灌注細(xì)石混凝土微型樁在軟土地基上的抗拔性試驗(yàn)研究

徐再樓

(南京理工大學(xué)， 江蘇 南京 210094)

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灌注細(xì)石混凝土微型樁在軟土地基上的抗拔性試驗(yàn)研究

徐再樓

(南京理工大學(xué)， 江蘇 南京 210094)

以單樁4根，4種2×2群樁為研究對象，通過對灌注細(xì)石混凝土微型樁在軟土地基上抗拔承載機(jī)理及其抗拔承載力計(jì)算方法進(jìn)行了研究。試驗(yàn)表明，4根抗拔樁和4種群抗拔樁荷載-位移曲線均為陡增型，抗拔荷載較小時(shí)，上部側(cè)摩阻力抵抗抗拔荷載為主因，抗拔荷載逐漸增大時(shí)，下部的側(cè)摩阻力為主因。在抗拔試驗(yàn)過程中，承力最大是角樁，其次是邊樁，中樁的承力最小，在極限荷載值為3 200 kN時(shí)，1#角樁的鋼筋應(yīng)力為78.05 MPa，5#中樁鋼筋應(yīng)力為35.12 MPa，1#角樁的鋼筋應(yīng)力比5#中樁要高出55%。群樁效應(yīng)系數(shù)取值與樁間距有關(guān)，間距較大時(shí)，群樁效應(yīng)不明顯。初步進(jìn)行設(shè)計(jì)的類似工程中可將抗拔群樁效應(yīng)系數(shù)取為0.79進(jìn)行計(jì)算較為合適。

灌注； 混凝土； 微型樁； 軟土地基； 抗拔性

1 概述

微型樁是一種樁徑一般小于300 mm，長細(xì)比一般大于30[1-5]，細(xì)石混凝土或壓力灌注水泥漿同時(shí)加上筋材共混組成樁體抗滑樁，根據(jù)樁體的受力要求，所加的筋材可為鋼管、鋼筋、鋼棒、型鋼等[6-8]。施工速度快、對場地要求小、承載能力較高是微型樁的優(yōu)勢，因此越來越廣泛應(yīng)用在治理中小型邊坡、基坑支護(hù)、滑坡?lián)岆U(xiǎn)等方面[9-12]，但只有的極少文獻(xiàn)研究其抗滑受力性能，還沒有關(guān)于微型樁的設(shè)計(jì)完整的理論[13-15]。若能像常規(guī)灌注樁那樣在微型樁中灌注混凝土成樁，對提高樁身強(qiáng)度和定量控制材料用量是有利的，本文對灌注細(xì)石混凝土微型樁在軟土地基上的抗拔性試驗(yàn)進(jìn)行了研究。

2 試驗(yàn)工程概況

2.1 微型樁設(shè)計(jì)及試樁相關(guān)參數(shù)

試驗(yàn)用的微型樁為DN150鋼管微型樁，埋設(shè)深度為2/5樁長，樁間距為10倍的樁徑。測量原件埋設(shè)方式見圖1，相關(guān)參數(shù)見表1。

圖1 埋設(shè)方式Figure 1 The embedding

表1 試驗(yàn)用試樁的相關(guān)參數(shù)Table1 Therelatedparametersoftestpiles試樁類別試樁直徑/mm試樁長度/m試樁間距D-1單樁2006—D-2單樁20012—D-3單樁20018—D-4單樁20024—Q-12×2群樁200122.5dQ-22×2群樁200123.5dQ-32×2群樁200124.5dQ-42×2群樁200125.5d

2.2 場地地質(zhì)狀況(見表2)

抗拔試驗(yàn)采用單樁4根，試驗(yàn)2×2群樁4種。由于場地為軟土地基，因此采用灌注細(xì)石混凝土成樁進(jìn)行微型樁施工，其中灌注的混凝土為細(xì)石混凝土，細(xì)石最大粒徑小于等于2 cm，混凝土塌落度在19～23 cm范圍內(nèi)，樁身混凝土采用C25細(xì)石混凝土。

表2 場地地質(zhì)狀況Table2 Thesitegeologicalcondition土層標(biāo)號土層名稱承載力特征值/(fak·kPa-1)土層厚度/m試驗(yàn)值推薦值樁側(cè)摩阻力特征值/(fsi·kPa-1)1素填土4105—222淤泥質(zhì)土11.5957015

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 單樁上拔試驗(yàn)

圖2為單樁抗拔試驗(yàn)荷載-位移曲線，由圖2可知：4根抗拔樁荷載-位移曲線均為陡增型，單樁抗拔樁D-1在抗拔荷載小于280 kN時(shí)，其抗拔位移增加幅度較小，曲線比較平穩(wěn)，抗拔荷載在320～360 kN時(shí)，其抗拔位移增幅徒增，曲線急劇上升，其中抗拔位移從320 kN時(shí)的12 mm增加到360 kN時(shí)的63 mm。單樁抗拔樁D-2在抗拔荷載小于400 kN時(shí)，其抗拔位移增加幅度較小，曲線比較平穩(wěn)，抗拔荷載在400～440 kN時(shí)，其抗拔位移增幅徒增，曲線急劇上升，其中抗拔位移從400 kN時(shí)的8.3 mm增加到440 kN時(shí)的45 mm。單樁抗拔樁D-3在抗拔荷載小于490 kN時(shí)，其抗拔位移增加幅度較小，曲線比較平穩(wěn)，抗拔荷載在490～520 kN時(shí)，其抗拔位移增幅徒增，曲線急劇上升，其中抗拔位移從490 kN時(shí)的9.3 mm增加到520 kN時(shí)的34 mm。單樁抗拔樁D-4在抗拔荷載小于520 kN時(shí)，其抗拔位移增加幅度較小，曲線比較平穩(wěn)，抗拔荷載在520～570 kN時(shí)，其抗拔位移增幅徒增，曲線急劇上升，其中抗拔位移從520 kN時(shí)的6.5 mm增加到570 kN時(shí)的22 mm。這表明抗拔位移與樁長有密切關(guān)系，抗拔位移隨樁長的增加而增加。同時(shí)也說明抗拔樁的樁位移自樁身變形，隨著樁拔位移的增大，樁身變形對抗拔位移的貢獻(xiàn)逐漸減小。

圖2 單樁抗拔試驗(yàn)荷載-位移曲線Figure 2 The load displacement curve of single pile

3.2 群樁抗拔試驗(yàn)

圖3為群樁抗拔試驗(yàn)荷載-位移曲線，對試樁間距分別為2.5、3.5、4.5，5.5d的4種2×2群樁進(jìn)行了抗拔試驗(yàn)，從圖3可以看出：4種群抗拔樁荷載-位移曲線均為陡增型，在抗拔荷載小于1 250 kN時(shí)，其抗拔位移增加幅度較小，曲線比較平穩(wěn)，抗拔荷載在1 250～1 600 kN時(shí)，其抗拔位移增幅徒增，曲線急劇上升，其中間距為2.5d的抗拔位移從1 250 kN時(shí)的5.1 mm增加到1 600 kN時(shí)的44 mm；間距為3.5d的抗拔位移從1 250 kN時(shí)的7.3 mm增加到1 600 kN時(shí)的33 mm；間距為4.5d的抗拔位移從1 250 kN時(shí)的4.4 mm增加到1 600 kN時(shí)的30 mm；間距為5.5d的抗拔位移從1 250 kN時(shí)的4.8 mm增加到1 600 kN時(shí)的24 mm；研究表明樁間距越大，其同等級荷載作用下的上拔位移越小。

圖3 群樁抗拔試驗(yàn)荷載-位移曲線Figure 3 The load displacement curve of pile group

3.3 單樁鋼筋應(yīng)力變化

圖4為單樁在不同抗拔荷載作用下的鋼筋應(yīng)力變化圖，分別在1.0、2.5、5.5、8.5，11.5 m D-1單樁中沿樁身位置處布置鋼筋應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測抗拔荷載作用下樁身鋼筋應(yīng)力的變化。圖4表明：抗拔荷載較小時(shí)，上部側(cè)摩阻力抵抗抗拔荷載為主因，抗拔荷載逐漸增大時(shí)，下部的側(cè)摩阻力為主因。側(cè)摩阻力的大小與樁周和樁土相對位移有關(guān)，當(dāng)樁土相對位移距樁頂較近時(shí)，側(cè)摩阻力較大，上部土層要好于下部土層的側(cè)摩阻力發(fā)揮的程度，下部土層達(dá)到極限側(cè)摩阻力的時(shí)間落后于上部土層。

圖4 鋼筋應(yīng)力變化圖Figure 4 The stress variation of steel bar

3.4 群樁鋼筋應(yīng)力變化

鋼筋應(yīng)力計(jì)布置在群樁Q-1中的1#、4#、5#的3根樁距樁頂1.0 m處，群樁中不同位置基樁的受力情況用鋼筋應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(見圖5)。

圖5 鋼筋應(yīng)力計(jì)埋設(shè)樁位Figure 5 The steel stress meter buried pile

圖6群樁中不同位置基樁鋼筋應(yīng)力，圖6表明：抗拔試驗(yàn)中承力最大是角樁，其次是邊樁，承力最小的是中樁，在極限荷載值為3 200 kN時(shí)，1#角樁的鋼筋應(yīng)力為78.05 MPa，5#中樁鋼筋應(yīng)力為35.12 MPa，1#角樁的鋼筋應(yīng)力比5#中樁的要超出55%。群樁效應(yīng)產(chǎn)生的原因是由于各樁受力不均勻造成的，因此適當(dāng)增加邊樁和角樁的樁長是實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮的。

圖6 不同位置基樁鋼筋應(yīng)力Figure 6 The different positions of pile reinforcement stress

4 計(jì)算抗拔極限承載力

4.1 計(jì)算單樁抗拔極限承載力

樁周側(cè)摩阻力和樁身自重組成微型樁單樁抗拔承載力，可用下式計(jì)算灌注細(xì)石混凝土成樁的微型樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

式中：Ui為樁周長；Li為第i層土的厚度；qsi為第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qt為單樁的自重力；αi為第i層土極限側(cè)摩阻力抗拔折減系數(shù)。

表3為用公式計(jì)算得到的值與現(xiàn)場試驗(yàn)值。由表3可以看出：隨著試樁長度的增加，采用公式的計(jì)算值與實(shí)測值比較相近，誤差較小，具有一定的安全余度，因此初步設(shè)計(jì)時(shí)單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可以采用此公式作為其估算公式。

表3 單樁極限抗拔承載力計(jì)算值與實(shí)測值Table3 Thecalculatedvalueandmeasuredvalueofulti-mateupliftbearingcapacityofsinglepile試樁標(biāo)號試樁直徑/mm試樁長度/m抗拔極限承載力/kN實(shí)際測試值計(jì)算值誤差/%D-1300635024031.41D-23001243034519.78D-3300185104903.92D-4300245855653.42

4.2 計(jì)算群樁抗拔極限承載力

單樁抗拔極限承載力和群樁效應(yīng)系數(shù)組成微型樁群樁抗拔極限承載力，可用下式計(jì)算群樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

Pnut=ηtnPut

式中：Pnut為群樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Put為單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；n為群樁中基樁數(shù)；ηt為抗拔群樁效應(yīng)系數(shù)。

表4為通過現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到的抗拔群樁效應(yīng)系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，樁間距越大群樁效應(yīng)系數(shù)取值越大、群樁效應(yīng)越不明顯。初步進(jìn)行設(shè)計(jì)的類似工程中可將抗拔群樁效應(yīng)系數(shù)取為0.79進(jìn)行計(jì)算較為合適。

表4 抗拔群樁效應(yīng)系數(shù)Table4 Theeffectcoefficientofpile試樁標(biāo)號試樁樁數(shù)試樁間距單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(Put實(shí)/kN)Q-12×22.5d450Q-22×23.5d450Q-32×24.5d450Q-42×25.5d450群樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(nPut標(biāo)/kN)實(shí)際測試抗拔極限承載力(nPut實(shí)/kN)群樁抗拔效應(yīng)系數(shù)(ηt=nPut實(shí)/nPut標(biāo))165013100.79165014700.89165015300.93165015970.97

5 結(jié)論

① 4根抗拔樁荷載-位移曲線均為陡增型，這表明抗拔位移與樁長有密切關(guān)系，抗拔位移隨樁長的增加而增加。隨著樁拔位移的增大，樁身變形對抗拔位移的貢獻(xiàn)逐漸減小。4種群抗拔樁荷載-位移曲線均為陡增型，在抗拔荷載小于1 250 kN時(shí)，其抗拔位移增加幅度較小，曲線比較平穩(wěn)，抗拔荷載在1 250～1 600 kN時(shí)，其抗拔位移增幅徒增，曲線急劇上升，

② 抗拔荷載較小時(shí)，上部側(cè)摩阻力抵抗抗拔荷載為主因，抗拔荷載逐漸增大時(shí)，下部的側(cè)摩阻力為主因。在抗拔試驗(yàn)過程中，承力最大是角樁，其次是邊樁，中樁的承力最小，在極限荷載值為3 200 kN時(shí)，1#角樁的鋼筋應(yīng)力為78.05 MPa，5#中樁鋼筋應(yīng)力為35.12 MPa，1#角樁的鋼筋應(yīng)力比5#中樁要高出55%。

③ 群樁效應(yīng)系數(shù)取值與樁間距有關(guān)，間距較大時(shí)，群樁效應(yīng)不明顯。初步進(jìn)行設(shè)計(jì)的類似工程中可將抗拔群樁效應(yīng)系數(shù)取為0.79進(jìn)行計(jì)算較為合適。

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Experimental Study on Uplift Resistance of Micropiles in Soft Soil Foundation

XU Zailou

(Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210094， China)

Behavior of four 2×2 piles groups are studied，in order to study the uplift bearing capacity and uplift bearing capacity of single pile.Experiments show that the four uplift piles and four populations of uplift pile load displacement curves are steep，uplift load is relatively small，mainly by the upper part of the side friction resistance of pullout load，with the gradual increase of the pullout load，the lower part of the side friction gradually play.In the pullout test process，the bearing is the largest corner pile，followed by the side of pile，pile bearing force is the smallest，in the ultimate load value 1#corner pile of reinforced stress is 78.05 MPa in 3 200 kN，5#pile reinforcement should force 35.12 MPa，1#corner pile of reinforced stress than 5#pile to 55% higher.The bigger the pile spacing is，the bigger the effect coefficient is，the more obvious the group pile effect is.In the preliminary design of similar projects in the pile effect factor of 0.79 is more appropriate to calculate.

perfusion； concrete； micro pile； soft soil foundation； uplift resistance

2016 — 06 — 22

徐再樓(1972 — )，男，江西豐城人，工程師，從事建筑工程技術(shù)與管理工作。

TU 473

A

1674 — 0610(2016)05 — 0222 — 04