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軟巖地基中大直徑布袋樁抗拔試驗研究

2015-12-14 791 0

郭 楠1，陳正漢1, 2，黃雪峰1, 2，楊校輝1
（1. 蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2. 后勤工程學(xué)院 建筑工程系，重慶 400041）

　　摘 要：西北地區(qū)深大基礎(chǔ)工程日益增多，兼顧基礎(chǔ)抗浮和耐久性問題的研究空白，借助西寧火車站綜合改造工程，引入大直徑布袋樁技術(shù)，有效解決了基礎(chǔ)抗浮和耐久性問題；選擇6根試樁進(jìn)行了現(xiàn)場單樁抗拔載荷試驗，最大加載量為9 060 kN；運用MATLAB軟件分別擬合出3種抗拔極限承載力預(yù)測函數(shù)模型的曲線，同時運用PLAXIS軟件對不同等級荷載樁-土位移進(jìn)行模擬，并與實測的荷載-位移曲線對比分析。研究發(fā)現(xiàn)：雙曲線和冪函數(shù)模型較適合此類抗拔樁極限承載力預(yù)測；本地區(qū)類似地基預(yù)測大直徑緩變形抗拔樁極限荷載所需的極限位移標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)由0.030D減小為0.025D；僅根據(jù)土層的物理力學(xué)特征確定抗拔樁樁周土的極限摩阻力不夠完善，至少還要考慮埋深不同對具有相似物理力學(xué)特征土層性質(zhì)的影響。
　　關(guān) 鍵 詞：布袋抗拔樁；極限承載力；預(yù)測模型；靜載試驗
　　1 引 言
　　西北地區(qū)的深基礎(chǔ)工程日益增多，相應(yīng)的基礎(chǔ)抗浮問題變得日益突出。相對于軟土地基而言，本地區(qū)的地基條件相對較好，但是以往未被重視的強(qiáng)風(fēng)化巖層，泥巖層與石膏巖層相互夾雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水極易軟化，長時間暴露在空氣中易崩解，強(qiáng)度大量喪失，導(dǎo)致地基土強(qiáng)度驟降[1]；同時鹽漬土在西北地區(qū)廣為分布（特別是在甘寧青新等4個省區(qū)），其鹽脹性、溶陷性、腐蝕性較強(qiáng)[2]，對樁身混凝土和鋼筋危害嚴(yán)重，特別是浸水溶陷后對樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力而造成樁承載力降低[3]。為了解決類似地基抗浮問題[4]，亟待引入深厚層或夾硬層軟土地區(qū)常用的布袋抗浮樁或抗浮錨桿技術(shù)[5－8]，同時試圖通過適當(dāng)增大樁身直徑解決抗浮問題。布袋起到隔離漿液體、形成較規(guī)則的注漿體的作用，而且形成排水通道，可加速土體的固結(jié)；但是布袋對抗拔樁側(cè)摩阻力影響如何，這在西北地區(qū)尚無經(jīng)驗可尋。
　　另外，工程實踐中，由于荷載裝置、試樁費用、工程施工進(jìn)度以及試驗終止條件等限制，未能將試樁壓至破壞，所得的荷載-變形曲線（即U-δ曲線）是不完整的，不能直接得到單樁極限承載力[9]，這對了解和確定單樁的承載性能帶來不便。如何利用已獲得的樁基荷載-沉降實測數(shù)據(jù)，探索一種實用的樁基荷載性能的理論計算方法，合理預(yù)測單樁極限承載力，具有重要的現(xiàn)實意義。對此，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量理論和試驗研究[10－14]，提出了雙曲線函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等多種數(shù)學(xué)模型預(yù)測方法。但是西北地區(qū)類似地基土中抗浮樁承載特性、設(shè)計施工要點可查文獻(xiàn)匱乏，亟待解決根據(jù)實測數(shù)據(jù)選擇合適模型、預(yù)測抗浮樁極限承載力等一系列重要問題。因此，本文借助西寧火車站綜合改造工程項目，在不同位置進(jìn)行了2組共6根布袋樁抗拔試驗，采用3種常用函數(shù)模型預(yù)測了其極限承載力并利用PLAXIS軟件分別對其進(jìn)行數(shù)值模擬對比分析。
　　2 試驗概況
　　西寧火車站綜合改造的基坑工程是西北地區(qū)建設(shè)規(guī)模最大、深度最深、施工難度最大、歷時最長的基坑群工程[1]。本文試驗在地下空間基坑和地鐵西寧站基坑中進(jìn)行，前者開挖深度為設(shè)計地面標(biāo)高下-11～-16 m，后者開挖深度為設(shè)計地面標(biāo)高下-27 m，均需考慮基礎(chǔ)抗浮問題。
　　2.1 地層巖性
　　場區(qū)地層自上而下為：①雜填土（Q4me）、②卵石（Q4al）、②-1細(xì)砂、③強(qiáng)風(fēng)化層（E）、④中風(fēng)化層（E）、⑤微風(fēng)化層（E），見表1。其中雜填土層下部以粉土為主，內(nèi)含石膏顆粒，干強(qiáng)度低，韌性低；強(qiáng)風(fēng)化層節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水極易軟化，長時間暴露在空氣中易崩解。結(jié)合工程經(jīng)驗，土體基本參數(shù)見表1。另外，第三系泥巖石膏巖中含量為314.6～177 470.8 mg/kg，含量為53.2～24 815.0 mg/kg，pH值為7.05～8.94，含鹽量為0.64%～28.04%，為強(qiáng)—超硫酸鹽、亞硫酸鹽、亞氯鹽、氯鹽鹽漬土。對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性，場地土電阻率值為20～40 Ω·m，對鋼結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性。第三系石膏巖中K、Na離子含量為588.6～89 324.4 mg/kg，離子含量為0.18%～25.70%，屬強(qiáng)鹽脹性。
表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)
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    土層
    
                		
            
            
    層厚
    
            
    /m
    
                		
            
            
    重度
    
            
    /(kN/m3)
    
                		
            
            
    內(nèi)摩擦角j/(°)
    
                		
            
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