抗拔樁和抗壓樁靜載試驗(yàn)及結(jié)果分析

【摘要】隨著我國(guó)城市建設(shè)和施工技術(shù)的發(fā)展，各種高層建筑和大型地下工程迅猛發(fā)展，鑒于豎向承載和變形的要求，樁基礎(chǔ)成為工程上首選的深基礎(chǔ)形式。近年對(duì)于樁基礎(chǔ)中抗壓樁的受力性能已有較多研究，而抗拔樁的受力性能更多的是參考抗壓樁經(jīng)驗(yàn)，文中通過(guò)理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)試樁分別進(jìn)行單樁豎向抗壓與抗拔靜載試驗(yàn)，從而分析對(duì)比兩種樁型的受力情況及其差異性，得出了不同的荷載作用機(jī)理。成果可作設(shè)計(jì)施工參考。

【關(guān)鍵詞】抗壓樁；抗拔樁；載荷試驗(yàn)；受力性狀；異同性

建筑物基礎(chǔ)中采用的抗拔樁和抗壓樁雖然荷載傳遞過(guò)程相似，但荷載的作用方向則相反，抗壓樁指向巖土體，抗拔樁背離巖土體，這就使得抗拔樁與抗壓樁在承載力構(gòu)成、參數(shù)取值和破壞性質(zhì)等方面均存在差異。相對(duì)于抗壓樁，抗拔樁的研究尚不夠深入。迄今為止，抗拔樁設(shè)計(jì)方法仍處于借鑒抗壓樁設(shè)計(jì)方法階段，即引入一個(gè)經(jīng)驗(yàn)抗拔系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得抗拔樁的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐。因此，研究抗壓樁和抗拔樁的受力性狀是十分重要的，剖析二者存在的差異性，才能更好地指導(dǎo)樁基設(shè)計(jì)和施工。

1、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

單樁豎向靜載試驗(yàn)是指將豎向荷載均勻的傳至建筑物基樁上，通過(guò)實(shí)測(cè)單樁在不同荷載作用下的樁頂沉降，得到靜載試驗(yàn)的曲線或等曲線，然后根據(jù)曲線推求單樁豎向抗壓承載力特征值等參數(shù)。目前，絕大多數(shù)靜載試驗(yàn)是為工程驗(yàn)收提供依據(jù)，大多數(shù)為工程驗(yàn)收提供依據(jù)的靜載試驗(yàn)，可按設(shè)計(jì)要求確定最大加載量，不進(jìn)行破壞試驗(yàn)，即加載至預(yù)定最大試驗(yàn)荷載后終止加載。

目前大多數(shù)試驗(yàn)采用壓重平臺(tái)反力裝置，將大于最大試驗(yàn)荷載的荷重在試驗(yàn)開(kāi)始前一次性加上平臺(tái)，試驗(yàn)時(shí)采用油壓千斤頂分級(jí)加載，堆載則采用混凝土塊作荷重，壓重宜在檢測(cè)前一次加足，并均勻穩(wěn)固地放置于平臺(tái)上，如圖 1 所示。

試驗(yàn)加載采用慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后施加下一級(jí)荷載，直至達(dá)到最大試驗(yàn)荷載，然后分級(jí)卸載至零，若樁身破壞則試驗(yàn)結(jié)束。

2、單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，最大試驗(yàn)荷載3000kN，場(chǎng)地地基承載力較小，不滿足反力條件，故需要在試驗(yàn)樁兩側(cè)各補(bǔ)1根反力樁，試驗(yàn)前需要進(jìn)行主梁的剛度計(jì)算，確保滿足最大試驗(yàn)荷載要求，加載方式為慢速法。

3、結(jié)果分析方法研究

在抗壓與抗拔試驗(yàn)各級(jí)荷載作用下，各試樁樁身不同深度的相鄰截面的摩阻力按下式計(jì)算：

式中：為第與傳感器對(duì)應(yīng)樁的側(cè)表面積；為樁身外徑；為第傳感器的高度；、分別為 第傳感器和下端的樁身軸力值。結(jié)合樁身傳感器布設(shè)位置及與土層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得抗壓、抗拔試樁的土層摩阻力-荷載等級(jí)變化曲線。

靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，各試樁單樁抗壓、抗拔承載力極限值均滿足設(shè)計(jì)要求。由內(nèi)力測(cè)試結(jié)果分析可知，單樁豎向抗壓與抗拔的受力性狀是有差異的，對(duì)應(yīng)各土層的抗拔側(cè)摩阻力的發(fā)揮遠(yuǎn)小于抗壓樁，通過(guò)抗拔樁承載力水平方向應(yīng)力及樁周土的剪脹性兩方面分析二者差異性的影響因素，有樁土的泊松比、樁周土的摩擦角等、樁身尺寸。

由于抗拔樁與抗壓樁共同作用是一個(gè)極為復(fù)雜的問(wèn)題，本文通過(guò)建立的抗壓樁與抗拔樁共同作用分析模型，對(duì)豎向受荷抗拔樁、抗壓樁共同作用進(jìn)行了理論研究。本文通過(guò)理論分析和對(duì)抗拔樁與抗壓樁的試驗(yàn)，再通過(guò)進(jìn)一步抗壓、抗拔內(nèi)力測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析，可知抗拔樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮遠(yuǎn)小于抗壓樁，影響其差異性的因素有樁土的泊松比、樁周土的摩擦角等、樁身尺寸等。

綜合上述分析，對(duì)抗拔抗壓樁受力性狀的差異性總結(jié)歸納如下：

（1）相同點(diǎn)：在小荷載作用下，①抗拔樁和抗壓樁的曲線均呈緩變型；②軸力變化集中在樁身上部，其沿深度的變化相似；③側(cè)阻的發(fā)揮均 為異步的過(guò)程.

（2）不同點(diǎn)：在大荷載作用下，①抗壓樁的曲線變化比抗拔樁明顯；②抗拔樁樁身下部軸力的變化比抗壓樁的大很多，同時(shí)抗壓樁端部軸力較大，表現(xiàn)為摩擦端承樁，而抗拔樁端部軸力趨于0，為純摩擦樁；③抗壓樁側(cè)阻沿深度逐漸變大（軟弱土層除外），而抗拔樁側(cè)阻表現(xiàn)為“兩頭小，中間大”，還有抗壓樁端部側(cè)阻增加很快，而抗拔樁側(cè)阻在達(dá)到一定值后，只出現(xiàn)很小增幅；④抗拔樁與抗壓樁的側(cè)阻極限值不同 ， 其比值在 0.8 ～ 0.85 之間變化 （樁端處除外），在具體設(shè)計(jì)時(shí)值應(yīng)按實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)得出。（3）由于樁周土應(yīng)力狀態(tài)的不同和端阻發(fā)揮的影響，使得抗拔樁和抗壓樁側(cè)阻發(fā)揮機(jī)理不同，從而它們的受力性狀產(chǎn)生差異?？箟簶抖瞬總?cè)阻發(fā)生增強(qiáng)效應(yīng)，而抗拔樁端部側(cè)阻出現(xiàn)退化效應(yīng)。

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