張?zhí)熘?，邵先鋒，劉志鵬

（1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230061；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司，安徽 合肥 230071；3.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098）

0 前言

擴底樁是通過在常規(guī)樁基端部進行擴大頭施工形成局部樁徑較大的樁基形式；擴大頭的存在可以有效提高樁端阻力的發(fā)揮，提高整體基樁的豎向抗壓或抗拔承載力，工程界實際應(yīng)用中擴底樁通常被用于抗拔樁應(yīng)用[1]。

針對擴底樁的豎向抗壓或抗拔以及水平向承載性能，相關(guān)學(xué)者開展了大量研究；研究結(jié)果表明，等混凝土用量情況下，豎向抗壓極限承載力方面，擴底樁能較常規(guī)等直徑樁提高近50%左右[2-4]；豎向抗拔極限承載力方面，擴底樁可以較常規(guī)等直徑樁提高近30%左右[5-8]；水平荷載作用下樁頂以下2倍樁徑處彎矩達到極大值，樁底擴大頭處也承受相對較大的彎矩[9，10]。針對擴底樁的負摩阻力特性，部分學(xué)者也開展了數(shù)值模擬分析，初步探討了地面堆載條件下擴底樁的樁頂下拽位移、樁身下拽力的變化規(guī)律[11]；然而，該數(shù)值模擬缺少有效的試驗驗證。

因此，本文基于模型試驗方法，設(shè)計等混凝土用量的兩根擴底樁和等直徑樁，開展砂性土地基中樁基負摩阻力特性對比試驗；初步探討分析地面堆載條件下擴底樁與等直徑樁的負摩阻力特性，以及擴大頭對樁側(cè)負摩阻力的影響規(guī)律。

1 模型試驗簡介

1.1 模型槽

本文試驗采用的模型槽（尺寸為2m×2m×2.5m（長×寬×高）），采用單塊重量為1kN的標準試件來提供地面堆載。模型槽及加載裝置實物圖如圖1所示。試驗?zāi)Ｐ蜆恫贾眉皯?yīng)力計、位移計等測試元器件等示意圖如圖2所示。

圖1 模型槽及各方向加載裝置實物圖

圖2 模型試驗布置示意圖

1.2 模型試驗土體填筑

選用砂性土地基作為模型試驗的土層材料，在進行模型樁位的確定和樁身定位之前，先在試驗?zāi)Ｐ蜆兜撞肯忍钪?.5 m厚砂性土，然后，再進行填筑砂土至樁頂位置處。砂性土體積約為10 m3，填砂時控制一定的落砂高度，分層整平壓實，以保證模型槽中砂性土的密實度。根據(jù)室內(nèi)土工試驗方法，獲得砂性土具體的物理、力學(xué)性質(zhì)（見表1所示），砂性土顆分試驗結(jié)果、土體填筑完成后現(xiàn)場CPT試驗結(jié)果分別如圖3和4所示。

圖3 砂土顆分試驗結(jié)果曲線

圖4 砂土CPT試驗結(jié)果

1.3 模型樁的制作

針對2根等混凝土用量的擴底樁和等直徑樁，采用不銹鋼材料制作澆筑模型樁的模具，制作鋼筋籠（主筋3φ8，箍筋φ6@155），并在鋼筋籠內(nèi)側(cè)布置混凝土應(yīng)力計；澆筑模具、鋼筋籠及澆筑完成的模型樁實物圖如圖5所示。采用42.5號水泥澆筑混凝土，其水灰比為0.47：1：1.342：3.129，混凝土強度等級為C20；澆筑混凝土材料時，按照規(guī)范要求制作3個15cm×15cm×15cm標準試樣，混凝土無側(cè)限抗壓強度試驗測得其平均抗壓強度為21.2 GPa。

砂性土基本物理力學(xué)性質(zhì)指標

圖5 擴底樁模型樁澆注模具、鋼筋籠及澆注完成模型樁

1.4 試驗操作過程

本文試驗采用快速維持荷載法分級加載，各級荷載下的穩(wěn)定標準以及終止加載條件都參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）[12]中關(guān)于靜載荷試驗的相關(guān)內(nèi)容確定。每級加載后，在維持荷載不變的前提下，進行樁頂沉降的測量，并進行樁身傳感器的測量；然后再加下一級荷載，直到試驗達到終止條件，并結(jié)束試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 樁頂下拽位移

不同地面堆載等級條件下擴底樁和等直徑樁的樁頂下拽位移變化規(guī)律曲線如圖6所示；由圖6可見，樁頂下拽位移隨著地面堆載等級的增加而不斷增大，堆載初期（0～30 kPa），同等級地面堆載條件下，等直徑樁的樁頂下拽位移要比擴底樁大；換言之，在這堆載范圍內(nèi)，等直徑的樁身下拽力要比擴底樁的大；當(dāng)堆載等級＞30 kPa時，荷載逐漸傳遞到下部土層中，擴底樁的擴大頭開始影響樁頂下拽位移；這使得擴底樁的樁頂下拽位移大于等直徑樁，其樁身下拽力要比等直徑樁的大。

圖6 地面堆載等級與樁頂下拽位移關(guān)系曲線

2.2 地面堆載引起樁身下拽力

地面堆載等級與樁端阻力的關(guān)系曲線如圖7所示；當(dāng)堆載等級＜10 kPa時，擴底樁與等直徑樁的樁端阻力基本相差不大；兩種模型樁的樁端阻力均隨著堆載等級的增加而逐漸增大，由于樁端擴大頭的存在，導(dǎo)致樁端受力面積明顯增大，從而增大了樁身下拽力值；本文試驗條件下，擴底樁的樁端阻力約較等直徑樁提高0.55倍。

不同地面堆載等級下的樁身軸力分布曲線如圖8所示；由圖8可見，樁身軸力隨著堆載等級的增加而不斷增大，同等級荷載條件下，樁身軸力隨深度先增大后減小。由圖8(a)可見，在樁身上部（0～1.0 m），擴底樁的樁身軸力分布曲線斜率隨堆載荷載等級的增大而增大，這反映了上部的樁側(cè)摩阻力逐漸增大；在樁身下部（1.0m～2.0m），樁身軸力和樁側(cè)摩阻力均逐漸減小，說明在靠近樁底附近，樁端阻力開始起到主導(dǎo)作用，分擔(dān)樁身下拽力的大部分；由圖8(b)可見，等直徑樁的樁身軸力變化幅度不大，說明樁身軸力比較小，主要的荷載是由樁端阻力來承擔(dān)的。

圖7 地面堆載等級與樁端阻力關(guān)系曲線

圖8 不同地面堆載等級下樁身軸力分布曲線

3 結(jié)論

針對2根等混凝土用量的擴底樁和等直徑樁，本文開展了地面堆載條件下樁基承載特性的對比模型試驗，可以得出如下幾點結(jié)論。

①地面堆載初期，由于等直徑樁的周長大于擴底樁而導(dǎo)致其樁頂下拽位移比擴底樁大；隨著地面堆載等級的提高，擴大頭發(fā)揮影響，導(dǎo)致擴底樁的樁頂下拽位移大于等直徑樁。

②本文試驗條件下，50kPa地面堆載作用下擴底樁的樁頂下拽位移和樁身下拽力分別約較等直徑樁提高0.3倍和0.5倍。