地鐵抗拔樁承載機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究

孫 祥 郭 忠 孫 鑫 程博遠(yuǎn) 王海航

（石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院 河北石家莊 050043）

目前，抗拔樁的設(shè)計(jì)依據(jù)多為抗壓樁理論，設(shè)計(jì)出來的抗拔樁存在樁徑過大、施工難度大、材料浪費(fèi)嚴(yán)重、承載機(jī)理不明確等問題。因此，本課題要通過室內(nèi)試驗(yàn)研究的方法，對(duì)抗拔樁承載與破壞機(jī)理進(jìn)項(xiàng)研究，找出影響抗拔樁承載機(jī)理和破壞機(jī)理的因素。為抗拔樁的風(fēng)險(xiǎn)控制、建筑結(jié)構(gòu)抗浮等提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)裝置介紹

本試驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)裝置是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效方便、能夠精確的測(cè)力和位移的實(shí)驗(yàn)裝置，它可以研究樁-土界面特性、土壓力、樁徑比和土層水位對(duì)抗拔樁承載力極限的影響規(guī)律。它由實(shí)驗(yàn)箱體、基坑與樁基系統(tǒng)、應(yīng)力加載系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)四部分組成。

2 實(shí)驗(yàn)箱體介紹

實(shí)驗(yàn)箱體是由玻璃圍腔、水位顯示管、水位顯示管閥門、牛腿、土壓力盒和出土槽口六部分組成。玻璃圍腔底部是1500mm×1500mm正方形，高1200mm，由塑鋼玻璃制成，具有封閉性，防止水滲出。玻璃圍腔透明，易于觀察玻璃圍腔內(nèi)部實(shí)驗(yàn)變化，實(shí)驗(yàn)時(shí)裝滿實(shí)驗(yàn)土層。在玻璃圍腔底座下面四角處分別有一個(gè)牛腿以便于將玻璃圍腔抬高，便于整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的移動(dòng)。水位顯示管布置于一面塑鋼玻璃邊緣處，水位顯示管可以顯示玻璃圍腔內(nèi)部水壓。通過上下兩個(gè)水位顯示管閥門與玻璃圍腔內(nèi)部相連，兩個(gè)水位顯示管閥門與玻璃圍腔接口處有反濾層，防止沙土進(jìn)入水位顯示管，土壓力盒布置于玻璃圍腔四周，用于監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部實(shí)驗(yàn)土層的土壓力。玻璃圍腔一側(cè)底部有出土槽口，實(shí)驗(yàn)室用塑鋼玻璃密封，實(shí)驗(yàn)完畢，用于清理實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)部實(shí)驗(yàn)土層。

3 基坑與樁基系統(tǒng)介紹

基坑與樁基系統(tǒng)是由土壓容器、百分表、螺栓、樁基。樁基埋置于實(shí)驗(yàn)土層中，上部通過螺栓與土壓容器相連。樁基的長(zhǎng)度分為10cm、20cm、30cm。三種模型樁，第一種模型樁表面為光滑鋼樁表面；第二種模型樁表面壓出縱向及橫向溝槽；第三種模型樁表面粘貼最大砂粒粒徑為0.25mm的砂紙土。土壓容器由鋼材制成，具有一定剛度。土壓容器填滿土，然后分級(jí)開挖，用以控制樁基上部靜載。土壓力容器上部留有小口，便于與應(yīng)力加載系統(tǒng)相連。四個(gè)百分表分別安裝在土壓容器上部四角處，用于顯示整個(gè)基坑與樁基系統(tǒng)的位移變化。

4 應(yīng)力加載系統(tǒng)介紹

應(yīng)力加載系統(tǒng)。它由鋼支撐架、滑輪、鋼絲繩、和沙袋組成。應(yīng)力加掛鉤用于放置實(shí)驗(yàn)法碼。鋼支撐架有四根垂直鋼支撐架、兩根橫向鋼支撐架、兩根豎向鋼支撐架組成。鋼支撐架通過焊接的方式連接在一起，以維持整個(gè)裝置的穩(wěn)定性。鋼絲繩的一端與基坑與樁基系統(tǒng)相連。鋼絲繩的另一端連接應(yīng)力加載盤，整根繩索放置于橫向鋼支撐架的兩個(gè)滑輪上。橫向鋼支撐架上分別焊接一個(gè)滑輪，應(yīng)力加載系統(tǒng)中的繩索可以通過上部鋼支撐架上的滑輪連接基坑與樁基系統(tǒng)。

5 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本試驗(yàn)的其目的是通過實(shí)驗(yàn)的方法找到不同的環(huán)境、不同的樁型及不同的荷載作用下抗拔樁的極限承載力。在研究中所控制的影響因素有樁徑比（10/5、20/5、30/5）；表面特性（光滑、螺紋、砂紙）；土壓力（松散300kPa、輕夯 500kPa、重夯 700kPa）；土層水位（10cm、95cm、120cm）。通過實(shí)驗(yàn)得出能夠指導(dǎo)實(shí)際工程的可靠結(jié)論，為地鐵抗拔樁提供風(fēng)險(xiǎn)控制的理論依據(jù)。

6 結(jié)果分析

①在表面特性、土壓力、水位相同的條件下，增大樁徑比可以明顯的提高抗拔樁的承載力，原因是增大樁徑比實(shí)則增大了土截面的摩擦接觸面，提高了抗拔承載力。②在表面特性、土壓力、水位相同的條件下，相同的荷載，樁徑比越大，樁身應(yīng)變?cè)酱螅蚴窍嗤臉渡響?yīng)變，樁徑比越大，樁-土截面越大，摩擦力越大，抵抗上拔荷載越大，最終導(dǎo)致樁身應(yīng)變?cè)龃?。③在樁徑比、表面特性、土壓力相同的條件下，水位對(duì)抗拔樁也有著顯著的影響，隨水位增大，抗拔性明顯減小，原因是水位的加大減小了樁-土截面的靜摩擦系數(shù)，在相同的表面特性情況下，水位越小摩阻力大，抗拔性能好。④上拔試驗(yàn)中，在水位高為120cm時(shí)，隨著開挖土量的增加，土壓容器便慢慢上浮，當(dāng)土層開挖完畢，土壓容器基本浮出表面，在進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)候，荷載未達(dá)到1kg抗拔樁便已經(jīng)破壞，是要去其抗拔性。

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