廊道跨湖工程樁基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值取值研究

王端宏 祁鋒 范平易 曹宏生 錢(qián)偉

摘 要：在樁基水平承載力和位移計(jì)算中，地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值的準(zhǔn)確性直接影響到計(jì)算結(jié)果的可靠性，不同類(lèi)別地基土的m值取值范圍存在很大差別，在工程應(yīng)用中對(duì)m值計(jì)算方法的研究具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文提出一種通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水平靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)率定地基土m值的方法，以安徽省某廊道跨湖工程地質(zhì)及樁基為例，根據(jù)規(guī)范選取各地基土層m值，并結(jié)合工程試驗(yàn)樁的水平靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)各土層的m值進(jìn)行試算，最終率定出各土層m值。應(yīng)用表明，該方法可以較為準(zhǔn)確率定出工程現(xiàn)場(chǎng)地基土m值。

關(guān)鍵詞：樁基水平承載力;m值;水平靜載荷試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U441.2 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）08-0148-03

工程中的樁基大部分以承受豎向荷載為主，但橋梁工程、碼頭工程、風(fēng)電工程中的樁基會(huì)受到風(fēng)荷載、地震荷載、機(jī)械振動(dòng)荷載等水平荷載的作用，除了需滿(mǎn)足樁基的豎向承載力外，還需要對(duì)樁基的水平承載力和位移進(jìn)行驗(yàn)算。樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值是設(shè)計(jì)樁基水平承載力、計(jì)算變形時(shí)用到的重要參數(shù)。樁基工程設(shè)計(jì)中，不同種類(lèi)和性質(zhì)的地基土的m值存在很大的離散性，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）[1]也是按照地基土類(lèi)別給出m值的區(qū)間值，因此m值取值的合理性直接影響樁基水平承載力和位移計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前很多學(xué)者及工程技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了大量的探討研究[2-4]，但在工程設(shè)計(jì)中并沒(méi)有統(tǒng)一的取值方法。

本文根據(jù)樁基工程現(xiàn)場(chǎng)單樁水平靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)[5]，通過(guò)反復(fù)試算比較，計(jì)算出各土層的m值，按彈性地基反力法計(jì)算出樁頂位移，并與單樁水平靜載荷試驗(yàn)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證該計(jì)算結(jié)果的的準(zhǔn)確性和可靠性。

1工程概述

安徽省某廊道跨湖段排架號(hào)從M0排架起至M97排架，全長(zhǎng)為1781.91m。每榀排架由2根Φ800mmδ16mm鋼管樁組成，鋼管樁之間采用Φ600mmδ10mm鋼聯(lián)撐連接。

本區(qū)地貌單元分屬沿江丘陵平原和皖南山地兩大地貌單元，以粘土、風(fēng)化巖為主，工程地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。本工程對(duì)M0-N3、M0-N4兩個(gè)工程樁及六根試驗(yàn)樁進(jìn)行了水平靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)樁基信息見(jiàn)表1，試驗(yàn)樁位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

2單樁水平靜載荷試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用千斤頂施加水平力。在千斤頂與試樁接觸處安置一球形鉸座，以保證千斤頂作用力能水平通過(guò)樁身軸線。樁的水平位移采用大量程百分表測(cè)量，在水平力作用水平面對(duì)稱(chēng)安裝兩支百分表;固定百分表的基準(zhǔn)樁打設(shè)在試樁側(cè)面靠位移的反方向。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2。

2.2試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)采用單向單循環(huán)加載法，試驗(yàn)加卸載方式和水平位移量應(yīng)符合下列規(guī)定：試驗(yàn)以35kN分10級(jí)加載，每級(jí)加載值為3.5kN，每級(jí)卸載可為分級(jí)荷載的2倍。單向單循環(huán)加載時(shí)，每級(jí)荷載應(yīng)維持20min，卸載時(shí)應(yīng)維持l0min，每隔5min應(yīng)測(cè)讀一次。全部卸載后應(yīng)每隔10min測(cè)讀一次，測(cè)讀30min。

試驗(yàn)通過(guò)置于試樁與反力樁之間的臥式千斤頂，對(duì)試樁分級(jí)施加水平推力，在水平力作用平面的受檢兩側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝2只50mm量程百分表進(jìn)行試樁水平位移觀測(cè)。

2.3試驗(yàn)成果分析

水平靜載荷試驗(yàn)時(shí)，水平力施加位置距樁頂150mm，位移計(jì)位置為樁頂位置，測(cè)出的水平位移即為樁頂水平位移。根據(jù)試驗(yàn)成果，進(jìn)行地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值的分析計(jì)算。

3彈性地基反力法理論

目前，樁基水平承載力計(jì)算方法主要為極限地基反力法、彈性地基反力法、復(fù)合地基反力法。我國(guó)工程界使用最多的是彈性地基反力法，該方法是應(yīng)用E.文克勒（Winker，1867）地基模型，通過(guò)求解梁的撓曲微分方程來(lái)計(jì)算樁身彎矩、剪力以及水平承載力。

4 m值計(jì)算方法

4.1計(jì)算方法

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）[1]中表5.7.5初定各土層的m值，按彈性地基反力法計(jì)算出樁在地面處的水平位移x0，與現(xiàn)場(chǎng)單樁水平靜載荷試驗(yàn)測(cè)得的x0進(jìn)行比較，若兩者差別較大，重新選取規(guī)范推薦范圍內(nèi)m進(jìn)行試算，多次重復(fù)，直至計(jì)算出的x0與實(shí)測(cè)值之間的誤差在可接受范圍內(nèi)，由此率定出各土層的m值。

4.2計(jì)算參數(shù)與結(jié)果

利用兩根工程樁（M0-N3、M0-N4）及六根試驗(yàn)樁（S1-1、S1-2、S2-1、S-2、S3-1、S3-2）的水平靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)樁基計(jì)算參數(shù)（表3），運(yùn)用彈性地基反力法進(jìn)行m值試算，最終率定出各土層的m值如表4所示。

根據(jù)率定的m值對(duì)上述八根樁的水平位移采用理論方法進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)單樁水平靜載荷試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如表5所示。

4.3計(jì)算結(jié)果分析

由表5可知，采用率定的m值計(jì)算得到的水平位移結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較接近，且計(jì)算結(jié)果大部分較試驗(yàn)結(jié)果大，這是因?yàn)槁识ǖ膍值均低于或等于規(guī)范推薦的各類(lèi)地基土m值的下限。采用本文方法率定的m值計(jì)算樁身水平位移，結(jié)果較為可靠，可以推廣到實(shí)際工程中。

5結(jié)語(yǔ)

本文基于實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)單樁水平靜載荷試驗(yàn)，提出了一種確定地基土m值的計(jì)算方法，主要過(guò)程如下：

（1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁水平靜載荷試驗(yàn)，模擬樁基橫向加載過(guò)程，獲得樁頂位移-變形數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)樁頂位移-變形數(shù)據(jù)，結(jié)合規(guī)范推薦的地基土m值，經(jīng)反復(fù)試算率定出各土層的m值，據(jù)此計(jì)算出各根樁的樁頂位移值。

（3）將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明采用本文方法確定的地基土m值能夠保證樁基水平位移計(jì)算結(jié)果的可靠性，可以推廣應(yīng)用到相關(guān)工程中。

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