軟土地基微型預(yù)制管樁承載性能的模型試驗(yàn)研究.pdf

1、微型預(yù)制管樁基礎(chǔ)適用于各類軟土地質(zhì)條件，具有廣泛的應(yīng)用前景。在輸電線路中采用微型管樁基礎(chǔ)，符合國(guó)家電網(wǎng)公司積極推進(jìn)“兩型三新”的輸電線路建設(shè)要求，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。目前，在基礎(chǔ)工程中對(duì)微型預(yù)制管樁的試驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用還比較少。因此，有必要對(duì)微型預(yù)制管樁的承載性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，從而為其在輸電線路基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用提供相關(guān)依據(jù)。
　　本文基于豎向受荷樁的運(yùn)動(dòng)方程和水平受荷樁的撓曲微分方程，推導(dǎo)分析了微型預(yù)制管樁模型試驗(yàn)的相似性。

2、基于輸電桿塔基礎(chǔ)在應(yīng)用中的受力特點(diǎn)，采用慢速荷載維持法，在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中分別開展了微型預(yù)制管樁的受壓、受拔和水平靜載模型試驗(yàn)，分析了微型預(yù)制管樁單樁與群樁在受壓、受拔和水平荷載作用下的承載性能，主要成果如下:
　　(1)管樁生產(chǎn)行業(yè)中，管樁的最小直徑為300mm。本文根據(jù)300mm直徑的PHC原型管樁的相關(guān)參數(shù)，選取模型試驗(yàn)比尺λL=1/10，設(shè)計(jì)模型樁的尺寸為長(zhǎng)1.1m、樁徑30mm和壁厚70mm。在模型樁制作上，本文采用兩根

3、PVC管間灌注環(huán)氧樹脂的成樁方式，該方式得到的模型樁滿足本文模型試驗(yàn)在彈性模量相似性上的要求。
　　(2)本文研制了微型預(yù)制管樁受壓、受拔和水平受荷試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)由1.5m×1.5m×2m的鋼制模型箱與受壓試驗(yàn)、受拔試驗(yàn)和水平受荷試驗(yàn)加載裝置組成，受壓試驗(yàn)加載裝置通過杠桿法施加荷載，受拔試驗(yàn)和水平受荷試驗(yàn)加載裝置通過滑輪組來(lái)傳遞荷載。針對(duì)受壓、受拔和水平受荷試驗(yàn)分別設(shè)計(jì)了單樁、2×2群樁和3×3群樁靜載試驗(yàn)，其中2×2群樁的樁

4、間距為2.5d，3×3群樁的樁間距為3d，承臺(tái)板厚15mm，群樁均采用高承式布置。
　　(3)通過微型預(yù)制管樁單樁和群樁的受壓靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單樁和群樁受壓時(shí)的荷載位移曲線呈“陡降型”，得到單樁、2×2群樁和3×3群樁的抗壓極限承載力Qu1、Qu2和Qu3分別為190N、835N和1660N。采用規(guī)范法估算微型預(yù)制管樁單樁的抗壓極限承載力結(jié)果與試驗(yàn)得到的結(jié)果基本一致。2×2群樁、3×3群樁的抗壓極限承載力群樁效應(yīng)系數(shù)分別為1.09和

5、0.97，說明群樁受壓時(shí)，群樁中的基樁承載力與單樁差不多，但隨著樁數(shù)的增加，群樁的抗壓承載力效率會(huì)有所下降。單樁和群樁在達(dá)到或超過極限荷載時(shí)，單樁和基樁在深度30cm以上由于土體發(fā)生剪切破壞，側(cè)摩阻力有所下降，而下部摩阻力仍然增大。單樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮時(shí)的樁土相對(duì)位移約在1～1.6mm之間。
　　(4)通過微型預(yù)制管樁單樁和群樁的受拔靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單樁和群樁受拔時(shí)的荷載位移曲線呈“陡降型”，得到單樁、2×2群樁、3×3群樁的抗拔極

6、限承載力Tu1、Tu2和Tu3分別為170N、480N和1000N。采用規(guī)范法估算公式計(jì)算微型預(yù)制管樁單樁的抗拔極限承載力結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。2×2群樁和3×3群樁的抗拔極限承載力的群樁效應(yīng)系數(shù)分別為0.706和0.654。說明群樁受拔時(shí)，群樁中的基樁承載力較單樁并未完全發(fā)揮，且隨著樁數(shù)的增加，群樁的抗拔承載力效率降低。單樁和群樁在上拔過程中，單樁和基樁在深度50cm以上側(cè)摩阻力處于極限值的時(shí)間較久，而深度70cm以下側(cè)摩阻力在受拔

7、荷載達(dá)到極限承載力時(shí)依舊很小，可認(rèn)為該處側(cè)摩阻力達(dá)到極限值后的時(shí)間很短，樁身上拔量就突然大幅增大，樁土體系破壞。本文模型樁受拔時(shí)樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮時(shí)的樁土相對(duì)位移約在2～3mm之間。本文模型試驗(yàn)群樁在拔出土面時(shí)，可以觀察到樁間土并未隨群樁帶出，說明群樁樁土呈非整體破壞。
　　(5)通過微型預(yù)制管樁單樁和群樁的水平受荷靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單樁水平受荷時(shí)的荷載位移曲線呈“緩變型”，群樁水平受荷時(shí)的荷載位移曲線前段緩變，但當(dāng)水平荷載達(dá)到極限承

8、載力時(shí)，曲線有明顯的位移突變。單樁的水平臨界荷載Hc1為50kN，單樁、2×2群樁和3×3群樁的水平極限承載力Hu1、Hu2、Hu3分別為110N、390N、600N。2×2群樁和3×3群樁的水平極限承載力的群樁效應(yīng)系數(shù)分別為0.886和0.606，這說明群樁水平受荷時(shí)，群樁中的基樁承載力較單樁并未完全發(fā)揮，且隨著樁數(shù)的增加，群樁的水平承載力效率降低。單樁和群樁水平受荷時(shí)，單樁和基樁的樁身彎矩自上而下先增大后快速減小，最大彎矩處于深度3