靜載試驗方法在水閘地基土體抗拔變形量計算中的應用

王丹丹

（遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010）

水閘地基受土體抗拔變形影響較為明顯， 因此在進行水閘地基穩定性設計時需對其土體的抗拔應力進行分析，從而分析其抗拔受力變形程度［1］。 近些年來，雖然對于水閘地基穩定性研究在逐步深入［2-8］，但這些成果大都未能對其土體的抗拔應力進行分析。在其他工程領域，其地基土體的抗拔應力已逐步開始研究［9-15］，這其中靜載試驗方法應用較為成熟，但在水利工程方面還未得到相關應用， 為此本文結合遼寧地區某水閘工程實例， 對其土體抗拔應力進行分析， 從而分析該方法對水閘地基土體抗拔受力變形的影響程度。 研究成果對于水閘地基土體穩定性設計具有重要參考意義。

1 研究方法

靜載試驗方法對水閘地基的土體進行極限抗拔變形的計算分析，分析方程為：

式中 ΔT為切向應力（kPa）；?為內摩擦角（°）；c為黏聚阻力（kPa）；ΔL為土體滑面寬度（mm）；ΔR為法向應力（kPa）。 法向應力計算方程為：

式中 Kp為側向應力系數；θ為水平矢量夾角 （°）；ΔQ為法向應力（kPa），其計算方程為：

式中 γ為土體總量（kg）；Z為縱向深度（mm）；H為橫向位移（mm）。 對水閘土體靜力荷載進行計算：

式中 x為中心點距（mm）；Δx為變化距離（mm）；μ為圓周破壞比；Pv為靜力荷載（kPa）；q為受力單元的計算荷載（kPa）。

對土體的靜力荷載進行極限求解計算：

對水閘地基土體承載應力計算的方程：

式中 WP為地樁質量 （kg）；L為地樁長度總值（m）；τmax為剪切應力最大值，其計算方程為：

式中 ?′為傾斜轉角（°）；K為垂向應力參數。

2 工程實例分析

2.1 土體結構參數

以遼寧某水閘建設為實例， 對其水閘地基土體的抗拔應力進行探討， 該水閘采用4根樁體進行加固，各樁體地基土層的主要參數如表1。

表1 水閘地基土體參數情況

2.2 水閘地基土層位移分析

分別采用傳統原位觀測和靜載試驗方法對不同地基開挖深度下的土層位移進行對比計算， 結果如表2。

表2 不同開挖深度下的水閘地基土層位移對比計算結果

從不同開挖深度下的水閘地基土層位移對比計算結果可看出， 傳統采用原位測定方式的不同開挖深度的土體和樁體變形位移量都要高于靜載試驗方法計算的位移量， 這主要因為靜載土體自重影響所致， 使得水閘地基土體和樁體位移較傳統原位觀測方法有所減小。 土體抗拔應力隨開挖深度遞增而有所減小，土層彈性模量受樁體位移影響較為明顯，水閘地基土體外擴形變主要出現在開挖深度低于4.5m以后。

2.3 水閘地基土體抗拔變形量分析結果

分別采用傳統原位觀測方法和靜載試驗方法對水閘地基不同變形量下的抗拔變形量進行對比分析，計算結果如表3。

表3 不同方法變形量計算對比結果

從不同方法變形量計算結果對比結果可看出，基于靜載試驗方法下水閘地基土體不同觀測變形量下的計算誤差均低于25%， 而傳統原位觀測方法下其誤差均要高于靜載試驗方法， 靜載試驗方法的變形量計算誤差平均降低8.6%， 這主要是因為靜載試驗方法可考慮水閘土體地基自身重力的影響， 使其不同抗拔變形條件下的土體變形計算精度更高。

2.4 水閘地基土體抗拔應力分析結果

采用靜載試驗方法對不同軸力條件下的水閘土層地基土體和樁體的抗拔應力進行分析， 分析結果如表4和表5。

表4 不同軸力條件下的水閘土層地基土體抗拔變形量計算結果

表5 不同軸力條件下的水閘土層地基樁體抗拔變形量計算結果

從不同軸力條件下的水閘土層地基土體和樁體抗拔變形量計算結果可知， 水閘地基抗拔應力隨著軸力的增加而有所提升， 這主要因為水閘地基土層受抗拔應力和軸力耦合作用， 使得其縱向變形量不斷增加，土層和樁體變形位移最大值為軸力510kN以下時。 水閘抗拔強度最大設計值為510kN。

3 結語

（1） 土體抗拔變形量隨開挖深度遞增而有所減小，土層彈性模量受樁體位移影響較為明顯，水閘地基土體外擴形變主要出現在開挖深度低于4.5m以后。

（2） 靜載試驗方法的變形量計算誤差平均降低8.6%， 這主要是因為靜載試驗方法可考慮水閘土體地基自身重力的影響， 使得其不同抗拔變形條件下的土體變形計算精度更高。

（3） 水閘地基抗拔應力隨著軸力增加而有所提升， 這主要因為水閘地基土層受抗拔應力和軸力耦合作用，使其縱向變形量不斷增加。