預應力管樁水平承載力試樁結果分析

宋士杰 李連營 王鑫文

(天津市勘察院，天津 300191)

1 簡介

GB 50011-2010建筑抗震設計規范要求承受水平荷載的建筑物進行水平力驗算［1］。JGJ 94-2008建筑樁基技術規范提供了預制樁水平承載力的估算公式［2］，其中樁頂允許水平位移的取值對估算影響很大，本文通過天津地區30根預應力管樁的水平靜載荷試樁結果，分析天津地區預應力管樁水平承載力特征值規律、對應的水平位移值及樁頂允許水平位移的取值。

2 單樁水平靜載荷試驗方法簡介

天津市DB 29-38-2002建筑基樁檢測技術規程明確規定［3］，單樁水平靜載荷試驗采用臥式千斤頂施加水平力，施加的水平荷載分級一般取預估水平極限荷載的1/10～1/15，每級荷載施加后，恒載4 min測樁的水平位移值，然后卸載至0，停2 min測出樁的殘余水平位移值，至此完成一個加卸載循環，如此循環5次便完成一級荷載的試驗觀測。多級加荷后，出現下列情況之一時可停止試驗:1)樁身折斷;2)水平位移超過40 mm或達到設計要求的水平位移允許值。當樁身應力達到極限強度時的樁頂水平力使樁頂水平位移超過20 mm～30 mm，或樁側土體破壞的前一級水平荷載，即是單樁水平極限承載力標準值［4，5］。

3 單樁水平承載力特征值確定方法

JGJ 94-2008建筑樁基技術規范5.7.2條規定，預應力管樁可根據靜載試驗結果取地面處水平位移為10 mm(對于水平位移敏感的建筑物取水平位移6 mm)所對應的荷載為單樁水平承載力特征值［2］。當樁的水平承載力由水平位移控制，且缺少單樁水平靜載試驗資料時，JGJ 94-2008建筑樁基技術規范提供了下列公式估算預應力管樁的單樁水平承載力特征值。

其中，EI為樁身抗彎剛度，MNm2;Xoa為樁頂允許水平位移，mm;υx為樁頂水平位移系數;α為樁的水平變形系數，1/m，可按下式計算確定:

其中，m為樁側土水平抗力系數的比例系數，MN/m4;b0為樁身的計算寬度，m，b0=0.9(1.5d+0.5)。

從計算公式可看出，影響單樁水平承載力特征值的因素較多，包括樁身抗彎剛度、水平位移系數及允許水平位移值、材料強度、樁側土質條件、樁的入土深度、樁頂約束情況等，很難準確估算，一般應通過單樁靜載荷試驗確定［5］。

4 試樁結果及分析

4.1 試樁結果

11個場地30根預應力管樁水平載荷試驗結果見表1［6］。

表1 預應力管樁水平承載力試樁結果

4.2 水平承載力特征值分析

從表1可看出，預應力管樁單樁水平承載力特征值與樁徑、樁長、樁頂土性等密切相關。

1)樁頂土性。

漢沽、咸水沽、華明鎮三個場地樁頂土質均為軟土，由淤泥質土組成。10 mm標準時，Rha介于26 kN～72 kN，平均值為50.2 kN，6 mm標準時，Rha介于21 kN～48 kN，平均值為37.1 kN;其余場地樁頂土質為非軟土，由粘性土組成。10 mm標準時，Rha介于90 kN～188 kN，平均值為138.7 kN，6 mm 標準時，Rha介于79 kN～161 kN，平均值為119.7 kN。

從以上分析可以看出，預應力管樁的單樁水平承載力特征值普遍較低，受樁頂土質影響較大。軟土地區，Rha在40 kN～50 kN左右，非軟土地區Rha在120 kN～140 kN左右。

2)樁徑。

根據表1試樁結果，單樁水平承載力特征值與樁徑的關系見表2。

表2 單樁水平承載力特征值與樁徑的關系

由表2可以看出，Rha隨著樁徑的增大而增大。這一規律也驗證了水平承載力特征值的計算公式(1)。

3)樁長。

由表1試樁結果，軟土區域，本次樁長介于13 m～23 m，Rha大小與樁長關系不明顯;非軟土區域，本次樁長介于15 m～36 m，Rha大小與樁長關系亦不明顯。

4.3 特征值對應的水平位移分析

1)軟土地區。由表1可知，10 mm標準時，Rha所對應的水平位移值介于4.2 mm～7.7 mm，平均值為5.55 mm;6 mm 標準時，Rha所對應的水平位移值介于2.1 mm～4.6 mm，平均值為2.99 mm。2)非軟土地區。由表1可知，10 mm標準時，Rha所對應的水平位移值介于3.2 mm～5.5 mm，平均值為4.49 mm;6 mm 標準時，Rha所對應的水平位移值介于 1.7 mm～4.5 mm，平均值為2.77 mm。3)軟土地區與非軟土地區水平位移值的比較。軟土地區與非軟土地區確定單樁水平承載力特征值所對應的水平位移的比較情況見表3。

表3 軟土地區與非軟土地區單樁承載力特征值所對應的水平位移的比較

從表3對比可看出:預應力管樁在軟土地區確定單樁水平承載力特征值所對應的水平位移比非軟土地區略大，水平位移10 mm時的比值為1.236，水平位移為6 mm時的比值為1.079。

表4 軟土地區預應力管樁水平承載力試樁及反算樁頂允許水平位移值

表5 非軟土地區預應力管樁水平承載力試樁及反算樁頂允許水平位移值

4.4 樁頂允許水平位移值分析

從表4，表5可以看出，軟土地區，位移標準10 mm時，反算的xoa平均值為2.45 mm(實測為5.55 mm);位移標準6 mm 時，反算的xoa平均值為1.81 mm(實測為2.99 mm)，與實測結果相比，反算值偏小40%～55%。非軟土地區，位移標準10 mm時，反算的xoa平均值為4.15 mm(實測為4.49 mm);位移標準6 mm 時，反算的xoa平均值為3.40 mm(實測為2.77 mm)，與實測結果相當接近。使用式(1)時xoa取值可參考表6。

表6 軟土地區與非軟土地區樁頂允許水平位移值取值范圍 mm

5 結語

1)預應力管樁水平承載力特征值普遍較低，與樁頂土質、樁徑密切相關，其中受樁頂土質影響較大。軟土地區，單樁水平承載力特征值在40 kN～50 kN左右，非軟土地區，單樁水平承載力特征值在120 kN～140 kN左右;單樁水平承載力特征值隨著樁徑的增大而增大;單樁水平承載力特征值與樁長關系不明顯。

2)根據預應力管樁水平靜載荷試驗結果分析，軟土地區，10 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為5.55 mm，6 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為2.99 mm;非軟土地區，10 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為4.49 mm，6 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為2.77 mm;上述數值對于天津地區采用JGJ 94-2008建筑樁基技術規范5.7.2-2式估算單樁水平承載力特征值具有重要的參考價值。

3)預應力管樁在軟土地區確定單樁水平承載力特征值所對應的水平位移比非軟土地區略大，水平位移10 mm時的比值為1.236，水平位移為6 mm時的比值為1.079。

4)通過式(1)計算預應力管樁水平承載力時，樁頂允許水平位移xoa取值可參考表6采用。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［3］DB 29-38-2002，建筑基樁檢測技術規程［S］.

［4］黃 強.注冊巖土工程師專業考試復習教程［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002:248-251.

［5］李連營，詹 斌，戴 斌.預應力管樁水平承載力的研究［J］.巖土工程界，2003(12):69-71.

［6］DB 29-110-2010，預應力混凝土管樁技術規程［S］.