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(揚州市職業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 揚州 225009)

1 研究背景

斜樁是樁基礎(chǔ)中常見的樁型，多用于碼頭、橋臺和擋土墻等工程中，以承受豎向荷載和側(cè)向荷載[1]。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對斜樁的豎向承載力進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2-3]通過模型試驗對豎向荷載作用下傾斜樁的荷載傳遞機(jī)理有了一定的了解。文獻(xiàn)[4-6]表明傾斜群樁基礎(chǔ)在水平荷載作用下的承載力比豎直群樁基礎(chǔ)大。文獻(xiàn)[7-10]根據(jù)雙斜樁的模型試驗研究發(fā)現(xiàn)樁身傾角在5°～10°范圍內(nèi)變化時，其豎向承載力和水平承載力都較大。

上述文獻(xiàn)對斜樁單樁的工作性能及對稱雙斜樁基礎(chǔ)工作性能的影響進(jìn)行了研究，得到了很多有意義的結(jié)論。然而，實際工程中對稱雙斜樁所受的荷載是比較復(fù)雜的，目前還沒有對稱雙斜樁基礎(chǔ)在復(fù)雜荷載下承載力的研究報道。本文通過模型試驗，研究對豎向傾角為10°的對稱雙斜樁基礎(chǔ)在豎向荷載作用下其水平承載力的影響規(guī)律。

圖1 模型裝置及裝砂過程

2 試驗?zāi)Ｐ秃驮囼灢牧?/h2>

本次模型試驗裝置包括提升裝置、裝砂桶、篩砂裝置、模型槽以及支架等。實際工程的斜樁基礎(chǔ)大多采用10°左右的傾角，所以本模型試驗把斜樁對豎向的傾角設(shè)置為10°。試驗過程中把砂土裝入裝砂桶中，利用提升裝置將裝砂桶提起一定高度后倒入模型槽。模型裝置及裝砂過程見圖1。模型樁放入模型槽中，模擬樁基礎(chǔ)[7-8]。

模型槽采用木板外用角鋼加固制作，長×寬×高為1.24 m×0.8 m×1.24 m。模型樁采用鋁合金管模擬，長度為1 m、外徑28 mm、壁厚1 mm的鋁合金管。雙斜樁模型的樁頂承臺采用一塊鋼板制作，在該鋼板的兩端的中間開出矩形槽，以便在槽中安裝插銷；該插銷的一端插入樁頭的矩形槽，另一端插入作為模型樁的鋁合金管內(nèi)，模型樁樁頂外用環(huán)形薄鐵片箍緊、加固。在鋼板兩端的矩形槽上下部各開2個孔。插銷上部開1個孔，中部開1個孔。插銷上部的孔與樁頂鋼板上的孔對正，用銷釘連接。插銷中部的孔同承臺鋼板下部的孔對正，插入銷釘，樁身可以繞該銷釘轉(zhuǎn)動。承臺上部的孔對正插銷上部的孔，插入銷釘，則對應(yīng)樁身對豎向的傾角為10°[7-8]。

該試驗用砂土的不均勻系數(shù)為2.29，曲率系數(shù)為1.01，屬于粉砂土。砂土的含水量0.34%，黏聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角32.6°，最大干密度1 754.2 kg/m3，最小干密度1 411.6 kg/m3。試驗中裝入模型槽的砂土的平均密度是1 582.9 kg/m3，相對密度平均為2.67，孔隙比為0.635，相對密實度為0.539，處于中密狀態(tài)。

3 試驗過程及結(jié)果分析

3.1 試驗過程

圖2 斜樁模型布置圖

本模型試驗裝置加載系統(tǒng)采用杠桿和滑輪進(jìn)行加載，操作較為簡單。水平荷載采用在定滑輪下施加砝碼進(jìn)行加載，豎向荷載直接從杠桿上施加砝碼進(jìn)行加載，根據(jù)杠桿原理計算出樁頂荷載。樁頂位移則采用百分表測量，結(jié)果可以精確到0.01 mm，完全滿足樁基模型試驗的要求。模型布置圖如圖2所示，圖中V表示豎向荷載、H表示水平荷載。

本試驗過程如下：開始裝砂約到模型槽的1/4深度處，埋置模型樁，要求樁頂與模型槽頂面平齊，同時要求對稱雙斜樁的中心處于加載系統(tǒng)的中心線處，接著繼續(xù)裝砂，至砂土頂面與模型樁承臺底面相平時停止裝砂。然后在承臺橫向兩側(cè)各架設(shè)一個百分表，用于測量樁頂?shù)乃轿灰啤＜虞d中先施加豎向荷載至讀數(shù)穩(wěn)定、讀數(shù)，然后分級施加水平荷載，每間隔10 min對百分表進(jìn)行讀數(shù)，直至百分表讀數(shù)穩(wěn)定后再施加下一級荷載。依次重復(fù)，至該次試驗結(jié)束。

本次試驗總共分為5組，由于試驗過程中豎向荷載和水平荷載是通過施加砝碼來實現(xiàn)的，所以對于測得的砝碼重量需要進(jìn)行計算處理，得出相應(yīng)的荷載。每組試驗的豎向荷載是固定的，分別為0，149.9，299.8，449.6，599.5 N。水平荷載主要是根據(jù)以往單樁試驗結(jié)果[4-6]，估計雙樁的極限承載能力，按照15個加載級別設(shè)置加載，其中第1級加載級別取為加載級別的2倍。實際最大加載值需要根據(jù)樁頂變形情況進(jìn)行增加或減小。每級加載后即讀取樁頂水平位移，然后間隔10 min讀1次。水平位移量由樁頂兩側(cè)的百分表測得的數(shù)據(jù)得到，具體方法是讀出百分表讀數(shù)，然后將每個百分表的讀數(shù)減去其初始讀數(shù)，就得到了實際位移量。取2個百分表位移量的平均值，即為樁頂?shù)乃轿灰啤Ｃ拷M試驗時間是2 d，第1天上午完成裝砂，第2天上午8:30左右開始試驗。

3.2 試驗結(jié)果分析

3.2.1 10°豎向荷載作用下對稱雙斜樁基礎(chǔ)水平位移隨時間變化的分析

試驗過程中，我們對水平荷載作用下位移的穩(wěn)定時間進(jìn)行了分析。分別取豎向荷載為149.9 N和599.5 N作用下，分析施加水平荷載后水平位移趨于穩(wěn)定的時間。其典型時間-位移曲線如圖3所示。

圖3 不同荷載作用下水平位移隨時間變化曲線

從圖3中的(a)至(c)可以看出，當(dāng)豎向荷載取較小值149.9 N時，施加水平荷載后水平位移的穩(wěn)定時間在20～30 min之間；而由圖3中的(d)至(f)可以得出當(dāng)豎向荷載取較大值599.5 N時，加載水平荷載后水平位移的穩(wěn)定時間在20～60 min之間。對比2種不同豎向荷載作用下，水平位移隨時間的變化曲線可以看出，隨著豎向荷載的增加，水平位移量的穩(wěn)定時間變長。

在試驗過程中，每一級水平荷載作用下，在水平位移增加量趨于穩(wěn)定時，大約1 h再施加下一級荷載。

3.2.2 10°豎向荷載作用下對稱雙斜樁基礎(chǔ)水平承載力分析

首先在對稱雙斜樁基礎(chǔ)的樁頂施加豎向荷載，然后分級施加水平荷載，豎向荷載和水平荷載共同作用下對稱雙斜樁(10°)模型試驗共做了5組。豎向荷載分別為0，149.9，299.8，449.6，599.5 N，在每個不同豎向荷載作用下，分別施加水平荷載，水平荷載的最大值根據(jù)以往的試驗結(jié)果確定。加載分為15級，其中第1級的水平荷載按每級的2倍施加。實際試驗時結(jié)合樁頂位移情況增加或減小最大加載量。對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同豎向荷載作用下樁頂水平荷載-水平位移試驗曲線(如圖4所示)。

圖4 不同豎向荷載作用下水平荷載-水平位移曲線

從圖4中可以看出：①豎向荷載從0 N增加到299.8 N直至449.6 N的過程中，在同樣的水平荷載作用下，隨著豎向荷載的增加，對稱雙斜樁基礎(chǔ)的樁頂水平位移越來越??；②隨著豎向荷載的增加，斜樁的水平荷載-水平位移曲線逐漸變得平緩。這2個特征表明：豎向荷載的增加可以提高水平承載力。③在曲線的開始階段，不同豎向荷載作用下曲線分開不是很明顯，說明較小的豎向荷載對于對稱雙斜樁基礎(chǔ)的水平荷載-水平位移曲線沒有明顯的影響。從圖4還可以看出，雖然增大豎向荷載可以提高對稱雙斜樁基礎(chǔ)的水平承載力，但是豎向荷載從449.6 N增加到599.5 N，即豎向荷載過大，樁頂?shù)乃轿灰茣眲≡龃?，反而降低了水平承載力。

4 結(jié) 論

對稱雙斜樁基礎(chǔ)是斜樁基礎(chǔ)用于工程實際的基本形式。本文通過對稱雙斜樁基礎(chǔ)在豎向荷載和水平荷載共同作用下的模型試驗，樁身對豎向的傾角為10°，分析了豎向荷載作用下水平承載力特點。

本模型試驗研究得到以下一些主要結(jié)論：

(1) 隨著豎向荷載的增大，在水平荷載作用下，水平位移量的穩(wěn)定時間是增長的；

(2) 對稱雙斜樁基礎(chǔ)隨著豎向荷載的增加，其水平承載力逐漸增加，但過大豎向荷載作用時，對水平承載力反而會降低。

這里的分析主要是對于對稱雙斜樁基礎(chǔ)模型的樁頂荷載和位移關(guān)系曲線進(jìn)行了研究，沒有考慮樁身內(nèi)力的分布和變化，對于該問題的研究還有待進(jìn)一步完善。

致謝：該試驗是在土木工程學(xué)院學(xué)生周文鵬、周雅聰、苗瑩、陳鵬等的辛勤勞動下完成的，在此表示感謝！

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