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《建筑設計管理雜志》2014年第八期

1試驗方法

本次試驗模型槽用磚塊壘砌而成，深度為1.3m，槽內平面凈尺寸為2.1m×1.9m。模型地基分兩層，下層采用中砂，厚度20cm，用作墊層；上層土取自南京農業大學工學院椅子山下，厚度85cm，用作樁周土，其主要基本性質見表1、表2和圖1。凝土具有一定強度后，用切割機脫模。在標準條件下養護28d，即得試驗所用模型試樁。物理參數見表3。試驗的加載裝置主要是沙袋。因單樁加載時不易保持平衡，故采用兩根輔助樁配合測試樁呈三角形的位置布置在模型槽中，每根樁之間間距大于等于6D，避免輔助樁對測試樁產生影響。將承臺置于3根樁上，沙袋置于承臺上實現加載。考慮到輔助樁的承載力以及其樁頂與測試樁樁頂需在同一水平面上，且測試樁樁頂將固定高度10cm的力傳感器，故預制輔助樁半徑為10cm，長度101cm。樁位置布置示意圖見圖2，模型槽剖面圖見圖3。試驗量測系統由力傳感器、百分表、應變片、土壓力盒以及應變儀組成。力傳感器固定于樁頂，與讀數儀表配合，測樁頂豎向荷載值；兩只百分表對稱放置于力傳感器上表面，測量樁頂沉降；在預制的模型樁兩側對稱粘貼應變片，與XL-2118應變儀相連，測量樁身微應變，可據此計算樁身軸力和樁側摩阻力；在樁周土以及樁端埋設土壓力盒，與YJ-4501A靜態數字電阻應變儀相連，測土壓力。各儀器布置示意圖見圖4．

2試驗操作

在模型樁兩側對稱粘貼應變片8對，應變片之間距離10cm。先在模型槽中夯實20cm厚的沙土和25cm厚的椅子山土，將粘貼有應變片的測試樁和兩根輔助樁固定在設計位置，再夯實土層直至地基土表面距試驗樁樁頂6cm，并在夯實過程中的預定高度埋設土壓力盒。在樁周土中距樁身5cm處沿豎直方向埋設7只土壓力盒，間隔10cm；在樁端水平面上，沿1條直線埋設4只土壓力盒，間距5cm；在樁端緊湊埋設3只土壓力盒。在試驗樁樁頂處，固定力傳感器和百分表，并將承臺固定在輔助樁與試驗樁上。參考《建筑基樁檢測技術規范》實施加荷操作，并記錄數據。荷載施加過程示意圖見圖5。

3試驗結果分析

3.1沉降數據分析將試驗得到的樁頂荷載P和相應的沉降S繪制荷載-沉降曲線，見圖6。在樁頂荷載達到2350N時，曲線陡降。

3.2土壓力盒數據分析繪制樁身土壓力分布圖，見圖7。從地基土表面向下的豎直方向上，土壓力先增加后減小，最大值在樁入土深度約30cm處。繪制樁端水平面土壓力分布圖，見圖8。水平面上，靠近樁身土體的土壓力大，隨著與樁距離的增大，樁周土壓力減小。在豎直面和水平面上，隨著荷載的增加，同一深度處的土壓力均增大。

3.3應變片數據分析

3.3.1樁身應變繪制樁身應變變化量分布圖，見圖9。當豎向荷載施加于單樁樁頂后，樁身產生應變。隨著載的增大，樁身應變逐漸增大。在同一級荷載作用下，樁身應變從樁頂往下減小，曲線在樁入土深度為30~40cm處出現拐點。

3.3.2樁身軸力繪制樁身軸力分布圖，見圖10。在豎向荷載作用下，因樁身應變自上而下減小，樁身軸力沿其深度的發展趨勢是減小的。在20~37.5cm深度范圍內，曲線傾斜度小，軸力減小較快；在37.5~91cm深度范圍內，曲線傾斜度大，軸力減小稍慢。

3.3.3樁側摩阻力繪制樁側摩阻力分布圖，見圖11。在不同等級的豎向荷載作用下，樁側摩阻力沿樁身從上往下增大，最大值在樁入土深度27.5cm處。這是由于樁間土中傳遞的應力對樁身側向壓縮，使得樁側摩阻力增強，此為“增強作用”。而繼續向下發展時樁側摩阻力呈減小趨勢。當荷載加到2510N時，樁側摩阻力基本達到極限值。對于樁端附近處的側摩阻力降低的原因，可以認為是樁側土的拱效應以及樁端產生的徑向應力減少了樁側法向應力。這與圖7的試驗結果吻合。

4單樁-地基土體系承載性能研究

4.1樁土荷載傳遞單樁靜載試驗中，豎向荷載施加于樁頂時，樁身受壓產生應變和向下的位移，樁側表面受到樁周土體向上的摩阻力從而產生樁側摩阻力，荷載不斷克服樁側摩阻力沿樁身向下傳遞并通過樁側摩阻力向土體擴散。當樁頂荷載較小時，樁身壓縮量和樁頂位移很小，沿樁身分布的土壓力差別不大；隨著上部荷載的增大，樁端持力層在樁端阻力作用下被壓縮，樁身下沉，加大樁與樁周土產生相對位移，樁側摩阻力進一步發揮，樁周土壓力增大。當樁頂荷載較大時，樁側摩阻力增加趨于緩慢直至穩定在樁側摩阻力極限值附近，繼續增加的荷載由樁端持力層土體承受。當傳遞到樁底的荷載達到樁端持力層土的極限承載力時，樁便開始刺入土體[8]。

4.2單樁承載機理當樁土間出現相對位移時，樁土間的相互作用分為樁與樁周土體間的荷載作用和樁與樁端土體間的荷載作用。樁與樁周土體間的荷載傳遞是靠樁側摩阻力在土體中產生的剪應力實現的，樁與樁端土體的荷載傳遞是靠樁端阻力在樁端附近土體中產生的拉張應力實現的。從圖3可以看出，樁周土壓力在深度80cm處較小；并根據曲線的變化趨勢推斷，隨著深度的變大，樁周土壓力變小。從圖5、圖6和圖7可以看出，樁身應變、樁身軸力和樁側摩阻力在深度70cm處較小。因此，存在一定長度的樁體承擔遠小于其承載力的壓力。

4.3地基土沉降盆根據樁側摩阻力和樁周土壓力變化規律以及樁頂荷載傳遞規律，可分析地基土體沉降。在樁頂荷載的作用下，樁周土受樁基的影響分擔其上部荷載而發生沉降。根據試驗結果，沉降范圍影響半徑大于4倍樁徑。由此可見，地基土體形成以樁為中心的沉降盆，樁身附近土體沉降大，樁頂附近土體沉降大于樁端附近土體沉降，且最大沉降發生在樁身中上部附近土體中。

5結語

樁基和地基土條件是影響豎向荷載下樁基承載力和土體沉降盆的重要因素。存在一個地基土沉降影響半徑，范圍內的土體土壓力大，沉降明顯，易對地基承載力和穩定性產生影響；存在一個有效樁長，當樁基長度大于該值時，無法以增加樁長的方式獲取更大的樁基承載力。南京地區多為軟土土層且土質不均，致使地基較軟弱和復雜。建設工程項目時，需采用高標號混凝土樁基加固地基，提高地基承載力和減少地基沉降。設計人員應嚴格根據勘察報告設計樁基形狀和尺寸，控制地基沉降盆的范圍，避免因樁基承載力不足導致地基過度沉降的安全事故發生。同時，設計人員在確定樁基尺寸時，應當合理控制樁長，避免不必要的長度浪費，降低工程造價。

作者：王琮涵秦敏曹汕單位：南京農業大學工學院