基樁自平衡法與傳統靜載試驗荷載傳遞機理區別的研究

胡 倫

(貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽 550008)

0 引言

基樁自平衡法最早是由日本學者Nakayama0在1969年提出，直到80年代才由美國J.0sterberg教授推廣開來，應用在總多重大工程項目中。史佩棟教授0等在90年代將基樁自平衡法引進并推廣，同時做了大量的土工試驗模型進行研究。

樁基礎具有隱蔽性，在樁基礎的施工過程中容易受到地質環境中各種不可預測因素的影響而導致樁基礎承載力不足。傳統的堆載法和錨樁法常常受到現場環境和技術的限制，試驗荷載越高相應的試驗難度也就越大，故傳統的堆載法和錨樁法的試驗荷載值受到限制，一般不超過50MN。而基樁自平衡法是一種在樁身內部預先埋置荷載箱，通過荷載箱對樁體施加反作用力的載荷試驗方法。具有試驗方便簡單、經濟省力、快速省時、適用于各類型樁和不受場地條件限制等優點。目前，基樁自平衡法缺乏與傳統堆載法和錨樁法的對比研究。本文通過對基樁自平衡法和傳統靜載試驗方法荷載傳遞傳遞機理分別進行研究，得出了這三種基樁載荷試驗的荷載傳遞機理的特點和區別

1 基樁受力性狀

1.1 抗壓樁受力性狀

抗壓樁的承載力主要是由基樁的樁端阻力和基樁的樁側摩阻力構成。在不同類型的土壤中，抗壓樁樁側阻力分布情況各不相同，在沙土中為均勻分布，在黏土中則為拋物線型。在進行堆載法荷載試驗時，基樁受到荷載作用樁上部的側阻力最開始產生，隨著外部作用力的逐漸增加，基樁從上到下的樁側阻力也漸漸產生。在此期間，樁端阻力也在慢慢增加。樁身所收到的外部荷載除了由樁側阻力承擔外，樁端部摩阻力也發揮著作用。基樁的樁側摩阻力受到樁身與巖土體截面、樁身幾何尺寸和樁周巖土體的物理力學性質影響而變得較為復雜。樁側阻力會隨著樁周巖土體抗剪強度、樁與土體接觸界面上擦力和樁身尺寸的增大而增強。基樁埋深的越大，樁身上某一位置處的樁側摩阻力是逐漸減小的，但是在樁端處的樁側摩阻力卻會相反的出現增強現象，兩者之間的減弱與增強沒有一定的線性關系，這使得樁側摩阻力的變化較為復雜。

1.2 受拔樁受力性狀

在高層建筑及一些特殊的建筑中，基樁因受到地震和浮力等因素的影響會受到拉拔力，故將這些基樁稱為受拔樁。

圖1 抗壓樁受力圖

圖2 受拔樁受力圖

受拔樁受到的外部荷載由只由樁側阻力承擔，同時樁身的自重會抵消掉一部分的外部荷載作用。基樁在外部拉拔力的作用下會產生相對于土體的向上運動的趨勢，而樁身與樁周巖土體接觸面上的樁側阻力會阻礙這樣的運動趨勢。基樁樁側摩阻力隨著外部拉拔力的增大會自上而下逐步發揮作用。當基樁在外部拉拔力的作用下產生位移時，樁側的巖土體會出現軟化現象，樁身與樁周巖土體只剩下殘余的強度。

1.3 自平衡法基樁受力性狀

基樁自平衡法由于荷載箱的作用，將樁身分為上下兩個部分。下段樁身受荷載作用和抗壓樁一樣，在外部荷載壓力作用下產生樁端阻力和樁側摩阻力，只不過受到外部壓力是荷載箱的反作用力，這個反作用力是上段樁身的摩阻力；上段樁身和受拔樁一樣，但是荷載作用位置不同，在外部荷載作用下受拔樁的樁側摩阻力是由上至下而產生，但是自平衡法的荷載箱是在上段樁的下部，故其荷載是由下至上而產生0。

圖3 自平衡法基樁受力圖

2 荷載傳遞機理區別

2.1 受力狀態不同

受壓樁在外部荷載作用下，樁身變粗，樁側的巖土體受到擠壓，樁側巖土體變得密實，這樣會使得受壓樁在外力作用下其樁側阻力增大，基樁承載能力增強；而受拉樁正好相反，其樁身在外部拉拔力的作用下會被拉細，樁身與樁周巖土體的接觸變得松弛不緊密，這樣會使得樁側摩阻力減小，基樁的承載力變小。自平衡法與傳統的基樁承載力測試方法由于荷載作用的位置不一樣，其樁側摩阻力的分布也就不同。自平衡法上段樁的底部受壓，樁身變粗，樁周巖土體受擠壓使得樁側摩阻力較大，樁側摩阻力至下而上逐漸減小，其上端為負摩阻力。巖土體在原始狀態下，其應力處在平衡狀態，傳統的基樁承載力試驗時，樁側巖土體受力狀態發生改變，其垂直方向的主應力增大，從而其平均應力也在增大；自平衡法的上段樁身底部受壓，但是其上部任然松弛，在實驗過程中，樁側巖土體垂直方向上的主應力減小，平均應力也隨之減小0。

2.2 破壞形式

在靜載試驗時，抗壓樁在外部荷載作用下樁側阻力逐步發揮，當樁側阻力增大到極限值時，樁端阻力也慢慢發揮作用，一直到樁端阻力超過巖土體的極限值時才破壞；受拔樁則只有樁側阻力來承擔外部荷載。基樁自平衡法加載過程中破壞時，只能是上段樁身與樁周巖土體的剪切破壞，樁周巖土體被向上推擠而變得松散，樁周巖土體的強度降低，上段樁身受到的樁側阻力要比傳統的基樁試驗要低。

3 結論

本文對受壓樁、受拔樁和自平衡法基樁的受力性狀進行了分析，對自平衡法和傳統基樁承載力測試方法對比進行研究，得出自平衡法基樁受力狀態與破壞形式與傳統的基樁承載力試驗的區別。

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