宋士杰 李連營 王鑫文

(天津市勘察院，天津 300191)

1 簡介

GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范要求承受水平荷載的建筑物進行水平力驗算［1］。JGJ 94-2008建筑樁基技術規(guī)范提供了預制樁水平承載力的估算公式［2］，其中樁頂允許水平位移的取值對估算影響很大，本文通過天津地區(qū)30根預應力管樁的水平靜載荷試樁結果，分析天津地區(qū)預應力管樁水平承載力特征值規(guī)律、對應的水平位移值及樁頂允許水平位移的取值。

2 單樁水平靜載荷試驗方法簡介

天津市DB 29-38-2002建筑基樁檢測技術規(guī)程明確規(guī)定［3］，單樁水平靜載荷試驗采用臥式千斤頂施加水平力，施加的水平荷載分級一般取預估水平極限荷載的1/10～1/15，每級荷載施加后，恒載4 min測樁的水平位移值，然后卸載至0，停2 min測出樁的殘余水平位移值，至此完成一個加卸載循環(huán)，如此循環(huán)5次便完成一級荷載的試驗觀測。多級加荷后，出現(xiàn)下列情況之一時可停止試驗:1)樁身折斷;2)水平位移超過40 mm或達到設計要求的水平位移允許值。當樁身應力達到極限強度時的樁頂水平力使樁頂水平位移超過20 mm～30 mm，或樁側土體破壞的前一級水平荷載，即是單樁水平極限承載力標準值［4，5］。

3 單樁水平承載力特征值確定方法

JGJ 94-2008建筑樁基技術規(guī)范5.7.2條規(guī)定，預應力管樁可根據(jù)靜載試驗結果取地面處水平位移為10 mm(對于水平位移敏感的建筑物取水平位移6 mm)所對應的荷載為單樁水平承載力特征值［2］。當樁的水平承載力由水平位移控制，且缺少單樁水平靜載試驗資料時，JGJ 94-2008建筑樁基技術規(guī)范提供了下列公式估算預應力管樁的單樁水平承載力特征值。

其中，EI為樁身抗彎剛度，MNm2;Xoa為樁頂允許水平位移，mm;υx為樁頂水平位移系數(shù);α為樁的水平變形系數(shù)，1/m，可按下式計算確定:

其中，m為樁側土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，MN/m4;b0為樁身的計算寬度，m，b0=0.9(1.5d+0.5)。

從計算公式可看出，影響單樁水平承載力特征值的因素較多，包括樁身抗彎剛度、水平位移系數(shù)及允許水平位移值、材料強度、樁側土質條件、樁的入土深度、樁頂約束情況等，很難準確估算，一般應通過單樁靜載荷試驗確定［5］。

4 試樁結果及分析

4.1 試樁結果

11個場地30根預應力管樁水平載荷試驗結果見表1［6］。

表1 預應力管樁水平承載力試樁結果

4.2 水平承載力特征值分析

從表1可看出，預應力管樁單樁水平承載力特征值與樁徑、樁長、樁頂土性等密切相關。

1)樁頂土性。

漢沽、咸水沽、華明鎮(zhèn)三個場地樁頂土質均為軟土，由淤泥質土組成。10 mm標準時，Rha介于26 kN～72 kN，平均值為50.2 kN，6 mm標準時，Rha介于21 kN～48 kN，平均值為37.1 kN;其余場地樁頂土質為非軟土，由粘性土組成。10 mm標準時，Rha介于90 kN～188 kN，平均值為138.7 kN，6 mm 標準時，Rha介于79 kN～161 kN，平均值為119.7 kN。

從以上分析可以看出，預應力管樁的單樁水平承載力特征值普遍較低，受樁頂土質影響較大。軟土地區(qū)，Rha在40 kN～50 kN左右，非軟土地區(qū)Rha在120 kN～140 kN左右。

2)樁徑。

根據(jù)表1試樁結果，單樁水平承載力特征值與樁徑的關系見表2。

表2 單樁水平承載力特征值與樁徑的關系

由表2可以看出，Rha隨著樁徑的增大而增大。這一規(guī)律也驗證了水平承載力特征值的計算公式(1)。

3)樁長。

由表1試樁結果，軟土區(qū)域，本次樁長介于13 m～23 m，Rha大小與樁長關系不明顯;非軟土區(qū)域，本次樁長介于15 m～36 m，Rha大小與樁長關系亦不明顯。

4.3 特征值對應的水平位移分析

1)軟土地區(qū)。由表1可知，10 mm標準時，Rha所對應的水平位移值介于4.2 mm～7.7 mm，平均值為5.55 mm;6 mm 標準時，Rha所對應的水平位移值介于2.1 mm～4.6 mm，平均值為2.99 mm。2)非軟土地區(qū)。由表1可知，10 mm標準時，Rha所對應的水平位移值介于3.2 mm～5.5 mm，平均值為4.49 mm;6 mm 標準時，Rha所對應的水平位移值介于 1.7 mm～4.5 mm，平均值為2.77 mm。3)軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)水平位移值的比較。軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)確定單樁水平承載力特征值所對應的水平位移的比較情況見表3。

表3 軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)單樁承載力特征值所對應的水平位移的比較

從表3對比可看出:預應力管樁在軟土地區(qū)確定單樁水平承載力特征值所對應的水平位移比非軟土地區(qū)略大，水平位移10 mm時的比值為1.236，水平位移為6 mm時的比值為1.079。

表4 軟土地區(qū)預應力管樁水平承載力試樁及反算樁頂允許水平位移值

表5 非軟土地區(qū)預應力管樁水平承載力試樁及反算樁頂允許水平位移值

4.4 樁頂允許水平位移值分析

從表4，表5可以看出，軟土地區(qū)，位移標準10 mm時，反算的xoa平均值為2.45 mm(實測為5.55 mm);位移標準6 mm 時，反算的xoa平均值為1.81 mm(實測為2.99 mm)，與實測結果相比，反算值偏小40%～55%。非軟土地區(qū)，位移標準10 mm時，反算的xoa平均值為4.15 mm(實測為4.49 mm);位移標準6 mm 時，反算的xoa平均值為3.40 mm(實測為2.77 mm)，與實測結果相當接近。使用式(1)時xoa取值可參考表6。

表6 軟土地區(qū)與非軟土地區(qū)樁頂允許水平位移值取值范圍 mm

5 結語

1)預應力管樁水平承載力特征值普遍較低，與樁頂土質、樁徑密切相關，其中受樁頂土質影響較大。軟土地區(qū)，單樁水平承載力特征值在40 kN～50 kN左右，非軟土地區(qū)，單樁水平承載力特征值在120 kN～140 kN左右;單樁水平承載力特征值隨著樁徑的增大而增大;單樁水平承載力特征值與樁長關系不明顯。

2)根據(jù)預應力管樁水平靜載荷試驗結果分析，軟土地區(qū)，10 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為5.55 mm，6 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為2.99 mm;非軟土地區(qū)，10 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為4.49 mm，6 mm標準時，水平承載力特征值對應的水平位移值平均值為2.77 mm;上述數(shù)值對于天津地區(qū)采用JGJ 94-2008建筑樁基技術規(guī)范5.7.2-2式估算單樁水平承載力特征值具有重要的參考價值。

3)預應力管樁在軟土地區(qū)確定單樁水平承載力特征值所對應的水平位移比非軟土地區(qū)略大，水平位移10 mm時的比值為1.236，水平位移為6 mm時的比值為1.079。

4)通過式(1)計算預應力管樁水平承載力時，樁頂允許水平位移xoa取值可參考表6采用。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

［3］DB 29-38-2002，建筑基樁檢測技術規(guī)程［S］.

［4］黃 強.注冊巖土工程師專業(yè)考試復習教程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002:248-251.

［5］李連營，詹 斌，戴 斌.預應力管樁水平承載力的研究［J］.巖土工程界，2003(12):69-71.

［6］DB 29-110-2010，預應力混凝土管樁技術規(guī)程［S］.