候勝男 劉陜南 孫洋波 高承勇 黃紹銘

(1．上?，F(xiàn)代建筑設計(集團)有限公司，上海 200041)(2．中交港灣工程設計研究院有限公司，上海 200032)

1 引言

以往的國家、行業(yè)和地方規(guī)范對于樁基水平抗震驗算均沒有統(tǒng)一進行明確規(guī)定，一般的經(jīng)驗認為7度設防地區(qū)的樁基礎(chǔ)抗震設計主要通過樁基承臺構(gòu)造措施予以保證，一般不用進行樁基水平抗震承載力驗算。2010版上?！兜鼗A(chǔ)設計規(guī)范》要求建筑樁基進行水平抗震驗算，因此單樁水平承載力的問題成為了其中的關(guān)鍵問題之一。尤其對于目前應用較廣的預應力混凝土管樁(以下簡稱“預應力管樁”)，由于其構(gòu)件質(zhì)量可靠，樁身強度高，施工便捷，造價相對較低等特點，近些年在建筑工程中得到廣泛應用(1，2)。

本文結(jié)合上海地區(qū)某建筑工程，通過軟土地區(qū)中的單樁水平靜載荷試驗，分析了預應力管樁在水平荷載作用下的受力特點，對試驗確定水平承載力的取值進行分析，并將實測結(jié)果與目前規(guī)范中采用的m法計算結(jié)果進行比較，為軟土地區(qū)類似工程單樁水平承載力的設計和理論研究提供參考。

2 單樁水平靜載試驗

2．1 試驗概況

1)工程地質(zhì)概況

試驗場地均位于上海浦東康橋，地貌單元屬濱海平原地貌類型。地基土均屬第四紀沉積物，主要由粘性土、粉性土組成。根據(jù)地基土的特征、成因、年代及物理力學性質(zhì)等綜合分析，劃分為5個土層，詳見表1。

表1 土層主要物理力學參數(shù)表

2)現(xiàn)場試驗概況

本工程預應力管樁單樁 PHC400B型，壁厚95 mm，樁長為25 m，采用靜壓方式沉樁，樁端開口。為準確了解樁的水平承載力，特選用該樁型單節(jié)樁進行水平載荷試驗，本試驗所在土層為②層粉質(zhì)粘土，現(xiàn)場對試樁周圍雜填土進行開挖，約1．0 m。

試驗樁頂為自由狀態(tài)，采用頂推法加荷。試驗加載方法根據(jù)上海工程建設規(guī)范《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》中采用單向單循環(huán)恒速水平加載法進行試驗。試驗加載分級，S1樁荷載分級為在40 kN前每級10 kN，加40 kN后調(diào)整為每級5 kN;S2樁荷載分級為在50 kN前每級10 kN，加50 kN后調(diào)整為每級5 kN。試驗的中止條件是加載到樁的橫向水平位移急劇增加、變形速率明顯加快且力點位移超過60 mm后再終止加載。在試樁樁身表面對稱埋設光纖光柵表面應變計量測樁身應變，進一步推算求得樁身彎矩(3)。

2．2 試驗結(jié)果分析

根據(jù)各試樁的工況及試驗成果曲線，取H-(Y/(H或lgH-lgY曲線第二拐點對應的水平荷載為極限承載力;取H-(Y/(H或lgH-lgY曲線第一拐點對應的水平荷載為臨界荷載，各試樁水平靜載荷試驗結(jié)果見表3，H-Y曲線如圖2所示，試驗曲線形態(tài)基本為緩變形，兩根試驗樁試驗曲線基本重合。S1試樁在各級水平荷載作用下的樁身彎矩分布圖如圖3所示，最大彎矩點深度位于離地面1．4 m，彎矩零點深度為5．1 m。

圖3 S1試驗樁樁身彎矩分布圖及相應值

3 試驗確定水平承載力

目前根據(jù)水平靜載荷試驗確定單樁水平承載力的方法主要有兩種:1)按樁身是否出現(xiàn)裂縫控制，即取臨界荷載;2)按樁頂水平位移控制，較多的是取水平位移10 mm對應的荷載，這一要求是反映對樁頂水平位移的控制要求;3)按極限荷載除以安全系數(shù)控制。

現(xiàn)行規(guī)范中單樁水平承載力，均是依據(jù)這兩種水平承載力的確定方法，但在此基礎(chǔ)上通過不同程度的折減得到，可以歸納為如下三種方法:方法①:試驗曲線取10 mm水平位移對應的荷載乘以0．75(4)(5)。方法②:當水平承載力按樁身強度控制時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值;試驗曲線臨界荷載統(tǒng)計值乘以0．8(6)。方法③:當樁身不允許裂縫時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值乘以0．75;當樁身允許出現(xiàn)裂縫時，取極限荷載統(tǒng)計值除以2(7)。

按三種方法確定的單樁水平承載力具體數(shù)值如表4所示。

表3 水平載荷試驗結(jié)果匯總表

表4 試驗確定單樁水平承載力

從試驗成果可以看出，在達到臨界荷載時，試樁的水平位移為13．38 mm和13．35 mm，均超過了水平位移10 mm，按三種方法計算確定的水平承載力方法①最小，方法③次之，方法②最大。對于本工程，按樁頂位移10 mm控制單樁水平承載力時，未達到臨界荷載，此時樁身尚未出現(xiàn)裂縫，是符合預應力管樁使用要求的。因此對于本工程按上?！兜鼗A(chǔ)設計規(guī)范》規(guī)定采用樁頂水平位移10 mm對應的荷載乘以0．75來確定水平承載力是合理的。

4 水平抗力比例系數(shù)

確定合理的m值一般有兩種方法，最好的方法是通過試驗資料直接得到;當沒有現(xiàn)場試驗資料時，可參照各規(guī)范中對m值結(jié)合各地經(jīng)驗和工程性質(zhì)給出的經(jīng)驗取值。當有單樁水平承載力載荷試驗資料時，地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值可以根據(jù)式(1)計算:

根據(jù)式(1)，計算得到S1和S2試樁樁頂水平位移10 mm對應荷載下的 m值分別是10．5 MN/m4、9．5 MN/m4。

依據(jù)上?！兜鼗A(chǔ)設計規(guī)范》給出的m值經(jīng)驗參數(shù)并結(jié)合場地土層情況，該場地m值按經(jīng)驗參數(shù)取值為1．5～3MN/m4。現(xiàn)場試驗得到的m值比經(jīng)驗值大，高于經(jīng)驗參數(shù)取值的上限，因此按規(guī)范表格取值總體上是偏安全的。需要指出的是，試驗反算的m值是單樁在水平荷載作用下淺層影響深度范圍內(nèi)m值的綜合反映，并不能只單單反映試驗土層所在的m值，因此在與經(jīng)驗參數(shù)進行比較的時候要綜合考慮淺層影響范圍內(nèi)的土層情況。

控制變量：由于上市公司資產(chǎn)規(guī)模、利潤率等不同，其稅負和盈利能力會有所不同，為了避免上市公司個體異質(zhì)性給“營改增”對企業(yè)影響的評估造成干擾，引入包括營業(yè)毛利潤率、資產(chǎn)負債率、企業(yè)規(guī)模三個控制變量。

5 單樁水平承載力計算

單樁水平承載力的計算方法根據(jù)地基的不同狀態(tài)，主要可分為:極限地基反力法、彈性地基反力法、p-y曲線法以及數(shù)值計算方法等。目前使用最普遍的是彈性地基反力法中的m法，現(xiàn)行國標《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》及上海市工程建設規(guī)范《地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》中均采用m法計算單樁水平承載力。

5．1 規(guī)范方法簡介

根據(jù)上海市工程建設規(guī)范《地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》中規(guī)定如下:

當樁的水平承載力由樁頂水平位移控制，且缺少單樁水平靜載荷試驗資料時，可按式(2)估算預制樁、鋼樁、樁身配筋率不小于0．65%的灌注樁單樁水平承載力:

5．2 規(guī)范方法計算單樁水平承載力

樁頂允許水平位移取10 mm，樁頂按鉸接考慮，m值按場地土層情況取經(jīng)驗參數(shù)值3 MN/m4，按式(2)計算，結(jié)果見表5。

表5 單樁水平承載力計算值

可以看出根據(jù)試驗反算m值計算水平承載力與采用樁頂水平位移10 mm對應的荷載乘以0．75來確定水平承載力是比較接近的，說明采用m法計算單樁水平承載力是適用的。當沒有水平靜載荷試驗資料時，采用規(guī)范方法計算確定單樁水平承載力是相對偏安全的。重要工程或者水平承載要求較高時，宜通過現(xiàn)場水平載荷試驗確定水平承載力，這對于掌握實際場地條件下樁在水平荷載下的受力情況，合理確定單樁水平承載力更為直接和可靠。

5．3 計算彎矩與實測對比

S1試樁在樁身貼光纖傳感器得到了樁身在開裂前的實測樁身彎矩。采用m法計算在水平荷載72．5 kN時對應試驗點水平位移為10 mm的樁身彎矩，m值取試驗反算的10 MN/m4。在此荷載水平下，實測樁身彎矩和采用m法計算的樁身彎矩比較如圖3所示。從圖3中可以看出，實測彎矩和計算彎矩的最大彎矩點位置基本是重合的，數(shù)值上采用m法計算的數(shù)值稍低為70 kNm，實測數(shù)值為77 kNm。根據(jù)場地土層情況，按照規(guī)范建議的經(jīng)驗參數(shù)值為1．5～3 MN/m4進行樁身彎矩估算，也反映在圖4中，可以看出按經(jīng)驗參數(shù)進行計算的樁身彎矩，其最大彎矩值比實測值要大，且最大彎矩點的位置比實測最大彎矩點位置要低1．0m左右。

圖4 樁身彎矩實測值與計算值比較

因此，m值根據(jù)試驗成果確定是最為合理的，在此基礎(chǔ)上采用m法能較為準確的估算樁身彎矩，為設計提供依據(jù)。

6 結(jié)論

本工程為承載性能較好的B型預應力樁，按樁頂位移10 mm控制單樁水平承載力時，未達到臨界荷載，此時樁身尚未出現(xiàn)裂縫，是符合預應力管樁使用要求的。因此按上?！兜鼗A(chǔ)設計規(guī)范》規(guī)定采用樁頂水平位移10 mm對應的荷載乘以0．75來確定水平承載力是合理的。

通過水平載荷試驗，能夠更為準確的得到樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值，在此基礎(chǔ)上采用m法能較為準確的估算樁身彎矩，為設計提供依據(jù)。現(xiàn)場試驗得到的m值比經(jīng)驗值大，高于經(jīng)驗參數(shù)取值的上限，按規(guī)范經(jīng)驗參數(shù)取值總體上是偏安全的。

沒有水平靜載荷試驗資料時，采用規(guī)范方法計算確定單樁水平承載力是相對偏安全的。重要工程或者水平承載要求較高時，宜通過現(xiàn)場水平載荷試驗確定水平承載力，這對于掌握實際場地條件下樁在水平荷載下的受力情況，合理確定單樁水平承載力更為直接和可靠。

［1］徐楓．基于原型試驗的單樁水平承載力分析．巖土工程學報．2011，Vol．33(S2):291-294

［2］劉杰，路?？?，劉建飛，姜曉峰．軟土地基中預應力管樁水平承載力的試驗研究．巖土工程界．2006，Vol．10(7):32-34

［3］唐堅．傳感光纖技術(shù)在鉆孔灌注樁應力測試中的應用［J］．建筑施工，2010，vol．32 No．9

［4］JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部，2008

［5］DGJ08-11-2010，地基基礎(chǔ)設計規(guī)范［S］．上海，2010

［6］JGJ106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］．中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部，2003

［7］GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范［S］．中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部，2011