软土地基中混凝土桩水平承载力试验两种加载方法试验成果对比分析的初探.pdf

第 6期 2 0 1 2年 6月 广 东水 利水电 GUAN GD0NG W A T ER RE S 0URC ES AND HYDROP O W ER N【 ) 6 J u n 2 0 1 2 软土地基中混凝土桩水平承载力试验两种加载方法 试验成果对 比分析的初探 潘展 钊 ( 广 东省水利水电科学研究院，广 东省大坝安全技术管理 中心 ，广东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 ：为 了解桩基础 的反 力情况及地基反 力系数 ，可通过 单桩 水平静 载试验确定单桩 水平承栽 力。 目前 ，单桩水平静 载试验加载 方法有 2种 。通过 工程实例 ，对 2种加 载方法试验成果进行分析发现 ，在 软 土地基 中，结构物 承受的 实际荷 载较为复杂 ，采 用慢速 维持荷 载法进行单桩水平 力检测是适 宜的。 关键词 ：软 土地基 ；水平承载力 ；加载方法 ；试验成果 中图分类号 ：T U 4 7 3 1 文献标识码 ：B 文章编 号 ：1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 2 5 0 4 位于岸边或斜坡处 、存在软弱下卧层的基桩 ，在 基础开挖及边坡处施工过程产生水平荷载作用下引起 的水平位移 ，可能导致桩基础倾斜 、桩身开裂 、群桩 基础失稳等工程质量事故 ，从而影响桩基础的正常使 用 。为了解桩基础 的反力情况及地基反力系数 ，可通 过单桩水平静载试验确定 单桩水平承载力 。目前 ，单 桩水平静载试验加载方法有 2种 ，其 中单 向多循环加 载法具有试验操作简单 、试验时间短 、可相对减少昼 夜温差等环境影响引起 的观测误差的特点 ，而慢速维 持荷载法虽试验时间长 ，但在加载过程中 ，可得到位 移稳定时间和观察收敛情 况。本文通过工程实例 ，对 2种加载方法及其试验成果 的判释进行初步探讨 ，为 同类地区桩基水平力检测及研究提供参考。 1 单桩水平静载试验判释关健点 单向多循环加 载法 卜 主要依 据水平力一时 间一 作用点位移 ( Ht r o ) 关 系曲线 、水平力一位移梯度 ( H一V o ) 关 系 曲线 进行 判释 ；慢速 维 持荷 载 法 主要依据水平力一作用点位移 ( Hr o ) 关 系 曲 线 、水平力一位移梯度 ( H一V o 日)关系曲线 、作 用点位移一 时问对数 ( r o l g t ) 关系 曲线、水平力一作 用点位移双对数( 1 g Hl g r o ) 关系曲线进行判释 。 2工程概 况 广东省某水闸_T程 ，其基础为钻孑 L 灌注桩 ，桩 身直径为 1 0 0 0 ra m，桩身混凝土强度等级为 C 3 0 。地 基地质剖面如 图 1所示 ，地基土层物理力学性质见如 表 1 ，各桩试验基础资料见表 2 。 1 1 工 程 地 质 剖 面 图 1 地基地质剖面 表 1 地基土层物理力学性质 土层名称 层厚 m k P a E MP a c k P a 。 2 2 8 l 7 2 21 2 2 5 2 21 0 填土 2 0 淤 泥 1 4 0 粉质粘土 1 0 中砂0 9 残积土 2 1 0 2 5 7 8 O 5 O 1 4 9 5 3 1 4 0 5 1 1 l O 8 l 5 0 O l 7 O 3 8 6 6 5 收 稿 日期 ：2 0 1 2 0 21 7：修 回 日期 ：2 0 1 2 0 4 0 4 作 者简介 ：潘展钊 ( 1 9 8 0一) ，男 ，本科 ，丁程师 ，从事水利水 电工程 、岩 土T程的咨询及检测T作。 2 5 2 0 1 2年 6月 第 6期潘展 钊 ：软土地基 中混凝 土桩水 平承载力试验两种加 载方法试验成 果对 比分析的初探 N o 6 J u n 2 0 1 2 表 2 各桩试验基础 资料 3 试 验 方 法 3 1 单 向多循环加载法 1 )加载分级进行 ，采用逐级等量加载，分级荷载 为 最大 试验 荷 载 的 1 1 0 。 2 )每级荷载施加后 ，维持荷载 4 ra i n后可测读水 平位移 ，然后卸载至零 ，停 2 mi n测读残余 水平位移 ， 至此完成一个加卸载循环。每级荷 载如此循环 5次后 再施加下一级荷载。试验不巾间停顿。 3 2 慢速维持荷载法 1 )加载采用逐级等量加载方式进行 ，每级荷载为 最大试验荷载的 1 1 0 。 2 )每 级 荷 载 施 加 后 按 第 5 、1 0 、1 5 、3 0 、4 5 、 6 0 m i n测读水平位移量 ，以后每隔 3 0 mi n 测读 1 次 。 3 )试桩水平位 移相对稳定标准 ：每 1 h内的水平 位移量不超过 0 1 m m，并连续出现 2次 ( 由 1 5 h内的 水平观测值计算 ) 。 4 )当水平位移速率达到相对稳定标准时 ，再施加 下一 级 荷载 。 4试验 结 果及 分析 4 1 单桩水平静载试验成果 Y A 2 5桩单桩水平静载试 验 ( Ht Y o ) 曲线如 图 2 ，( H一v o ) 曲线 如图 3 ；Y A 3 2桩单桩水 平静载试验 ( Ht Y o ) 曲线如 图 4 ，( H一Y o 日) 曲线如图 5 ；Y D一6桩单桩水平静 载试验 ( Y o ) 曲 线如图 6 ，( H一V o ) f H 1 线如 图 7 ，( V o l g t ) 曲线 如 图 8 ，( 1 g Hl g V o ) 曲线如 图 9 。各试验桩试验荷 载 与位移量数值见表 3 。 表 3 单桩水平静载 荷载与位移量数值 表 YA25 7 5 6 YA 3 2 7 4 7 YD 一6 8 3 2 2 5 0 0 单向多循环加载法 规范要求 2 2 8 5 向多 循环 加载 法最终 位移 量 2 7 9 0 慢速 维持 荷载 法 4 0 26 图 2 Y A 2 5( 一t ) 曲线 O 4 6 69 92 ll 51 38 l 6 1 1 8 42 07 2 30 图 3 Y A 25( 日一v o AH) 曲线 图 4 Y A 3 2( 日一t ) 曲线 肿 肿 鼬 舯 肿 舯 肿 舢 肿 0 2 7 =2 如 如 如 如 如 肿 O 2 5 7 ：2 广东水利水 电 2 0 1 2年 6月第 6期 图 5 Y A 3 2 【 H一 口1 曲线 图 2图 5显示 。采用单 向多循 环加载法 的 Y A 2 5和 Y A 32两组 曲线发展趋势较为接近 ，( 日一 一 、)曲线无 明显陡降段及拐点 ；( HAY o AH) 曲线 突变点较多 ，但总体较平缓 ，无明显较大 的陡降段 及拐点 。( H一 ) 曲线上在水平力荷载 5 k N 为第一拐点 ，且该 级荷 载对应位移量分别为 7 5 6 m m 和 7 4 7 m m，符合规范 建议位移量 范嗣确定水平临 界荷载的要求。综合分析 ，Y A 2 5和 Y A 3- 2的水半 临界荷载 H =1 1 5 k N。 图 6图 9显示 ，采用慢速维持荷 载法 的 Y D一 6 在最 大水 平荷 载 2 3 0 k N下 的 ( H )曲线 和 ( 日 一 Y g AH) 曲线均较平缓 ，无明显陡降段及拐点；( 。 一 I ) 曲线和( 1 g 日一1 g 】 ， o )曲线均呈平行排列。综合分 析 ，可取最大水平荷载 5 O 对应的荷载为水平临界荷 载 ，即水平临界荷载 =l 1 5 k N。 桩身结构受到破坏是 因为桩在水平荷载作用下 ， 桩侧土体随着荷载 的增加 ，其塑性 区 自上而下逐渐开 展扩大 ，最大弯矩断面下移。只有桩身开裂的情况 F 才产生桩的临界荷载。各试验桩的关系 曲线无明显陡 降段及拐点 ，表 明桩 身结构无破坏 ，安全裕度较高 其是采用慢速维持荷载法的 Y D一6较为明显 ，所测 的水平临界荷载 H ， 远小于桩身产生开裂时所对应的水 2 0 1 2年 6月 第 6期 广 东水 利水 电 4 4 关于 m、0取值探讨 ( H) 亍 卜 5 2 6 o ( E 1 ) j r z =( ) j 式中m为地基土水平抗力系数 的比例系数 ( M N m 4 ) ； 为桩水平 变形系数 的比例 系数 ( m ) ； 为桩顶水 平位移系数 ；H为作用于地面的水平力 ( k N) ；Y o 为水 平力作 用 点 的水 平 位 移 ( m) ；E 1为 桩 身 抗 弯 强 度 ( k N m ) ；b 为桩身计算宽度( r f 1 ) 。 下表结果显示 ，在水平荷载相 同下 ，m值随位移 量增加而减少 ，而 0数值较 为接近。受场地地质条件 变化的影响 ，故建议地基土水平抗力 系数 的比例 系数 及桩的水平变形 系数 比例系数取最小值 ，即 m=1 8 7 ( MN m )，n=0 3 2 ( 1T I ) 。 表 4 单桩水 平静 载成果 5 结论 1 )在实际工程 中，加载时的加荷率比基础开挖施 工过程 中的施工加载速率要快得多 ，得 到的使用荷载 对应的桩顶位移与施工开挖过程中产生荷 载作用下 的 实际位移相 比，一般 要小几倍 到十几倍 ，2种加载方 法试验引起 的水平位移差异是可以忽略的。 2 )在软土地基中，结构物承受的实际荷载较为复 杂 ，采用单向多循环加载法的施加水平荷 载会 给内力 测试带来不稳定的因素使其 曲线突变点较多 ，给水平 临界荷载的判释带来一定 的困难 ，且在进行加载 时可 能出现位移量 的稳定时间逐渐延长 ，故 采用单 向多循 环加载法是不适宜的。 3 )采用慢速维持荷载法进行单桩水平力检测 ，其 成果 曲线均较为平缓及 呈平行排列 时，取最大水平荷 载 5 0 对应的荷载为水平临界荷载 ，较为合理 ，也易 直观操作。 参考 文献 ： 1 J G J 1 0 6 2 0 0 3建筑 基桩检测技术规范 S 2 D B J 1 5 6 02 0 0 8建筑地基基础检测规范 S 3 广 东 省 水 利 水 电科 学 研 究 院 中 山 市 乡 镇 排 涝 T 程 文 阁河泵站技 改及 水 闸配套 _T程 鸦 岗运河 水 闸桩 基础检测报告 R 广州 ：广东省水利水电科学研究院 ( 本文责任编辑马克俊 ) 尔 尔 乖 乖 乖 乖 乖 乖 乖 乖 乖 爷 乖 ； 乖 乖 不 尔 乖 尔 尔 乖 乖 乖 尔 ( 上接 第 2 4页 ) 3 )交叉段隧洞在铁路修建后 ，衬砌变形最大值 南 基础的三维数值模拟 J 地下空间与T程学报，2 0 0 5 ， 0 3 8 mm增大到 1 1 6 mm，但仍在衬砌变形 的允许范围 1 ( 1 ) ： 7 8 8 2 内 。 3 段亚辉，陈丽东深供水T程下穿公路的浅埋隧洞施T 4 )交叉段隧洞在铁路修建后 ，衬砌 的拉 、压应力 仿真分祈 J 中国农村水利水电，2 0 0 3 ,( 1 1 ) ：4 9一 交 叉 段 均 有 二 毒 白 勺 ， 砌 的 拉 应 力 最 仅 4 1 刚 ， 齐 国 红 隧 道 开 挖 作 用 对 地 层 1 二 程 性 质 的 影 响 为 0 4 6 MP a ，压应 力的最 大值为 2 2 6 M P a ，均小 于 J T程 学 ，2 0 0 l ，( 增刊 ) ：6 0 9 6 1 2 混凝土的抗 及抗压强度设计值 ，衬砌结构是安全的。 5 张武 ，朱方 敏桩 基对供 水 隧洞影 响 的有 限元 模拟 分析 参考文献 ： E J 吉林 水利 ，2 0 1 1 ，( 5 ) ：1 31 7 1 张卫罔姜铧，张伟地下T程结构计算方法概述 J ( 本文责任编辑 马克俊) 地下宅 问 ，2 0 0 2 ，2 2 ( 3 ) ：1 9 71 9 9 2 8