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(浙江工業(yè)大學 建筑工程學院，浙江 杭州 310014)

支盤樁是在我國20世紀80年代末發(fā)展起來的新型樁，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其工程應用不斷擴展[1-5].但國內(nèi)外在上拔荷載作用下群樁的試驗研究資料十分少，在各類規(guī)范中也少有反映.為了滿足設計和施工的需要，有必要對支盤群樁在上拔荷載作用下的工作性狀作一些分析.筆者通過多組支盤樁室內(nèi)模型試驗，對支盤樁群樁的抗拔機理和承載性能進行了研究.

1 試驗概況

本次室內(nèi)模型試驗主要研究兩樁和四樁支盤群樁的抗拔承載性能，并與相同的等直徑群樁進行比較.試驗過程中測量的參數(shù)，包括承臺頂上拔位移、樁身應變以及樁周土壓力變化等.試驗裝置由模型試驗箱、模型等直徑群樁和支盤群樁、上拔荷載加載裝置及測量儀器等組成.模型試驗箱尺寸為1 200 mm×600 mm×850 mm，模型樁采用鋁合金管，外徑為18 mm,壁厚為1.5 mm,樁和承臺總高度為650 mm,支盤直徑為60 mm.模型群樁之間的樁距為120 mm.微型土壓力盒布置在盤體上方兩側，距盤10 mm處，上盤頂壓力盒記為1，2號，其中1號在群樁外側，2號在群樁內(nèi)側；下盤頂土壓力盒記為3，4號，其中3號在群樁外側，4號在群樁內(nèi)側.樁身的尺寸及應變片位置如圖1所示.

圖1 模型樁及應變片示意圖(單位:mm)

試驗在粉土中進行，土的相關參數(shù)見表1.

表1 模型試驗土體參數(shù)

試驗裝置如圖2所示，試驗加載采用慢速維持荷載法，分級加載每級50 N，當模型樁承臺的上拔位移為6 mm左右時終止加載.

圖2 試驗加載裝置

2 抗拔群樁的承載力分析

等直徑樁和支盤樁雙樁和四樁群樁試驗得到的Q—S曲線如圖3，4所示.

圖3 支盤雙樁與等直徑雙樁群樁Q—S曲線

圖4 支盤四樁與等直徑四樁群樁Q—S曲線

由圖3,4可以看出:在上拔荷載的作用下，支盤樁雙樁、四樁承載力都遠大于等直徑群樁，如果以上拔位移5 mm為承載力控制條件，對于兩樁群樁，等直徑群樁的上拔承載力約為270 N，支盤樁群樁的上拔承載力約為580 N，所以支盤樁群樁的承載力比等直徑群樁提高了約115%；而四樁群樁，等直徑群樁上拔承載力約為550 N，支盤樁群樁的上拔承載力約為1 110 N，所以支盤樁群樁的承載力比等直徑群樁提高了約102%.由此可見：支盤樁群樁的抗拔承載力明顯好于相對應的等直徑群樁.這是由于支盤樁中上下兩盤可以很好地發(fā)揮其端承作用，從而大大提高了群樁的抗拔承載力.

同時，隨著樁數(shù)增加一倍，等直徑群樁的承載力幾乎也增大一倍，說明此時對等直徑群樁而言，其群樁效應可以忽略，原因是其樁距120 mm已足夠大(是樁徑18 mm的6.7倍)，樁周與土體的摩擦力傳至土體的應力幾乎不存在疊加問題，因此群樁的承載力與樁數(shù)成正比.

而支盤樁群樁承載力沒有像相應的等直徑群樁那樣與樁數(shù)成比例增加，說明隨著樁數(shù)的增加其表現(xiàn)出明顯的群樁效應，這是由于支盤群樁主要靠盤體傳遞荷載，由盤的端承作用傳給土體的應力擴散范圍更大，造成群樁內(nèi)側土體存在各樁的盤傳來的應力重疊現(xiàn)象，因此群樁中間的土體不能像單樁那樣給各盤提供充分的支撐力.

3 樁身軸力對比分析

根據(jù)樁身不同位置應變片測得的數(shù)據(jù)經(jīng)計算得到相應位置不同樁型、不同樁數(shù)群樁樁身軸力變化曲線如圖5—8所示.

圖5 支盤樁雙樁樁身軸力曲線

圖6 等直徑雙樁樁身軸力曲線

圖7 支盤四樁樁身軸力曲線

圖8 等直徑四樁樁身軸力曲線

根據(jù)以上各圖，對支盤樁雙樁、四樁群樁與相應的等直徑群樁進行對比分析，可知等直徑群樁的軸力近似呈線性分布，而支盤群樁的軸力為非線性的分布，在兩盤上下截面都發(fā)生了軸力的突變.兩個盤體分擔了大部分荷載，且隨著荷載的增加盤體分擔的荷載比例越大.以四樁為例，當施加上拔荷載分別為400，800，1 200 N時(群樁中各單樁按總荷載的1/4計算)，單樁各測點的軸力如表2所示.

表2 不同荷載時雙盤四樁群樁各測點軸力

由表2數(shù)據(jù)可算得：隨著荷載增加，兩盤承受的荷載占總荷載的比例分別為58.9%，61.8%，67.7%.同時發(fā)現(xiàn)上盤分擔荷載的比例變化很小，分別為35.8%，36%，35.3%，而下盤分擔荷載的比例明顯增大，分別為19%，25.8%，32.3%，這也說明下盤對承載力的貢獻在加載后期越來越顯著.這是支盤樁承載力明顯大于等直徑樁的根本所在.

4 樁周土壓力對比分析

不同樁型、不同樁數(shù)樁周土壓力變化曲線如圖9—12所示.

圖9 支盤樁雙樁土壓力變化曲線

圖10 等直徑雙樁土壓力變化曲線

圖11 支盤樁四樁土壓力變化曲線

圖12 等直徑四樁土壓力變化曲線

在上拔荷載作用下，將支盤雙樁、四樁與等直徑群樁進行樁周土壓力對比分析可知：在施加相同荷載時，支盤樁群樁盤頂位置的土壓力增量遠遠大于等直徑群樁相應位置的土壓力增量.以雙樁為例，當施加荷載為100 N時，支盤樁上、下盤頂處1號和3號壓力盒的土壓力增量分別約為14.05，9.00 kPa，等直徑樁相應位置土壓力增量分別約為3.50，2.19 kPa；當施加荷載為300 N時，支盤樁1號和3號位置土壓力增量約為35.63，23.56 kPa，而等直徑樁相應的土壓力增量約為7.11，4.36 kPa.

這是由于等直徑樁的荷載主要是通過樁周的摩擦力來傳遞的，很難有效的向周圍擴散，再加上該摩擦力本身就較小，所以在離樁身一定距離的土壓力盒處的壓力增量很小.而支盤樁盤端的土壓力主要是由盤體對附近土體產(chǎn)生斜向擠壓作用，以斜向壓力的形式傳遞給周圍土體，其擴散范圍較大，因此盤頂附近的土壓力盒顯示的土壓力增量就較大，這也說明支盤樁可以有效利用周圍較大范圍土體的承載作用.

同時發(fā)現(xiàn)當荷載為300 N時，在雙樁群樁內(nèi)側的2號、4號土壓力盒處的土壓力增量值，等直徑樁為6.98，4.09 kPa，支盤樁為32.65，20.56 kPa，等直徑樁相同高度內(nèi)外兩側的土壓力增量相差不大，而支盤樁處在群樁內(nèi)側的土壓力增量要比相應位置外側的土壓力增量值明顯要小，說明支盤樁群樁內(nèi)側土體受群樁效應影響明顯，有整體被抬起趨勢，這部分土體對盤體的支撐作用在減小，而等直徑群樁受到群樁效應的影響較小.

5 結 論

通過對上拔荷載作用下等直徑群樁和支盤樁群樁的兩組對比試驗，結果表明：相同樁距和樁數(shù)的群樁，支盤樁群樁承載力明顯大于等直徑群樁的承載力，同時支盤樁群樁受群樁效應的影響要明顯大于等直徑樁，并隨著樁數(shù)增多，群樁效應越顯著，造成其多樁時的承載力增加比例沒有等直徑群樁大；群樁中的支盤樁單樁的承載機理與獨立單樁相似，荷載主要由盤體承受，在盤體上下樁身軸力均有突變，并且在多盤時承載力發(fā)揮先上后下，但其承載力由于群樁效應要小于獨立單樁；支盤樁群樁所受到群樁效應的影響，主要表現(xiàn)在由于各樁盤體傳來的應力疊加作用，導致盤體附近范圍內(nèi)的群樁內(nèi)側土壓力小于外側土壓力，這也使得盤端的阻力減小，降低了其承載力.

參考文獻：

[1] 徐和，秦惠紀.上海商廈單群樁抗拔承載力的分析校核及設計[J].結構工程師，1995(1)：31-36.

[2] 周淑芬，匡虹橋.黏土中超長群樁豎向承載力模模型試驗研究[J].巖土工程學報，2009，31(9):1472-1475.

[3] 吳春萍，鄭威.豎向荷載下群樁的承載力分析[J].工程與建設，2011，25(6):798-801.

[4] 錢德玲.具有高抗拔性能的支盤樁在工程中的應用研究[J].巖石力學與工程學報，2003，22(4)：678-682.

[5] 孟凡麗,盧成原,壽鐵軍.擠擴支盤樁的工程實踐及承載性能探討[J].浙江工業(yè)大學學報,2003,3l(6):673-678.