斜樁基礎受力特性研究

張志昊

漳州城投建工集團有限公司，福建 漳州 363000

0 前言

樁基礎作為海上鉆井平臺、海上風電和輸電塔工程中最常用的基礎形式，而斜樁基礎具有一定水平承載性能，因此被廣泛應用于海洋基礎。

國內外學者針對樁基礎水平特性開展了較多研究［1］［2］［3］［4］。朱斌等［5］開展了海洋軟黏土中大直徑單樁基礎的現在水平循環加載試驗；陳仁朋等［6］則通過群樁水平循環加載模型試驗，發現各基樁分擔的水平荷載不斷變化，前排樁得到更多發揮；朱小軍等［7］進行了類似水平循環加載試驗，發現隨著循環荷載幅值的增加，前排樁的作用得到加強，而后排樁呈現逐級降低的趨勢；梁發云等［8］進行了單樁和群樁水平循環加載試驗，發現樁身彎矩隨加載頻率的增加而增大。而斜樁基礎水平循環特性的研究相對較少，曹衛平［9］和李煜璇［10］進行了斜樁單樁基礎水平循環加載模型試驗，發現正斜樁承受水平循環荷載的變形性能優于負斜樁，并且正斜樁水平極限承載力亦大于負斜樁。

通過文獻調研發現，水平循環荷載作用下斜樁群樁基礎的工作機理及承載性能尚不明晰，仍需繼續研究。本文擬對斜樁群樁基礎進行水平循環加載模型試驗，分析循環次數和斜樁斜度對群樁基礎水平位移、樁身彎矩的影響規律。

1 試驗概況

1.1 模型制作及設置

模型試驗在2000mm（長）×1000mm（寬）×1500mm（高）的模型槽中進行，模型槽側面設置電機匹配定滑輪實現水平循環荷載加載。電機上的電動輪帶動鋼絞線對承臺產生拉力，控制電機轉速來調節循環加載頻率，承臺水平位移采用LDT 位移計測量。模型樁采用PVC 管樁，其外徑為20 mm，壁厚2 mm，樁長735 mm，萬能機上拉壓試驗測試其彈性模量為800 MPa。樁頂方形承臺采用混凝土澆筑，承臺邊長200 mm，厚度為75 mm，樁頂嵌入承臺深度為35 mm。樁身內側貼有電阻應變片，測試樁身應變，沿樁長軸線對稱非等間距布置8 對應變片，如圖1 所示。

圖1 樁身應變片位置

1.2 地基土制備

地基土樣采用粉土，粉土顆粒級配較均勻，粒徑集中于0.01～0.1 mm，相對密度2.69，黏聚力2.0 kPa，液限33%，塑限24%，塑性指數9。地基土采用300 mm 分層振搗填筑，每層填土采用輕型電動振動儀振實兩遍，從而保證每層填土的均勻性，填土完成后，加水緩慢飽和地基土。

1.3 試驗過程

群樁基礎采用2×2 對稱布樁，一側為豎直樁，一側為斜樁，入土深度為600 mm，出露高度100 mm。本文采用低頻循環荷載，試驗過程中控制作動桿的加載頻率在2 Hz，斜樁斜度分別為1：4，1：5，1：6 和1：7，共進行了斜樁群樁16 組水平循環加載試驗。試驗時施加頻率為2 Hz 時，每級循環荷載完成后，需重新填筑地基土，之后再進行其他水平循環試驗。試驗過程中樁身彎矩等數據均由樁身應變片數據通過轉換獲取，應變片讀數由動態應變測量儀采集。

2 試驗結果及分析

2.1 荷載-位移關系曲線

群樁基礎水平循環荷載-位移變化曲線如圖2 所示。由荷載位移曲線可以看出，斜樁斜度由1：7 增加到1：6，1：5，1：4 時，土表樁身最大水平位移分別為0.97 mm，0.93 mm，0.81 mm，0.72 mm，降幅分別為4%，16%，26%，并且斜樁土表樁身殘余水平位移亦隨之斜度的增加而減小。

圖2 荷載-位移曲線

圖3 樁身彎矩圖

2.2 樁身彎矩

選取水平位移幅值為2 mm 的群樁基礎水平循環加載試驗結果進行分析，樁身彎矩如圖3 所示。樁身彎矩最大值深度不隨循環次增加而變化，位于樁身相對深度1/3 位置處，樁身彎矩隨循環次數的增加而增大，當循環次數增加到15 次后，樁身彎矩增加幅度趨于穩定，每15 次循環增幅將近10%；豎直樁樁身彎矩相對斜樁更大，循環次數達到60 次時，斜樁斜度為1：7，1：6，1：5 和1：4，對應的最大樁身彎矩分別為159.4 N·m，134.7 N·m，74.5 N·m 和53.3N·m，可見斜樁樁身彎矩隨斜度的增加急劇減小，減幅達25%左右。

3 結論

（1）群樁水平循環加載荷載位移曲線非線性較為明顯，隨著水平位移幅值的增大，斜樁土表樁身殘余水平位移亦隨之斜度的增加而減小。

（2）樁身彎矩隨著循環次增加而增大，其峰值位置基本相同，斜樁斜度由1：7 增加到1：6，1：5 和1：4 時，樁身彎矩急劇減小，減幅達25%左右。