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小直径抗拔桩桩侧摩阻力试验研究

作者:来源:日期:2019-10-28 8:05:12人气:507
      0引言

      目前,采用小直径抗拔桩(d≤250mm)解决抗浮.问题在国内外工程中得到广泛应用,然而目前国内相应的设计和施工规范以及验收标准尚未完善,很多情况下设计人员是凭借以往的工程经验进行设计和施工的,对小直径抗拔桩理论上的研究远远不及工程上的应用,这无疑给设计人员进行抗浮设计时造成了- -定的困扰。采用小直径抗拔桩进行抗浮设计时,设计人员一般按照中等直径(250mm < d < 800mm)和大直径抗拔桩(d≥800mm)的设计思路进行设计,且桩侧摩阻力取值参考《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)11给出的建议值,然而《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120- -2012)(2] 和《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS 22:2005)]给出的建议值与《建筑桩基技术规范》存在较大差异,特别是对于砂性土和碎石土等,桩侧摩阻力取值相差1 ~2倍。当参考《建筑桩基技术规范》进行取值时可能偏于保守,当参考《岩土锚杆(索)技术规程》进行取值时可能偏于不安全。因此,在实际工程中,对小直径抗拔桩桩侧摩阻力的合理取值成为抗浮设计的关键。

      在实际工程中,小直径抗拔桩( d≤250mm)施.工一般采用锚杆钻机施工,分为干成孔作业和套管跟进成孔作业。本文主要对桩径为150mm的抗拔桩进行试验研究,抗拔桩施工采用套管跟进转进提土成孔工艺,主要研究在某一特定砂性土土层中不同桩长、不同桩身材料情况下抗拔桩的受力特性,进而分析在这一特定砂性土土层中桩侧摩阻力的合理取值,为实际的工程应用提供参考。

      1模型试验

      模型试验场地位于北京市房山区永定河附近,试验主要是研究不同桩长、不同桩身材料情况下小直径抗拔桩在某一特定砂性土土层中的受力特性,进而给出砂性土中桩侧摩阻力的合理取值。

      1.1 试验准备

      1)场地勘察:试验前首先对场地内12.2m范围内土层进行勘察,明确土层分布情况,以确定场地的适用性。根据现场勘察,本场地未见地下水,场地土层的主要物理力学指标见表1,各土层分布情况见图1。


      2)小直径抗拔桩施工:抗拔桩施工采用套管跟进机械转进提土成孔工艺;桩长为5.0m/8.0m/11.0m,桩径为150mm,桩身材料为水泥净浆/水泥砂浆,水泥为P. 042.5,水灰比为0.5 -0.55。施工完后抗拔桩如图2所示,试验过程中未对钢筋进行防锈蚀处理,但对试验结果不会产生影响。

      3)钢筋笼制作:抗拔桩主筋为4业22,主筋长度分别为6m 9m和12m,预留钢筋1m。

      4)单桩载荷试验按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106 -2014)41要求进行加载,具体加载方式如图3所示。





      1.2 试验方案

      现场模型试验设计了11台试验,均为单桩抗拨载荷试验。模型试验方案详见表2。


      2试验结果分析

      2.1 单桩载 荷试验

      图4为3根桩长5m的抗拔桩单桩静载荷试验U-δ曲线,桩身材料为水泥净浆。从图4中可以看出,对于3根抗拔桩,随着荷载的增加,桩顶上拔量逐渐增大,且单桩U-δ曲线属于陡变型曲线,根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94- -2008)1 ,5m- 1"和5m- 3*单桩抗拔承载力特征值U。= U。=88.75kN,5m-2"单桩抗拔承载力特征值U。=.77.3kN。综合3根桩长5m的抗拔桩单桩静载荷试验考虑,桩长5m的抗拔桩单桩平均抗拔承载力特征值U.为84. 95kN。


      图5为3根桩长8m的抗拔桩单桩静载荷试验U-8曲线,桩身材料为水泥净浆。从图5中可以看出,对于3根抗拔桩,随着荷载的增加,桩顶.上拔量逐渐增大,且单桩U-δ曲线属于陡变型曲线,根据《建筑桩基技术规范》(JCJ 94- -2008)“ ,8m-1"单桩抗拔承载力特征值U. = 168.85kN,5m -2"和5m-3*单桩抗拔承载力特征值U。=U3 = 186. 0kN。综合3根桩长8m的抗拔桩单桩静载荷试验考虑,桩长8m的抗拔桩单桩平均抗拔承载力特征值U。为180. 3kN。


      图6为3根桩长11m的抗拔桩单桩静载荷试.验U-8曲线,桩身材料为水泥净浆。从图6中可以看出,对于3根抗拔桩,随着荷载的增加,桩顶上拔量逐渐增大,且单桩U-δ曲线属于陡变型曲线,根据.《建筑桩基技术规范》(JGJ 94- -2008)",11m- 1'和11m- 2*单桩抗拔承载力特征值U。= U2=226. 05kN,11m- 3"单桩抗拔承载力特征值Us =248. 95kN。综合3根桩长11m的抗拔桩单桩静载荷试验考虑,桩长11m的抗拔桩单桩抗拔承载力特征值U,为241. 3kN。


      对比图4、图5和图6可以看出,相同桩径条件下,随着桩长增加,抗拔桩单桩抗拔承载力特征值逐渐增大。

      图7为2根桩长8m(桩身材料为水泥砂浆)和3根桩长为8m(桩身材料为水泥净浆)的抗拔桩单桩静载荷试验U-8曲线。从图7中可以看出,对于桩身材料为水泥砂浆的2根抗拔桩,随着荷载的增加,桩顶上拔量逐渐增大,且单桩U-8曲线属于陡变型曲线,根据《建筑桩基技术规范》( JGJ 94-2008)",8m- 1'*和桩抗拔承载力特征值U。=186. 0kN ,8m -2'"单桩抗拔承载力特征值U。2 =168.85kN。综合2根桩长8m的抗拔桩单桩静载荷试验考虑,桩长8m的抗拔桩单桩抗拔承载力特征值U,为177. 4kN。

      同时从图7中可以看出,在荷载作用下,当桩身材料为水泥净浆或者水泥砂浆时,抗拔桩单桩承载力特征值非常接近,说明在该试验条件下,桩身材料对抗拔桩单桩承载力特征值影响不大。


      2.2桩的极限侧阻力标准值取值分析

      根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94- -2008)川、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120- -2012)121 和《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS 22:2005)),本文表1中不同土层桩的极限侧阻力标准值取值如表3所示。

      从表3中可以看出,针对粘土和粉土,不同规范中给出的桩的极限侧阻力标准值取值相差不大,而针对砂性土,不同规范中给出的桩的极限侧阻力标准值取值相差很大,因此针对本文中粘土和粉土,桩的极限侧阻力标准值取值可以参考《建筑桩基技术规范》(JGJ 94- -2008) ,具体取值详见表3。

      根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94- -2008)",单桩抗拔极限承载力标准值计算公式如下:

                            (1)

      式中: T。k为单桩抗拔极限承载力标准值,Tak=2U,;u,为桩身周长;9ua为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值。


      本试验条件下,当土层②、⑤、⑦按表3中给定侧阻取值时,假定砂性土的桩极限侧阻力标准值平均值为qo,则根据公式(3.1),桩长为5m情况下桩身范围内砂性土的桩极限侧阻力标准值平均值qok为65kPa~80kPa,桩长为8m情况下桩身范围内砂性土的桩极限侧阻力标准值平均值q。为98kPa~111kPa,桩长为11m情况下桩身范围内砂性土的桩极限侧阻力标准值平均值q。为104kPa ~ 120kPa。

      通过上述计算可知,在本文试验条件下,对于稍密-中密状态的砂性土,桩的极限侧阻力标准值为65kPa~80kPa;对于中密状态的砂性土,桩的极限侧阻力标准值为98kPa ~ 120kPa。

      通过试验结果与规范对比,砂性土中桩的极限侧阻力标准值均比《建筑桩基技术规范》(JCJ 94一2008)"中给出的桩的极限侧阻力标准值大,从设计安全考虑,采用小直径抗拔桩进行抗浮设计时,在砂性土中,可以参考《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)川中给定的桩的极限侧阻力标准值进行取值。

      3结论

      本文共进行11台单桩抗拔载荷试验,主要研究不同桩长、不同桩身材料情况下小直径抗拔桩在某- -特定砂性土土层中的受力特性,主要得出以下结论:

      1)对于小直径抗拔桩,随着荷载的增加,桩顶上拔量逐渐增大,且单桩U-8曲线属于陡变型曲线。

      2)对于小直径抗拔桩,相同桩径条件下,随着桩长增加,单桩抗拔承载力特征值逐渐增大。

      3)在本文试验条件下,桩身材料对抗拔桩单桩承载力特征值影响不大。

      4)采用小直径抗拔桩进行抗浮设计时,在砂性土中,可以参考《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)中给定的桩的极限侧阻力标准值进行取值。

      由于试验场地限制,本场地砂层较厚,未勘测到.地下水,因此本文中抗拔桩侧摩阻力取值未考虑地下水的影响,以后可进一步研究地下水存在的情况下对桩身侧摩阻力取值的影响。

      本文试验研究结论仅根据现有模型试验在某--特定砂性土条件下得出,对于砂性土中小直径抗拔桩桩侧摩阻力取值范围的确定研究有限,尚需对其工程实践和理论方面展开进一步研究。

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