基樁自平衡法與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)荷載傳遞機(jī)理區(qū)別的研究

胡 倫

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008)

0 引言

基樁自平衡法最早是由日本學(xué)者Nakayama0在1969年提出，直到80年代才由美國J.0sterberg教授推廣開來，應(yīng)用在總多重大工程項(xiàng)目中。史佩棟教授0等在90年代將基樁自平衡法引進(jìn)并推廣，同時(shí)做了大量的土工試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行研究。

樁基礎(chǔ)具有隱蔽性，在樁基礎(chǔ)的施工過程中容易受到地質(zhì)環(huán)境中各種不可預(yù)測因素的影響而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)承載力不足。傳統(tǒng)的堆載法和錨樁法常常受到現(xiàn)場環(huán)境和技術(shù)的限制，試驗(yàn)荷載越高相應(yīng)的試驗(yàn)難度也就越大，故傳統(tǒng)的堆載法和錨樁法的試驗(yàn)荷載值受到限制，一般不超過50MN。而基樁自平衡法是一種在樁身內(nèi)部預(yù)先埋置荷載箱，通過荷載箱對(duì)樁體施加反作用力的載荷試驗(yàn)方法。具有試驗(yàn)方便簡單、經(jīng)濟(jì)省力、快速省時(shí)、適用于各類型樁和不受場地條件限制等優(yōu)點(diǎn)。目前，基樁自平衡法缺乏與傳統(tǒng)堆載法和錨樁法的對(duì)比研究。本文通過對(duì)基樁自平衡法和傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法荷載傳遞傳遞機(jī)理分別進(jìn)行研究，得出了這三種基樁載荷試驗(yàn)的荷載傳遞機(jī)理的特點(diǎn)和區(qū)別

1 基樁受力性狀

1.1 抗壓樁受力性狀

抗壓樁的承載力主要是由基樁的樁端阻力和基樁的樁側(cè)摩阻力構(gòu)成。在不同類型的土壤中，抗壓樁樁側(cè)阻力分布情況各不相同，在沙土中為均勻分布，在黏土中則為拋物線型。在進(jìn)行堆載法荷載試驗(yàn)時(shí)，基樁受到荷載作用樁上部的側(cè)阻力最開始產(chǎn)生，隨著外部作用力的逐漸增加，基樁從上到下的樁側(cè)阻力也漸漸產(chǎn)生。在此期間，樁端阻力也在慢慢增加。樁身所收到的外部荷載除了由樁側(cè)阻力承擔(dān)外，樁端部摩阻力也發(fā)揮著作用。基樁的樁側(cè)摩阻力受到樁身與巖土體截面、樁身幾何尺寸和樁周巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)影響而變得較為復(fù)雜。樁側(cè)阻力會(huì)隨著樁周巖土體抗剪強(qiáng)度、樁與土體接觸界面上擦力和樁身尺寸的增大而增強(qiáng)?；鶚堵裆畹脑酱?，樁身上某一位置處的樁側(cè)摩阻力是逐漸減小的，但是在樁端處的樁側(cè)摩阻力卻會(huì)相反的出現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)象，兩者之間的減弱與增強(qiáng)沒有一定的線性關(guān)系，這使得樁側(cè)摩阻力的變化較為復(fù)雜。

1.2 受拔樁受力性狀

在高層建筑及一些特殊的建筑中，基樁因受到地震和浮力等因素的影響會(huì)受到拉拔力，故將這些基樁稱為受拔樁。

圖1 抗壓樁受力圖

圖2 受拔樁受力圖

受拔樁受到的外部荷載由只由樁側(cè)阻力承擔(dān)，同時(shí)樁身的自重會(huì)抵消掉一部分的外部荷載作用。基樁在外部拉拔力的作用下會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于土體的向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，而樁身與樁周巖土體接觸面上的樁側(cè)阻力會(huì)阻礙這樣的運(yùn)動(dòng)趨勢?；鶚稑秱?cè)摩阻力隨著外部拉拔力的增大會(huì)自上而下逐步發(fā)揮作用。當(dāng)基樁在外部拉拔力的作用下產(chǎn)生位移時(shí)，樁側(cè)的巖土體會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，樁身與樁周巖土體只剩下殘余的強(qiáng)度。

1.3 自平衡法基樁受力性狀

基樁自平衡法由于荷載箱的作用，將樁身分為上下兩個(gè)部分。下段樁身受荷載作用和抗壓樁一樣，在外部荷載壓力作用下產(chǎn)生樁端阻力和樁側(cè)摩阻力，只不過受到外部壓力是荷載箱的反作用力，這個(gè)反作用力是上段樁身的摩阻力；上段樁身和受拔樁一樣，但是荷載作用位置不同，在外部荷載作用下受拔樁的樁側(cè)摩阻力是由上至下而產(chǎn)生，但是自平衡法的荷載箱是在上段樁的下部，故其荷載是由下至上而產(chǎn)生0。

圖3 自平衡法基樁受力圖

2 荷載傳遞機(jī)理區(qū)別

2.1 受力狀態(tài)不同

受壓樁在外部荷載作用下，樁身變粗，樁側(cè)的巖土體受到擠壓，樁側(cè)巖土體變得密實(shí)，這樣會(huì)使得受壓樁在外力作用下其樁側(cè)阻力增大，基樁承載能力增強(qiáng)；而受拉樁正好相反，其樁身在外部拉拔力的作用下會(huì)被拉細(xì)，樁身與樁周巖土體的接觸變得松弛不緊密，這樣會(huì)使得樁側(cè)摩阻力減小，基樁的承載力變小。自平衡法與傳統(tǒng)的基樁承載力測試方法由于荷載作用的位置不一樣，其樁側(cè)摩阻力的分布也就不同。自平衡法上段樁的底部受壓，樁身變粗，樁周巖土體受擠壓使得樁側(cè)摩阻力較大，樁側(cè)摩阻力至下而上逐漸減小，其上端為負(fù)摩阻力。巖土體在原始狀態(tài)下，其應(yīng)力處在平衡狀態(tài)，傳統(tǒng)的基樁承載力試驗(yàn)時(shí)，樁側(cè)巖土體受力狀態(tài)發(fā)生改變，其垂直方向的主應(yīng)力增大，從而其平均應(yīng)力也在增大；自平衡法的上段樁身底部受壓，但是其上部任然松弛，在實(shí)驗(yàn)過程中，樁側(cè)巖土體垂直方向上的主應(yīng)力減小，平均應(yīng)力也隨之減小0。

2.2 破壞形式

在靜載試驗(yàn)時(shí)，抗壓樁在外部荷載作用下樁側(cè)阻力逐步發(fā)揮，當(dāng)樁側(cè)阻力增大到極限值時(shí)，樁端阻力也慢慢發(fā)揮作用，一直到樁端阻力超過巖土體的極限值時(shí)才破壞；受拔樁則只有樁側(cè)阻力來承擔(dān)外部荷載?；鶚蹲云胶夥虞d過程中破壞時(shí)，只能是上段樁身與樁周巖土體的剪切破壞，樁周巖土體被向上推擠而變得松散，樁周巖土體的強(qiáng)度降低，上段樁身受到的樁側(cè)阻力要比傳統(tǒng)的基樁試驗(yàn)要低。

3 結(jié)論

本文對(duì)受壓樁、受拔樁和自平衡法基樁的受力性狀進(jìn)行了分析，對(duì)自平衡法和傳統(tǒng)基樁承載力測試方法對(duì)比進(jìn)行研究，得出自平衡法基樁受力狀態(tài)與破壞形式與傳統(tǒng)的基樁承載力試驗(yàn)的區(qū)別。

參考文獻(xiàn)(References)

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