎn)生的扭矩，故在螺桿和樁頂?shù)慕佑|面上安裝了軸承，以消除不必要的扭矩，如圖5所示。將有亞克力管全部壓入到砂的表面待壓力傳感器傳出的讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)記下數(shù)值，作為后續(xù)試驗(yàn)的分級參考數(shù)據(jù)，如圖6所示。

3)土的靜載荷試驗(yàn)。土的靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行3點(diǎn)，分10級～12級加載，載荷板采用直徑10 cm的金屬板，如圖7所示。將試驗(yàn)點(diǎn)表面清理平整后，放上載荷板，板上放置壓力傳感器，壓力傳感器與測讀儀相連，以便控制施加的荷載。壓力傳感器上面放置轉(zhuǎn)動軸承，軸承與螺桿相連，通過轉(zhuǎn)動螺桿施加向下的荷載。同時(shí)在傳感器頂面處對稱設(shè)置兩個(gè)百分表，用于沉降監(jiān)測。儀器的安放要注意盡量避免偏心，以免造成誤差過大。試驗(yàn)情況如圖8所示。根據(jù)前期查閱相關(guān)文獻(xiàn)，當(dāng)總沉降量超過40 mm時(shí)，可終止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，載荷板下土體下沉嚴(yán)重，周圍土體隆起，并出現(xiàn)若干條裂縫，如圖9所示。

4)單樁的靜載荷試驗(yàn)。單樁的靜載荷試驗(yàn)過程與土體的基本一致，主要區(qū)別是單樁的靜載荷試驗(yàn)不采用載荷板，而是采用一段10 cm左右的與樁身材料相同的樁管，試驗(yàn)情況如圖10所示。

5)鉚釘樁的靜載荷試驗(yàn)。鉚釘樁的靜載荷試驗(yàn)考慮到壓力值可能會比較大，所以卸下特制螺桿換上了杠桿，利用千斤頂施加壓力，如圖11所示。分級施加，記錄百分表的讀數(shù)，當(dāng)總沉降量超過40 mm時(shí)，可終止試驗(yàn)，試驗(yàn)后情況如圖12所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的荷載—沉降曲線,如圖13～圖15所示。

5 結(jié)語

通過繪制以上9條荷載—沉降曲線，我們可以發(fā)現(xiàn)，無論是土體、單樁還是鉚釘樁，其沉降曲線都有明顯的直線段存在，這是砂土的典型特點(diǎn)，與實(shí)際情況相一致。因此我們根據(jù)荷載—沉降曲線直線段終點(diǎn)的位置可以確定出以上9條曲線的承載力，取均值后列于表1。

表1 承載力均值

模型123均值土體305.7394.9407.6369.4kPa單樁1900150016001667N鉚釘樁4000310030003367N

在進(jìn)行鉚釘樁載荷試驗(yàn)時(shí)，載荷板為直徑0.1 m的圓形鐵板，其截面面積為78.5 mm2，因此土與樁的承載力之和為369.4×1 000×0.007 85+1 667=2 899.8+1 667=4 566.8 N，大于單根鉚釘樁3 367 N的承載力。

原因分析：土基本不變，樁承載力降低，未充分發(fā)揮，土體由于樁帽下荷載的作用，產(chǎn)生沉降，使樁土相對位移減小，摩阻力發(fā)揮不充分，導(dǎo)致樁身承載力有所下降。

考慮樁身承載力發(fā)揮系數(shù)β=2 899.8/3 367=0.86，鉚釘樁承載力計(jì)算公式如下：

R=fas·As+β·Rp。

其中，R為鉚釘樁承載力，kN；fas為樁帽下土體承載力，kPa；As為樁帽下土體面積，m2；β為樁身承載力發(fā)揮系數(shù)，本次試驗(yàn)可取0.86；Rp為樁身承載力，kN。

[1] 龔曉南.復(fù)合地基[M].杭州:浙江大學(xué)出版社，1992.

[2] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB/T 50783—2012，復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 劉春原,母煥勝.軟土路基剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用及新進(jìn)展[M].北京：人民交通出版社，2013.

The model test research on the bearing capacity of rivets piles

Hou Liguo1Jia Zhiping Liu Mingquan2*

(1.TangshanConstructionEngineeringQualitySupervisionandInspectionStation,Tangshan063000,China;2.CivilEngineeringCollege,TangshanCollege,Tangshan063000,China)

Made the capacity determination to soil, single pile and rivets pile using the indoor model test method designed by ourselves, through the process and analysis on 9 groups of test data, found that the bearing capacity of rivets pile higher than single pile, but its bearing capacity of pile body could not fully play, and gained the calculation formula of rivets pile bearing capacity and common pile bearing capacity.

rivets pile, bearing capacity, model test, composite foundation

1009-6825(2017)17-0063-03

2017-03-28

侯立國(1974- )，男，高級工程師； 賈智萍，女,助理工程師，身份證號碼：130224199106033022

劉明泉(1975- )，男，副教授

TU473.1

A