李 文 杰

(新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司,新疆 烏魯木齊 830011)

近幾年西南地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施不斷建設(shè)與完善，越來(lái)越多的基礎(chǔ)設(shè)施修建在西南地區(qū)的崇山峻嶺中。然而西南山區(qū)地形陡峻，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，大量建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)容易受到周圍不穩(wěn)定巖土體的直接威脅。

研究人員對(duì)不同土體地基下水平受荷樁土體系相互作用問(wèn)題進(jìn)行了大量的試驗(yàn)與數(shù)值分析研究[1-8]，但是大部分研究主要集中在樁身的受力或變形方面，對(duì)于樁側(cè)土體的變形發(fā)展研究則相對(duì)較少。實(shí)際上，在各種復(fù)雜荷載作用下，樁土體系會(huì)產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的位移，地基淺表部的樁側(cè)土體進(jìn)而出現(xiàn)裂縫擴(kuò)展，裂縫可能會(huì)貫穿地基隔水層，形成潛在的滲流通道[9]。因此，樁土體系中樁側(cè)土體的變形破壞與否直接關(guān)系到樁基礎(chǔ)的安全可靠性。值得注意的是，近幾年已有一些學(xué)者對(duì)樁周土體在加載過(guò)程中的發(fā)展變化規(guī)律進(jìn)行了一定的深入研究。包括使用透明土和PIV技術(shù)，對(duì)水平受荷樁在加載過(guò)程中樁周土體位移場(chǎng)的發(fā)展變化進(jìn)行量測(cè)，揭示樁—土相互作用規(guī)律[10]。

然而，由于山區(qū)地區(qū)地形地貌的復(fù)雜性，導(dǎo)致斜坡地基中樁土體系作用機(jī)制十分復(fù)雜[11]?，F(xiàn)有的研究中對(duì)水平荷載下樁側(cè)土體裂縫的擴(kuò)展情況隨地基坡度變化還有所欠缺。本文通過(guò)西南山區(qū)現(xiàn)場(chǎng)樁基水平靜載試驗(yàn)觀察地基樁側(cè)土體隨荷載以及斜坡坡度的擴(kuò)展變化情況，主要包括土體裂縫開展的長(zhǎng)度、寬度、深度及方位，重點(diǎn)從樁側(cè)土體角度來(lái)揭示水平荷載下樁土相互作用規(guī)律，進(jìn)一步揭示樁土相互作用過(guò)程中樁側(cè)土體的發(fā)展變化過(guò)程，以彌補(bǔ)當(dāng)前研究的空白，也能夠?yàn)榇_保樁土體系長(zhǎng)期安全穩(wěn)定而采取相應(yīng)的工程措施提供一定的參考。

1 單樁水平靜載荷現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)概況及工程地質(zhì)條件

1.2 試驗(yàn)方案

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共進(jìn)行四組不同坡度，共4根樁的水平靜載試驗(yàn)，其中1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)樁擬分別進(jìn)行0°,15°,30°，45°坡試驗(yàn)。樁基礎(chǔ)均為混凝土人工挖孔灌注樁，樁徑1 m，樁長(zhǎng)10.5 m，出露0.5 m，樁身配筋采用30根直徑28 mm的HRB400鋼筋作為主筋通長(zhǎng)配置。

現(xiàn)場(chǎng)樁基水平靜載荷試驗(yàn)示意圖如圖1所示。

1.3 試驗(yàn)加載方法

試驗(yàn)采用油壓千斤頂進(jìn)行水平力加載，加載方法根據(jù)工程樁實(shí)際受力特性選用單向慢速維持荷載法。

1)荷載分級(jí)：每一級(jí)荷載加載等級(jí)為預(yù)估最大荷載的1/10～1/15。

2)位移觀測(cè)：每級(jí)荷載維持1.5 h～2.5 h，以每一小時(shí)內(nèi)的樁頂位移變化量不超過(guò)0.1 mm為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

3)終止試驗(yàn)的條件：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)坡面處樁身位移超過(guò)100 mm時(shí)停止加載。

2 樁側(cè)土體裂縫擴(kuò)展情況

由于篇幅限制，這里只列出45°斜坡的樁基礎(chǔ)在水平荷載下的樁周土體變形情況，如圖2所示。

斜坡地基水平受荷時(shí)樁側(cè)土體裂縫擴(kuò)展的大致過(guò)程為：第一級(jí)荷載施加時(shí)，樁周土體逐漸壓密，原來(lái)固有的微裂縫逐漸閉合。隨著荷載的增大，樁周土體開始產(chǎn)生新的裂縫。由于樁與土之間剛度大小的差異，首先是在樁后側(cè)的樁土界面交界處產(chǎn)生水平向的裂縫，裂縫在荷載作用下先是沿水平向不斷發(fā)展，形成主裂縫，裂縫在荷載作用下不斷擴(kuò)展，長(zhǎng)度、寬度和深度都不斷增大。同時(shí)在主裂縫周圍又產(chǎn)生成多條細(xì)裂縫。隨著荷載的增大，主裂縫逐漸沿樁身兩側(cè)呈拋物線型向樁前斜坡處延伸，伴隨著樁前土體也逐漸產(chǎn)生不規(guī)則的斜裂縫，加載末期，樁后的多條裂縫完全貫通，土體被拉裂破壞，裂縫中的土體不斷塌落下陷，樁前土體有少量隆起現(xiàn)象。在基樁達(dá)到臨界荷載時(shí)，不同斜坡坡度下的樁側(cè)土體均首先在樁后側(cè)出現(xiàn)水平向的細(xì)裂縫，這與周建[12]模型試驗(yàn)研究的結(jié)果較為一致；當(dāng)水平荷載進(jìn)一步增加，樁后側(cè)的土體出現(xiàn)了應(yīng)力釋放，使得部分樁體脫離上部土體。樁后水平裂縫逐漸發(fā)展，并沿樁身兩側(cè)呈拋物線型向樁前斜坡處延伸擴(kuò)張，同時(shí)在樁側(cè)出現(xiàn)多條不連續(xù)斜裂縫，與樁身大致呈45°角。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)西南山區(qū)現(xiàn)場(chǎng)水平靜載試驗(yàn)研究處于不同坡度的樁基礎(chǔ)在荷載作用下樁側(cè)土體的開裂特性，進(jìn)一步揭示樁土相互作用過(guò)程中樁側(cè)土體的發(fā)展變化過(guò)程，獲得的主要結(jié)論如下：

1)水平荷載作用下樁側(cè)土體變形破壞是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。裂縫最初出現(xiàn)在樁后的樁土界面交界的位置，大致呈水平向，隨后裂縫的寬度、長(zhǎng)度和深度均隨著荷載的增大而增加，當(dāng)樁基礎(chǔ)接近極限荷載時(shí)，樁后土體裂縫完全貫通，裂縫中土體不斷塌落下陷，樁前有少量土體隆起。

2)地基坡度越大，土體變形擴(kuò)展速率也越快。另外，坡度越大，裂縫沿樁側(cè)擴(kuò)展時(shí)與最初出現(xiàn)的水平向裂縫形成的角度越大，即“拋物線”的弧度越大。

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