侯胜男
(华东建筑设计研究院有限公司,上海 200041)
摘 要:结合上海软土地区12个场地57根单桩水平静载荷试验,研究建筑桩基单桩在水平荷载作用下的受力特点。根据试验实测数据,探讨不同桩径、不同试验加载方法及灌芯对预应力空心桩受力性状影响等因素,认为建筑工程中,可选择桩径较大或者采用在桩顶一定范围内扩大桩径的做法进行单桩水平承载力优化设计,试验加载方式建议可采用单向单循环恒速水平加载法,预应力空心桩顶部灌芯可作为水平承载力的安全储备,为软土地区类似工程的单桩水平承载力的设计和理论研究提供参考。
关 键 词:单桩水平承载力;影响因素;桩径;加载方式;灌芯
1 引 言
建筑工程桩基主要以竖向承载为主,但由于现今城市发展的需要,尤其是随着对建筑抗震设计要求[1-2](主要指上部结构的抗震设计要求)不断系统和严格,与之相应的地基基础抗震设计特别是桩基础的抗震设计要求也亟待相应匹配并明确,2010版上海《地基基础设计规范》[3]要求建筑桩基进行水平抗震验算,因此,单桩水平承载力的确定成为了其中的关键问题之一。与竖向承载相比,承压桩的水平承载力问题更为复杂,我国早期于1979-1980年在黄河洛口的中压缩性黏土和粉砂土中进行了一批桩基载荷试验[4-5],沈保汉[6]对单桩在水平荷载下的工作机制进行了研究,徐枫[7]对上海地区已建建筑物进行PHC桩单桩水平承载力试验分析认为,基础梁背侧土体对承载力提高有一定作用,桩顶自由条件下的承载力数值比按规范计算值要大很多。黄银冰等[8]通过现场试验研究水泥土桩增强灌注桩水平承载特性的效果,打设水泥土桩能够控制灌注桩水平位移的发展,提高灌注桩水平承载的极限荷载,幅度约为25%,对于灌注桩水平承载的临界荷载基本没有贡献。实际工程中进行单桩水平承载力试验资料较多地集中在港口、市政等行业,亟需开展针对上海软土条件下较系统的单桩水平承载力试验分析研究,为工程发展做好技术积累,满足桩基水平抗震验算的要求。
本文收集上海典型软土地层中单桩水平承载力静载荷试验,共得到12个场地57根不同试验桩资料[9-11],分析单桩在水平荷载作用下的受力特点,分析不同桩径、不同试验加载方法及灌芯对预应力空心桩受力性状影响等,若干影响单桩水平承载力的因素,为软土地区类似工程单桩水平承载力的设计和理论研究提供参考。
2 试验概况
单桩水平承载力静载荷试验资料总共12个场地共计57根试验桩,涵盖灌注桩、预应力管桩、预制空心方桩、预制方桩等,分布于上海浦东、普陀、闵行等市区及郊县多个区域(见表1)。
试验采用顶推法加荷,试验土层为原状土,根据场地情况开挖1~3 m不等。试验加载方法采用上海市《建筑基桩检测技术规程》[12]中规定的方法,大部分试验桩采用单向单循环恒速水平加载法。在试验过程中,为了考虑试验加载方法对水平承载力的影响,选择一个场地进行了单向单循环恒速水平加载法和单向多循环加卸载法的对比试验。试验大部分是达到水平位移超过40 mm后停止加载,从实测情况来看基本是都做到了桩周土破坏,典型场地试验曲线如图1所示。
3 主要影响因素分析
单桩水平承载力不仅取决于桩的截面、刚度、入土深度、土质条件等因素,还与桩顶容许水平位移、桩顶嵌固情况以及作用在桩顶上的竖向荷载水平密切相关,它是桩-土共同作用的表现。依据现有试验资料,分析不同桩径、不同试验加载方法及灌芯对预应力空心桩受力性状影响等若干影响单桩水平承载力的因素。
表1 试验资料汇总表
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工程编号
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工程地点
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桩型
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桩尺寸/mm
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试验根数
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试验标高/m
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试验土层
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水平临界荷
载值/kN
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水平承载力
极限值/kN
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T1-CF
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普陀区金沙江路
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灌注桩
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Φ550
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4
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-2.0
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②1黏质粉土夹粉质黏土
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80~130
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160~300
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Φ650
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3
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T2-SL
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浦东张杨北路
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PHC
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Φ400
|
3
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-2.0
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②粉质黏土
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45~55
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60~65
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T3-DW
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康桥工业园区
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PHC
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Φ400
|
2
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-1.0
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②褐黄色粉质黏土
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80
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115~120
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T4-ML
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闵行梅陇镇
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预应力空心方桩
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400´400
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5
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-1.2
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②褐黄色粉质黏土
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80~150
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100~200
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S1-LG
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老港镇
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灌注桩
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Φ700
|
3
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-0.5
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①吹填土
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150~240
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240~330
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S2-GB
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黄浦区
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灌注桩
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Φ850, Φ700
|
2
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-2.0
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②黏土
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80~200
|
120~280
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S3-CS
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松江辰山
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灌注桩
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Φ800
Φ600
|
16
|
-3.0~-4.0
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③1粉质黏土
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135~180
76~95
|
202.5~225
114~133
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S4-HQ
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闵行区华漕镇
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灌注桩
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Φ700
|
4
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-10.0
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④层灰色淤泥质黏土层
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>300
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S5-JS
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金山石化
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