某泵站工程樁基水平荷載試驗研究

黎偉林

（深圳市水務工程檢測有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

深刻認識和掌握土質邊坡里水平力對建筑下部結構的影響和結構的變形特點對建筑的穩定性和安全性具有重要的意義。基于此，文中以某泵站工程樁基為例子，開展了樁基水平荷載試驗，對樁體受到水平力時的變形特點進行了研究和分析。

2 工程概況和試驗方法

2.1 工程概況

此泵站建設于坡地場地，建筑場地的地貌為剝蝕殘丘，有較高的地勢，場地對原有地形進行了保留，12.70 m為邊坡處于建筑場地上部的垂直高度，10.70 m 為邊坡處于建筑場地下部的垂直高度，邊坡整體坡度達到40°。坡體四周有較為茂密的植被，坡體土質根據形成原因可以分成基巖、殘積土和坡積土。此場地所建設的泵站基礎所用樁的類型為灌注樁，C30為成樁混凝土強度，1 200 mm為樁徑，10.12～10.44 m為樁長。

2.2 試驗方法

此次試驗的反力樁和試樁選取的為工程用樁，完成樁的澆筑并養護超過12 d。選取了兩組樁來開展試驗，開始試驗前，對每組里的樁進行編號，分別為14#、15#和28#。將坡向問題考慮在內，選擇的14#和28#樁的荷載施加方向為逆坡傾向，選擇的15#樁的荷載施加方向為沿坡走向。并且14#、15#樁設置于和邊坡走向相同的軸線上，和坡腳距離為0.90 m，兩樁有著相同的地層分布；28#樁所處軸線與前兩樁不同，在另一條軸線上和坡腳距離為13.30 m。在每一組樁中，將專門布設的地面聯系反力梁和2 根反力樁結合在一起，達到一起貢獻反力的作用，其中40 cm×40 cm 為梁截面尺寸。在地表部位把試樁的樁頭制作成方形，反力梁截面和試樁荷載施加方向都與地面垂直，水平荷載的施加方式為千斤頂方式，各個反力系統會將最后的最大荷載值（約為850 kN）給出。控制標準定為位移，當水平位移大于6 mm并且小于10 mm時試驗結束。

試驗過程中位移測量選擇百分表，將兩個百分表安裝在試樁樁頭受力側的反面，兩個百分表的位置分別置于千斤頂施加力的軸線上和上部500 mm位置。同時將一個百分表安裝在距離試樁較遠的第2 根反力梁上，對試樁的實際位移進行測量；通過讀測千斤頂上的壓力表來判斷施加荷載的數值，注意，在使用千斤頂前要對其標定；之外，設置了球鉸，讓試樁軸線和千斤頂施加的力保持在相同直線上，并使力分布均勻。

此次加載與國家規定的多循環加卸方法相符，將其分成8級進行加載，各個分級之間相差荷載量為100 kN。每級加載和卸載都進行了5次，每次恒定水平荷載施加時間為4 min，卸載持續時間為2-3 min，并對百分表進行讀數。

3 分析試驗結果

3.1 時間和水平位移、水平間的關系

記錄下每級荷載在每次循環的百分表讀數，得出水平位移在加載和卸載時的值，樁露出地面部位的轉角通過加載時上百分表和下百分表讀數的差值來求得；如表1所示即為荷載和關鍵控制性位移關系。對測出的數據進行整理分析，能夠繪制出水平力、時間、水平位移之間的關系圖，即H0-t-X0關系曲線，如圖1～圖3所示，向上箭頭代表加載，向下箭頭為卸載。

表1 荷載和關鍵控制性位移的關系表

由表1和圖1～圖3得到：對于28#、15#和14#樁，荷載值在水平位移達到6 mm時分別是615 kN、大于846 kN和831 kN。由此得出各個樁的平均水平承載力比764 kN 大，水平承載力允許值都要比615 kN 大。28#、15#和14#樁的水平位移分別達到2.60 mm（荷載對應為46.10 kN）、2.60 mm（荷載對應為70.70 kN）、4.40 mm（荷載對應為76.90 kN）時，各自樁的水平位移都突然增大，增加量達到約1.30 mm，不過在這次突增之后水平位移的變化趨勢又趨于變化前的平穩狀態。28#、15#和14#樁的力學響應因為各自位置和坡腳遠近的不同而表現出較大的差異，具體表現為水平承載力隨坡腳距離的減小而增大。這也將不利條件下有益的方面表現了出來，具體為垂直分力作用于邊坡土體上，會使樁身受到比較高的球應力，會在一定程度上提高整體的抵抗能力，不過無法看出不同坡向和施力方向造成的影響，體現了土質邊坡有著均勻性的特征，此現象和巖質邊坡坡體結構鮮明的方向性特征相比有很大差異。

圖1 14#樁H0-t-X0關系曲線圖

圖2 15#樁H0-t-X0關系曲線圖

圖3 28#樁H0-t-X0關系曲線圖

3.2 位移梯度和水平力的分析

對測出的數據進行整理分析，繪制出位移梯度和水平力關系曲線，即H0-（DX0/DH0）關系曲線，對于28#、15#和14#樁，位移梯度分別約在46 kN、71 kN、72 kN荷載時會出現突然增加的現象，此段直線斜率相同，表明增加的速度不變。在施加荷載的范圍里，并沒有再次產生斜率更大的特征點，這也表明在此荷載下，所用樁的工作情況都比較令人滿意。參考國家相關規定和設計標準，出現下面情況的一種即可終止水平荷載試驗的加載：第一個為樁身出現破壞斷裂；第二個是樁頂位置的水平位移大于20 mm；第三個是樁體地表位置有較大隆起和顯著裂縫的出現。在此次試驗中，以上三種情況都沒有出現。根據工程經常使用的方式，水平承載力允許值取水平極限荷載力的50%，所以綜合考慮，在此建筑場地將水平位移最大值定為6 mm是十分合理和安全的。除此之外，將上部結構會受到樁基力學響應的影響考慮在內，設計時選取位移控制和選取水平承載力控制，前者更加科學合理，掌握起來也比較簡單。

4 結論

①此建筑場地將水平位移最大值定為6 mm是十分合理和安全的。之外，設計時選取位移控制更加科學合理。②樁的力學響應具體表現為水平承載力隨坡腳距離的減小而增大。垂直分力作用于邊坡土體上，會使樁身受到比較高的球應力，在一定程度上提高了整體的抵抗能力，體現了土質邊坡有著均勻性的特征。