樁墻錨組合基礎(chǔ)水平承載性能模型試驗(yàn)研究

魏煥衛(wèi)張興麗王震劉丞

(1.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東綠城景豐房地產(chǎn)建設(shè)管理有限公司，山東 濟(jì)南 250100；3.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250102)

0 引言

隨著工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，水平荷載起主導(dǎo)作用的工程建設(shè)問題越來越多，如臨海建(構(gòu))筑物需要承受風(fēng)荷載作用，海上各種建筑平臺(tái)需要考慮波浪沖擊的影響等。越來越多的建筑物在建造或使用過程中受水平荷載的影響，因此在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中要提高其水平承載能力，如果對水平荷載的影響考慮不全面往往會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。

目前，對于水平承載組合基礎(chǔ)的研究較少，大部分成果都是針對樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)等單一的基礎(chǔ)形式。地下連續(xù)墻技術(shù)最初僅作為施工時(shí)承受水平荷載的擋土墻或防滲墻，直到1979年，日本將地下連續(xù)墻閉合式剛性基礎(chǔ)應(yīng)用到了高架橋的建設(shè)[1]，繼而開展了大量的試驗(yàn)以研究其承載特性和機(jī)理。對于水平受荷樁的研究，胡鎧等[2]分別對開、閉口樁進(jìn)行了單調(diào)和循環(huán)承載特性的室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了樁徑、長徑比、土體相對密度等參數(shù)對樁基承載力的影響。明敏[3]基于p-y理論進(jìn)行程序計(jì)算，并結(jié)合數(shù)值模擬，分析了海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)的水平承載力影響參數(shù)的不確定性。近年來，研究人員開始了對水平受荷斜樁、階梯形變截面樁等[4－6]復(fù)雜樁基的研究。對于地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的研究，海野隆哉等[7]在飯坂街道高架橋進(jìn)行了7、8號墩基礎(chǔ)水平載荷試驗(yàn)，結(jié)果表明閉合型地下連續(xù)墻作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了其剛度大、整體性好的特性，其水平承載力較好。我國東南大學(xué)、西南交通大學(xué)等[8－10]選用自平衡法對矩形閉合墻基礎(chǔ)開展了現(xiàn)場試驗(yàn)，研究了地下連續(xù)墻的水平和豎向承載特性以及荷載傳遞法。

隨著研究的深入，樁基與地下墻基礎(chǔ)組合形成了一系列復(fù)合基礎(chǔ)。魏煥衛(wèi)等[11]、劉聰?shù)萚12]、李瑜等[13]和陳逸飛[14]提出了樁－地下墻組合基礎(chǔ)，并對其影響因素等進(jìn)行了相關(guān)研究。在此基礎(chǔ)上，文章提出了一種新型的樁－地下墻－錨桿組合基礎(chǔ)(樁墻錨組合基礎(chǔ))，基礎(chǔ)的上部為地下墻和錨桿的結(jié)合，水平剛度較大；下部為樁基礎(chǔ)，既節(jié)省材料也保證了整個(gè)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。通過室內(nèi)模型試驗(yàn)分析了樁墻錨組合基礎(chǔ)的水平承載能力，并與樁－墻組合基礎(chǔ)進(jìn)行對比，為樁墻錨組合基礎(chǔ)在實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供參考。

1 室內(nèi)模型試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

室內(nèi)模型試驗(yàn)所用模型箱尺寸為1 100 mm×900 mm×1 200 mm(長×寬×高)如圖1(a)所示，模型箱所用材料如圖1(b)所示，其正面為鋼化玻璃，便于試驗(yàn)現(xiàn)象的觀測以及圖像的采集，其余3面為10 mm厚的鋼板，滿足剛度和強(qiáng)度的需求，以保證試驗(yàn)加載的順利進(jìn)行。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖鋱D

室內(nèi)模型試驗(yàn)通常分為定性和定量兩種，因?yàn)榇舜卧囼?yàn)主要通過模型判斷原型基礎(chǔ)的工作機(jī)理，不需要精確計(jì)算原型的受力情況，只需要觀察新型組合基礎(chǔ)的受力規(guī)律，因此選擇定性試驗(yàn)。為滿足試驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)了兩組試驗(yàn)并進(jìn)行對比，分別為樁墻錨組合基礎(chǔ)試驗(yàn)(方案1)和樁－墻組合基礎(chǔ)試驗(yàn)(方案2)，兩組試驗(yàn)的具體尺寸設(shè)置見表1。

表1 室內(nèi)模型試驗(yàn)方案對比表

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)旨在分析組合基礎(chǔ)的受力機(jī)理以及協(xié)調(diào)變形能力，因此經(jīng)過多次的試驗(yàn)選材預(yù)測試，最終選取厚度為7.7 mm的聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)板材模擬地下墻體，如圖2(a)所示。對于其彈性模量的測量，采用萬能試驗(yàn)機(jī)拉伸3個(gè)長為30 cm、寬為5 cm的板材，根據(jù)拉伸試驗(yàn)所得曲線計(jì)算板材的彈性模量為3.23 GPa。樁體選用直徑為25 mm、壁厚為3.5 mm的無規(guī)共聚聚丙烯(Polypropylene-Random，PPR)管材，如圖2(b)所示。錨桿材料選用直徑為15 mm、壁厚為1 mm的PVC管材，如圖2(c)所示。對于樁體和錨桿材料彈性模量的測量，采用懸掛重物的方式測得，按照測點(diǎn)布置將應(yīng)變片粘貼在試驗(yàn)材料上，在管材下端逐級懸掛砝碼并記錄應(yīng)變片數(shù)據(jù)。通過砝碼的重量和管材的截面尺寸求得相應(yīng)的應(yīng)力，并由應(yīng)力－應(yīng)變曲線確定模型樁的彈性模量為1.04 GPa、錨桿的彈性模量為4.44 GPa。

圖2 模型試驗(yàn)所選材料圖

試驗(yàn)所用土體選用福建廈門的標(biāo)準(zhǔn)砂。試驗(yàn)前通過對土體進(jìn)行顆粒級配試驗(yàn)，得到其不均勻系數(shù)為5.47、曲率系數(shù)為0.66；通過常規(guī)直剪試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)，得到土體的內(nèi)摩擦角為40°，黏聚力為0。

1.3 位移、應(yīng)變及土壓力測量

樁、地下墻應(yīng)變測點(diǎn)的布置處于同一豎直線上，如圖3(a)所示。由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置沿錨桿中線為對稱結(jié)構(gòu)，因此樁體上的應(yīng)變只需測量中間樁Z2、Z5，以及邊側(cè)樁Z1、Z6即可，地下墻體上應(yīng)變的測量對應(yīng)于樁上測點(diǎn)，前后墻各布置兩列。地下墻上每列應(yīng)變測點(diǎn)布置4個(gè)，第一排應(yīng)變片位于埋土面處，第二排應(yīng)變片位于埋土面下50 mm處，之后每隔100 mm布置一排應(yīng)變片。每根樁布置4個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，樁上第一排應(yīng)變片位于樁墻連接處50 mm，之后每隔150 mm布置一個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)。由于模型為對稱式結(jié)構(gòu)，且錨桿長度較短，過多的應(yīng)變測點(diǎn)所引出的數(shù)據(jù)線會(huì)干擾試驗(yàn)結(jié)果，因此將同一排錨桿A、B、C等3個(gè)測點(diǎn)布置在2根錨桿上，如圖3(b)所示，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，將3個(gè)測點(diǎn)等效為一根錨桿上的數(shù)據(jù)。

位移的監(jiān)測采用百分表，如圖3(b)所示，在組合基礎(chǔ)頂部的4個(gè)角點(diǎn)處分別架設(shè)百分表測量其豎向位移，在前后墻邊側(cè)對應(yīng)位置架設(shè)百分表測量基礎(chǔ)的水平位移。土壓力盒布置在錨桿位置往內(nèi)2 cm處，前后墻共布設(shè)8個(gè)土壓力盒，如圖3(a)所示。

圖3 模型試驗(yàn)應(yīng)變片測點(diǎn)布置示意圖

應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集均通過靜態(tài)應(yīng)變采集儀自動(dòng)記錄收集，百分表每隔15 min進(jìn)行一次人工讀數(shù)。樁體以及墻體的應(yīng)變主要用來監(jiān)測基礎(chǔ)的彎矩變化，因此數(shù)據(jù)接口的方式選用1/2橋連接。錨桿的應(yīng)變主要為測得其軸力的變化趨勢，因此錨桿數(shù)據(jù)接口采用雙1/4橋方式連接。

1.4 試驗(yàn)基本流程

(1)材料預(yù)處理及應(yīng)變片粘貼

地下墻、模型樁、錨桿材料按照試驗(yàn)方案尺寸進(jìn)行切割，將進(jìn)行基礎(chǔ)組合的孔洞預(yù)先鉆出來，并進(jìn)行組裝檢查；材料處理完成后用砂紙將材料表面雜質(zhì)打磨干凈，在地下墻、樁體以及錨桿上標(biāo)記好應(yīng)變測點(diǎn)位置，粘貼應(yīng)變片。

(2)模型組裝

按照試驗(yàn)方案的布置組裝地下墻體板材，如圖4(a)所示，兩兩之間用角鋼和螺絲固定，組合基礎(chǔ)上部的頂部暫時(shí)不安裝，但要用記號筆標(biāo)注出與各個(gè)墻體的方位；然后將地下墻與樁體組合，使用U形鋼和鐵絲進(jìn)行兩者的連接，連接長度為15 mm，如圖4(b)所示，連接過程中要時(shí)刻注意樁體的位置，防止不同的樁號安裝錯(cuò)誤。

圖4 樁墻錨組合基礎(chǔ)模型的組裝圖

(3)基礎(chǔ)模型的定位

受試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖浜徒M合基礎(chǔ)尺寸的限制，基礎(chǔ)模型布置在距兩側(cè)邊界25 cm、其距后側(cè)邊界35 cm的位置，同時(shí)考慮組合基礎(chǔ)和模型箱高度的影響，組合基礎(chǔ)外露10 cm。確定基本位置后，用木條在模型箱內(nèi)將組合基礎(chǔ)的位置架設(shè)起來，如圖5(a)所示，方便基礎(chǔ)定位，并保證土體填埋時(shí)組合基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

(4)錨桿的安設(shè)及土樣填裝

土體的填埋采用分層夯實(shí)的方式，在模型箱內(nèi)每隔20 cm高度做上記號，并將標(biāo)準(zhǔn)砂逐袋導(dǎo)入模型箱內(nèi)；當(dāng)高度略高于當(dāng)層的填筑高度時(shí)，開始進(jìn)行土體夯實(shí)，將其夯實(shí)到刻度線所在位置，以此類推，逐層進(jìn)行土體的填埋夯實(shí)。待土體裝填到錨桿標(biāo)高時(shí)，進(jìn)行底層錨桿的安裝，如圖5(b)所示；將錨桿放置到預(yù)先打好的孔洞中將其固定，再用紗布堵塞孔洞周邊的間隙，當(dāng)土體填埋到頂層錨桿位置時(shí)，再次進(jìn)行相同的錨桿安裝操作，當(dāng)土體填埋到預(yù)定標(biāo)高時(shí)，再安裝組合基礎(chǔ)頂板。

圖5 樁墻錨組合基礎(chǔ)模型的定位步驟圖

1.5 試驗(yàn)加載及終止條件

試驗(yàn)加載方式采用慢速維持加載法，逐級施加水平荷載(如圖6所示)。根據(jù)JGJ 106—2014?建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范?[15]的要求，取預(yù)估最大荷載的1/10作為分級荷載，從0 kN開始，每級加載荷載增量為0.5 kN。當(dāng)位移百分表相鄰兩次讀數(shù)之差<0.01 mm時(shí)可判定該級荷載穩(wěn)定，繼而進(jìn)行荷載施加；當(dāng)處于某一級加載時(shí)間內(nèi)，組合基礎(chǔ)模型的位移數(shù)據(jù)在180 min內(nèi)仍未穩(wěn)定或者出現(xiàn)明顯傾斜破壞時(shí)，則停止試驗(yàn)加載。

圖6 樁墻錨組合基礎(chǔ)模型試驗(yàn)加載圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 位移分析

(1)水平位移

樁墻錨組合基礎(chǔ)的水平荷載－位移曲線如圖7所示，基礎(chǔ)頂部曲線呈非線性。整體上來說，隨著水平荷載等級的增大，組合基礎(chǔ)的水平位移逐漸增大。當(dāng)荷載較小，即荷載<1.0 kN時(shí)，基礎(chǔ)水平位移較小，此時(shí)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與其周邊土體共同發(fā)揮作用；當(dāng)荷載逐漸增大，即荷載>1.0 kN時(shí)，基礎(chǔ)水平位移開始顯著增大，這個(gè)階段內(nèi)主要由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用；當(dāng)荷載達(dá)到3.5 kN時(shí)，位移變化速率較前幾級荷載明顯降低。另外，由圖7可知，基礎(chǔ)受荷面的水平位移大于背荷面的水平位移，主要是由于試驗(yàn)基礎(chǔ)模型發(fā)生了壓縮變形導(dǎo)致的結(jié)果。

圖7 樁墻錨組合基礎(chǔ)水平荷載－位移曲線圖

樁墻錨組合基礎(chǔ)的水平位移與結(jié)構(gòu)受力息息相關(guān)，如圖8所示，組合基礎(chǔ)所承受的水平荷載Vk主要由后墻所受的被動(dòng)土壓力Fp、側(cè)墻的摩阻力f、樁基礎(chǔ)的水平抗力T以及錨桿所提供的拉力Ri共同承擔(dān)。由于組合基礎(chǔ)的前墻直接承受水平荷載，且墻體所用材料的彈性模量較小，墻體發(fā)生壓縮變形，從而導(dǎo)致受荷面的水平位移大于背荷面水平位移。通過水平位移的大小可以反映出基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)各部分的荷載分擔(dān)也不相同。加載初期，水平荷載主要由后墻所承受的被動(dòng)土壓力承擔(dān)；加載后期，組合基礎(chǔ)與土體之間的相對位移增大，組合基礎(chǔ)各部分之間的荷載分擔(dān)情況發(fā)生變化，錨桿發(fā)揮作用承擔(dān)更多的水平荷載。

圖8 樁墻錨組合基礎(chǔ)受力示意圖

樁墻錨組合基礎(chǔ)的豎向荷載－位移曲線如圖9所示，在水平荷載作用下，樁墻錨組合基礎(chǔ)發(fā)生了整體的抬升。當(dāng)荷載較小(0~1.0 kN)時(shí)，組合基礎(chǔ)的豎向位移基本為零，因?yàn)榇藭r(shí)的水平荷載主要由基礎(chǔ)周圍土體承擔(dān)，荷載對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)影響較?。划?dāng)荷載>1.0 kN之后，組合基礎(chǔ)的豎向位移開始增大，并且受荷面和背荷面的豎向位移差值較大。隨荷載增加，基礎(chǔ)受荷面豎向位移逐漸增大，而基礎(chǔ)背荷面的豎向位移基本為零，在水平荷載為3.5 kN時(shí)出現(xiàn)豎向位移拐點(diǎn)，4.0 kN后組合基礎(chǔ)受荷面的豎向位移增大速率明顯加快，說明組合基礎(chǔ)開始發(fā)生破壞。

圖9 樁墻錨組合基礎(chǔ)豎向荷載－位移曲線圖

結(jié)合樁墻錨組合基礎(chǔ)的水平位移可以發(fā)現(xiàn)，在水平荷載作用下，組合基礎(chǔ)會(huì)先發(fā)生一定的水平位移，但在基礎(chǔ)下部樁基的嵌固作用下，組合基礎(chǔ)會(huì)發(fā)生整體向后旋轉(zhuǎn)的趨勢，因此使得組合基礎(chǔ)受荷面產(chǎn)生向上的豎向位移。而隨著荷載加大，組合基礎(chǔ)豎向位移受到了上部地下墻體的側(cè)摩阻力、樁側(cè)摩阻力以及錨桿拉力的限制作用，從而有效地控制了組合基礎(chǔ)的豎向位移。

2.2 樁墻彎矩分析

室內(nèi)模型試驗(yàn)采集得到的應(yīng)變值，需要進(jìn)一步處理成彎矩值。彎矩M的計(jì)算公式由式(1)表示為

式中εi為應(yīng)變，采集數(shù)據(jù)得出的應(yīng)變值為με，其關(guān)系式為με＝10－6ε；E為彈性模量，Pa；W為抗彎截面系數(shù)。

彎矩與深度處理后得到的彎矩－深度曲線如圖10所示。由圖10(a)所示的受荷面彎矩圖可知，隨著荷載等級的增加樁墻身彎矩逐漸加大，受荷面上部地下墻存在2個(gè)反彎點(diǎn)，彎矩最大值出現(xiàn)在基礎(chǔ)頂部。由于基礎(chǔ)前墻直接承受水平荷載作用，使得該處產(chǎn)生較大的變形，因此彎矩值最大。隨著埋深的增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受到土體反力作用的影響，彎矩逐漸減小達(dá)到反彎點(diǎn)，之后彎矩出現(xiàn)反向增加，在－150 mm界面處出現(xiàn)極值。受水平荷載影響，組合基礎(chǔ)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)趨勢，但下部樁基的存在限制了其轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，并產(chǎn)生抵抗水平荷載的抗力，因此彎矩值逐漸減小進(jìn)一步到達(dá)反彎點(diǎn)。

組合基礎(chǔ)背荷面的彎矩變化曲線(如圖10(b)所示)不同于受荷面，后墻遠(yuǎn)離加載側(cè)，且由于受基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的阻擋，受水平荷載影響較小，因此彎矩值偏小。同時(shí)，由于后墻沒有錨桿的設(shè)置，兩側(cè)墻及后方土體對其受力影響明顯，使得后墻墻體受力不同于前墻，因此背荷面彎矩隨深度的變化呈現(xiàn)倒M形趨勢。背荷面受水平荷載影響小，并且彎矩大多為正值，第一個(gè)反彎點(diǎn)較受荷面偏上，這是由于錨桿的存在，為受荷面提供了更多的抵抗力，使反彎點(diǎn)位置下移；在水平荷載傳遞過程中，基礎(chǔ)側(cè)面阻力的存在使背荷面所受水平荷載相對降低。

圖10 樁墻錨組合基礎(chǔ)不同荷載面的彎矩－深度曲線圖

2.3 錨桿軸力分析

根據(jù)模型試驗(yàn)應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算錨桿軸力。軸力計(jì)算式由式(2)表示為

中央型和混合型是常見的方式，在診斷分級過程中要求結(jié)合分級要求實(shí)施。。在本次研究中以超聲量化評價(jià)指標(biāo)作為基礎(chǔ)，在量化分析的過程中需要進(jìn)行結(jié)節(jié)性質(zhì)的評估，結(jié)合甲狀腺診斷特異性以及敏感性等評價(jià)分析[2]。

式中Pi為錨桿第i測點(diǎn)處截面軸力，N；Ep為錨桿的彈性模量，Pa；Ap為錨桿的橫截面面積，m2；εi1、εi2為錨桿第i測點(diǎn)處截面兩對稱應(yīng)變片的測量值。由于組合基礎(chǔ)為對稱結(jié)構(gòu)，因此將墻上同一高度的兩根錨桿數(shù)據(jù)合并，得到錨桿的軸力圖，如圖11所示。

圖11 樁墻錨組合基礎(chǔ)錨桿軸力圖

由圖11可知，隨著水平荷載的增加，錨桿軸力也逐漸加大，并且第二排錨桿軸力大于第一排錨桿軸力。這是由于第二排錨桿埋深加大，受土壓力影響明顯，側(cè)摩阻力增大，因此其軸力較大。組合基礎(chǔ)受水平荷載作用產(chǎn)生遠(yuǎn)離加載側(cè)的水平位移，為限制其側(cè)移，錨桿產(chǎn)生對組合基礎(chǔ)的拉力，且隨著荷載的增大，錨桿的拉力逐漸增大。特別是在水平荷載從2.0 kN到3.0 kN的過程中，錨桿提供拉力出現(xiàn)較大增長，這說明當(dāng)水平力達(dá)到某一等級時(shí)，錨桿與錨固土體間相對滑動(dòng)增大，從而引起了錨桿拉力的增長。

與第一排錨桿受力不同，第二排錨桿受力趨勢呈凸形，中間段軸力大，兩邊軸力相對較小。這種趨勢的改變與錨桿周邊土體的滑動(dòng)方向密切相關(guān)。理想狀態(tài)下錨桿受力應(yīng)是自由段拉力相等，在進(jìn)入錨固段后，軸力逐漸減小至零。試驗(yàn)中錨桿軸力的變化與土體的相對移動(dòng)方向密切相關(guān)，如圖12所示。

圖12 樁墻錨組合基礎(chǔ)土體滑裂面示意圖

模型試驗(yàn)埋設(shè)錨桿時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在搭設(shè)面出現(xiàn)一定角度的滑裂面，因模型設(shè)置兩排錨桿，故出現(xiàn)兩個(gè)滑裂面。第一排錨桿受兩道滑裂面的影響，中間土體產(chǎn)生了向后的移動(dòng)趨勢，使得錨桿所受摩阻力方向發(fā)生改變，因此中間段錨桿的軸力有所增大，整體呈現(xiàn)先減小后增大再減小的倒S趨勢。第二排錨桿的軸力變化同樣受到土體滑裂面的影響，由于第二道較深的滑裂面經(jīng)過第二排的前半段，使得前半段土體發(fā)生了相對向后的移動(dòng)，從而導(dǎo)致錨桿所受摩阻力方向發(fā)生改變，即錨桿軸力發(fā)生了增大，整體呈現(xiàn)先增大后減小的凸形樣式。

2.4 土壓力分析

通過布設(shè)在前墻和后墻的土壓力盒得到土壓力值，為使數(shù)據(jù)更具規(guī)律性，取試驗(yàn)平均值進(jìn)行分析，得到土壓力與埋深的關(guān)系曲線，如圖13所示。在水平荷載作用下，組合基礎(chǔ)的受力及變形是一個(gè)相互作用的過程。土壓力沿深度方向的變化規(guī)律與荷載等級變化及水平位移大小的關(guān)系較為復(fù)雜，土壓力不再符合上小下大的一般規(guī)律性。地下墻所承受的土壓力變化趨勢與水平荷載增長成正比，另外墻側(cè)土壓力沿埋深呈現(xiàn)一個(gè)先減小后增大的變化過程。受荷面墻體土壓力為主動(dòng)土壓力，隨著深度的增加，主動(dòng)土壓力先減小，隨后在第一排錨桿處再增大，但依然小于頂部的土壓力；而背荷面墻體土壓力為被動(dòng)土壓力，與受荷面所測土壓力變化趨勢一樣，均呈現(xiàn)K形。這種土壓力的變化趨勢與土體變形密切相關(guān)，水平荷載作用下，基礎(chǔ)上部位移最大，從而使得土壓力增大。

圖13 模型試驗(yàn)墻體不同荷載面的土壓力－埋深曲線圖

2.5 樁墻錨組合基礎(chǔ)與樁墻組合基礎(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果對比

(1)位移對比

對比試驗(yàn)方案，樁－墻組合基礎(chǔ)試驗(yàn)?zāi)Ｐ统藟ι砦丛O(shè)置4根錨桿外，一切試驗(yàn)條件與樁墻錨組合基礎(chǔ)模型試驗(yàn)相同。兩種基礎(chǔ)的位移對比曲線如圖14、15所示。

根據(jù)圖14的水平位移對比曲線分析可知，相同荷載等級下樁墻錨組合基礎(chǔ)的水平位移均小于樁－墻組合基礎(chǔ)，且隨著荷載等級的增加，兩種基礎(chǔ)之間的水平位移差值越來越大。當(dāng)荷載較小(<2.0 kN)時(shí)，兩者的水平位移基本相同，隨著荷載加大，樁墻錨組合基礎(chǔ)的位移明顯小于后者位移，這主要是由于錨桿所提供的水平拉力限制了基礎(chǔ)的水平位移。從水平位移變化趨勢上來看，兩種組合基礎(chǔ)在荷載為3.5 kN時(shí)產(chǎn)生位移拐點(diǎn)，在此階段內(nèi)樁墻錨組合基礎(chǔ)的位移變化更加明顯，說明錨桿的增設(shè)對于組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位移限制效果顯著。以上結(jié)果表明，相對于樁－墻組合基礎(chǔ)，錨桿的設(shè)置使得樁墻錨組合基礎(chǔ)具有更高的水平承載力。

圖14 兩種組合基礎(chǔ)不同荷載面的水平位移對比曲線圖

根據(jù)圖15的豎向位移對比曲線分析可知，在相同的荷載等級作用下，兩種組合基礎(chǔ)的豎向位移差值較小，荷載為3.0 kN之前，兩者的豎向位移基本相同。這是由于錨桿的設(shè)置主要為組合基礎(chǔ)提供水平拉力，起到限制組合基礎(chǔ)側(cè)移的作用，因此對組合基礎(chǔ)的豎向位移影響較小。而當(dāng)荷載>4.0 kN后，樁墻錨組合基礎(chǔ)的豎向位移較樁墻基礎(chǔ)豎向位移略有減小，這是由于此時(shí)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向位移和水平位移均已較大，錨桿產(chǎn)生斜向的拉力，制約了樁墻錨組合基礎(chǔ)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而限制了其豎向位移發(fā)展。

圖15 兩種組合基礎(chǔ)不同荷載面的豎向位移對比圖

(2)彎矩對比

為研究基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力的差異情況，對兩種組合基礎(chǔ)的樁墻身彎矩進(jìn)行分析。

對比取荷載為4.0 kN時(shí)的彎矩?cái)?shù)據(jù)，其結(jié)果如圖16所示。兩種基礎(chǔ)彎矩變化趨勢基本相同，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身的彎矩主要由組合基礎(chǔ)的上部承擔(dān)，且該部分的彎矩變化率較大，樁體下部彎矩基本為零，這說明基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與周圍土體相互作用的主要影響范圍在基礎(chǔ)上部。即組合基礎(chǔ)的上半部分對荷載的反應(yīng)較為敏感，受水平荷載的影響顯著，而下半部分樁體主要起嵌固作用，保證其穩(wěn)定性。

圖16 兩種組合基礎(chǔ)彎矩－深度對比曲線圖

另外，兩種基礎(chǔ)彎矩的差值情況主要表現(xiàn)在:樁墻錨組合基礎(chǔ)承受荷載側(cè)的彎矩相對較小。由此可知，樁墻錨組合基礎(chǔ)有更高的抗側(cè)移能力，同時(shí)由于錨桿的存在使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的彎矩分布主要分布于地下墻部分。這是由于上部地下墻部分錨桿的設(shè)置使得基礎(chǔ)的抗彎能力增加，導(dǎo)致其彎矩分布更加均勻，進(jìn)而提高了組合基礎(chǔ)的抗彎能力并使彎矩分布均勻。相對于樁墻組合基礎(chǔ)，樁墻錨組合基礎(chǔ)受荷面的彎矩反彎點(diǎn)下移，這是由于錨桿的存在，改變了樁墻基礎(chǔ)的受力分布，使最大的剪力出現(xiàn)在第一排錨桿所處水平面。

3 結(jié)論

文章提出了一種新型組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——樁墻錨組合基礎(chǔ)，通過室內(nèi)模型試驗(yàn)對該組合基礎(chǔ)的受力及變形等水平承載特性進(jìn)行了研究，同時(shí)將其與樁墻組合基礎(chǔ)進(jìn)行對比，得出的主要結(jié)論如下:

(1)在水平荷載作用下，樁墻錨組合基礎(chǔ)產(chǎn)生繞某一點(diǎn)的整體轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢。隨荷載等級的增大，基礎(chǔ)頂部的水平位移與豎向位移也逐漸增大，組合基礎(chǔ)呈現(xiàn)整體傾斜破壞。

(2)從整體上看，組合基礎(chǔ)彎矩主要分布在地下墻部分，樁身位置的彎矩近乎零。受荷面的樁墻彎矩遠(yuǎn)大于背荷面，隨荷載等級的增加彎矩最大處位置與彎矩峰值位置不變。前墻以負(fù)彎矩為主且絕對值較大，后墻以正彎矩為主，墻身彎矩分布較為均勻。

(3)在水平荷載下，組合基礎(chǔ)背荷面與受荷面的土壓力變化趨勢基本相同，均呈現(xiàn)K形。地下墻邊側(cè)土壓力大于中間土壓力，并且最大土壓力出現(xiàn)在地下墻的中下部。

(4)同工況下的樁墻錨組合基礎(chǔ)和樁墻組合基礎(chǔ)的變形及彎矩相比，前者的水平位移僅為后者的2/3，前者因錨桿提供的額外水平抗力而減小了基礎(chǔ)的側(cè)移，增加了基礎(chǔ)的水平承載力，使墻身彎矩分布更加均勻、材料利用更充分。