荷載作用下砼擴盤樁樁周土體破壞分析

閆建軍

（新疆筑路機械廠公路工程處，新疆烏魯木齊 830021）

荷載作用下砼擴盤樁樁周土體破壞分析

閆建軍

（新疆筑路機械廠公路工程處，新疆烏魯木齊 830021）

運用小比例半截面樁試件模型，對砼擴盤樁在豎向壓力和拉力作用下的樁土共同工作機理、樁周及盤上、下土體的破壞狀態(tài)等進行試驗研究，定性分析了砼擴盤樁的位移及盤間距對土體破壞狀態(tài)的影響，進而確定了樁周土體的破壞模式。

橋梁；砼擴盤樁；破壞模式；抗壓；抗拔

砼擴盤樁具有承載力高、操作簡單方便、材料用量少、沉降量低、更加經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保、應用領域廣泛等多方面特點，以其巨大商業(yè)價值受到越來越廣泛的關注。目前，砼擴盤樁已應用到工程項目中，但由于對其作用機理的研究成果還較少，尚未形成完整的研究體系，也沒有得到廣泛的推廣應用，還需要加大對其技術理論的試驗研究，深入了解其作用機理。為此，該文對砼擴盤樁展開試驗研究，分析荷載作用下砼擴盤樁樁周土體的變化。

1　試驗方案

采用小比例半截面樁試件模型，改變擴盤樁盤徑與盤間距等參數(shù)研究樁周土體的變化情況。通過壓力、拉力加載裝置與小比例試驗樁土體模型完成試驗樁的加載過程。通過試驗，觀察從加荷到破壞整個過程中樁周土體的變化，收集位移和應變數(shù)據(jù)，描繪土體破壞的性狀，拍下土體破壞的過程和最終結果，并對測試結果進行綜合分析。

1.1取材及試件模型制作

以從工程現(xiàn)場取回的黏土作為試驗材料。經(jīng)過試驗，得到黏土的技術指標：含水率為6.8%；液限為21.6%；塑限為9.1%；密度為1.98N/mm3；壓縮模量為3.1×10-2N/mm2。

以鐵質(zhì)的單雙盤樁作為試驗樁。因為在豎向壓力與拉力作用下試驗樁樁周土體所發(fā)生的形態(tài)變化不一樣，為了能更加具體地分析樁周土體的形態(tài)變化，取12個試件分成4組進行試驗，分別為盤徑與盤間距不一樣的單雙盤抗壓、抗拔樁（見圖1）。試驗樁的技術參數(shù)見表1～4。

1.2抗壓試驗設備及方法

小比例半截面試件模型的試驗設備包括測試加載傳感器，3t千斤頂，用來裝土與埋置試件的2cm厚玻璃缸（70cm×40cm×30cm），采集應變、位移數(shù)據(jù)的應變儀與位移數(shù)顯儀，數(shù)碼相機，計算機和位移計等。試驗步驟如下：

（1）半截面小試件豎直緊貼玻璃缸內(nèi)表面固定，頂端比玻璃缸高出30cm，以便清楚地觀察到樁的位移與土體的性狀變化。

（2）將試驗土磨成粉狀并壓實，埋置好試驗樁后，將其安放在加載裝置上。

圖1　試驗樁試件

表1　抗壓單盤樁的技術參數(shù)　mm

表2　抗壓雙盤樁的技術參數(shù)　mm

表3　抗拔單盤樁的技術參數(shù)　mm

表4　抗拔雙盤樁的技術參數(shù)　mm

（3）將傳感器、位移計、數(shù)顯儀、應變儀等設備連接到安裝好的加載裝置上。

（4）進行試驗，逐級加載，加載過程中記錄位移、應變數(shù)據(jù)并描繪土體的破壞性狀。

1.3抗拔試驗設備及方法

抗拔試驗設備包括應變測試儀、3t千斤頂、用于制備土體模型的厚2cm的玻璃缸（70cm×40 cm×30cm）、位移計、數(shù)碼相機和計算機。試驗步驟如下：

（1）半截面小試件豎直緊貼玻璃缸內(nèi)表面固定，頂端比玻璃缸高出30cm，以便于清楚地觀察到樁的位移與土體的性狀變化，方便加載設備與試件的連接。

（2）將試驗土磨成粉末狀并壓實，埋置好試驗樁，形成試驗模型。

（3）將傳感器、位移計、應變儀等試驗設備連接到安裝好的加載裝置上。

（4）進行試驗，逐級加載，加載過程中記錄位移、應變數(shù)據(jù)并描繪土體的破壞性狀。

2　試驗結果與分析

2.1抗壓單盤樁試驗結果分析

圖2為抗壓單盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖2　抗壓單盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖2可看出：1）不同盤徑所產(chǎn)生的位移荷載比不一樣，隨著盤徑的增大，位移荷載比越來越小；盤徑越小，曲線走勢越強，盤徑適當時，曲線的走勢較平緩。2）剛開始加載時壓力較小，位移荷載比較小；隨著荷載的增大，位移荷載比也增大，在荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。

單盤樁抗壓模型樁周土體的破壞狀態(tài)隨盤徑的變化見圖3。

圖3　抗壓單盤樁樁周土體的破壞狀態(tài)

由圖3可看出：受力盤的盤徑不同，樁周土體的破壞狀態(tài)不一樣。1）隨著加載壓力的增大，樁發(fā)生的豎向位移也增大，樁受力盤上部土體由剛加載時出現(xiàn)的與盤稍微分離發(fā)展到分離范圍加大，直到土體破壞。2）盤下土體隨著壓力的增大而受到壓縮變形，壓縮到一定程度時，土體往盤邊沿擠出，直到土體破壞。3）加載壓力相同的情況下，隨著盤徑的增加，盤上與盤下土體發(fā)生的變化都減小。

2.2抗壓雙盤樁試驗結果分析

圖4為抗壓雙盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖4　抗壓雙盤樁在壓力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖4可看出：1）不同盤徑的位移荷載比不一樣，隨著盤徑的增大，位移荷載比越來越小；盤徑越小，曲線走勢越強，盤徑適當時，曲線走勢較平緩。2）剛開始加載時壓力較小，位移荷載比較小；隨著荷載的增大，位移荷載比也增大，在荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。

雙盤樁抗壓模型樁周土體的破壞狀態(tài)隨盤徑的變化見圖5。

圖5　抗壓雙盤樁樁周土體的破壞狀態(tài)

由圖5可以看出：盤上土體的破壞趨勢大致一樣，但因為盤的直徑不同，各樁的破壞狀態(tài)不盡相同。1）隨著加載壓力的增大，樁發(fā)生的豎向位移增大，樁受力盤上表面的土體由剛加載時出現(xiàn)的較小位移發(fā)展到樁土分離范圍加大，直至土體破壞。在樁土分離的一定范圍內(nèi)，跟樁的位移成正比關系。2）盤下土體隨著荷載的增大而受到壓縮變形，壓縮到一定程度時，土體往盤邊沿滑移，造成土體破壞。3）盤徑較小的樁，盤間土體因荷載作用而受到的影響不大；隨著盤徑的增大，盤間土體受到明顯影響，盤上表面的樁土分離、盤下部土體壓縮滑移都有較大變化。

2.3抗拔單盤樁試驗結果分析

圖6為抗拔單盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖6　抗拔單盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖6可看出：1）不同盤徑的位移荷載比不一樣，隨著盤徑的增大，位移荷載比越來越小；盤徑越小，曲線走勢越強，盤徑適當時，曲線走勢較平緩。2）剛開始加載時拉力較小，位移荷載比較小；隨著荷載的增大，位移荷載比也增大，荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。

單盤樁抗拔模型樁周土體的破壞狀態(tài)隨盤徑的變化見圖7。

圖7　抗拔單盤樁樁周土體的破壞狀態(tài)

由圖7可看出：1）隨著加載拉力的增大，樁發(fā)生的豎向位移也增大，樁受力盤下表面及盤端的土體由剛加載時出現(xiàn)的較小位移發(fā)展到樁土分離范圍加大，直至土體破壞。在樁土分離一定范圍內(nèi)，跟樁的位移成正比關系。2）所有樁周土體的破壞形式相差很小，盤上表面的土隨著拉力的增大而往樁端滑移，直到土體破壞。3）在加載拉力相同的情況下，隨著盤徑的增加，盤上與盤下土體發(fā)生的變化都在減小，盤上水平壓力增大范圍也變小。

2.4抗拔雙盤樁試驗結果分析

圖8為抗拔雙盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線。

圖8　抗拔雙盤樁在拉力加載作用下的位移-荷載曲線

由圖8可看出：1）剛開始加載時拉力較小，位移荷載比較小；到隨著荷載的加大，位移荷載比也增大，在荷載增加到一定程度時，會直接導致土體破壞。2）當荷載拉力較小時，不同盤間距對應的位移荷載比大小相差不大；隨著荷載的增大，不同盤間距的位移荷載比差異也增大。

雙盤樁抗拔模型樁周土體的破壞狀態(tài)隨盤徑的變化見圖9。

圖9　抗拔雙盤樁樁周土體的破壞狀態(tài)

由圖9可看出：由于樁盤直徑不同，各樁的破壞狀態(tài)也不盡相同。1）跟抗拔單盤試驗樁差不多，隨著加載拉力的增大，樁發(fā)生的豎向位移也增大，樁受力盤下表面及盤端的土體由剛加載時出現(xiàn)的較小位移發(fā)展到樁土分離范圍加大。2）盤上表面土隨著拉力增大而往樁端滑移，直到土體破壞。但因為盤間距不一樣，盤間土體所受到的破壞也不同。3）盤間土體所受影響大小跟盤間距成反比，上、下盤下部土體幾乎同時出現(xiàn)裂縫，表明上盤和下盤是同時受到荷載拉應力作用的；當達到一定荷載極限時，上、下盤均會遭到破壞。

3　結論

（1）在豎向壓力作用下，盤徑相同的單雙盤樁隨著加載壓力增大而產(chǎn)生的豎向位移也增大，直至土體破壞。當樁上加載的荷載一樣時，單盤樁盤徑越大，盤上、下土體所發(fā)生的分離與滑移變化越小；雙盤樁盤徑越大，上、下盤間所發(fā)生的土體變化越明顯。盤徑較小的樁，盤間土體受荷載作用的影響不大，隨著盤徑的增大，盤間土體也受到明顯影響。

（2）在豎向拉力作用下，單雙盤樁隨著加載拉力增大而產(chǎn)生的豎向位移也增大，直至土體破壞。在加載拉力相同的情況下，隨著盤徑的增加，單盤樁盤上與盤下土體發(fā)生的變化都減小。雙盤樁盤間土體所受影響大小與盤間距成反比，且上、下盤下部土體都因為豎向拉力作用產(chǎn)生樁盤分離現(xiàn)象。

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U455.7

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2016-03-05