馬海龍 馬宇飛 應(yīng)志杰

(1.浙江理工大學(xué)，杭州 310018；2.杭州西南檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，杭州 310015)

作為重型或高層建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于土木工程中，單樁豎向承載力可通過(guò)單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)方法獲得。根據(jù)反力提供方式，靜載荷試驗(yàn)可分為堆載法[1-4]、錨樁法[5-7]或者堆載-錨樁法[8]。以上試驗(yàn)方法統(tǒng)稱(chēng)為傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)方法(或稱(chēng)為“頂壓有土樁”試驗(yàn)方法)，目前認(rèn)為，傳統(tǒng)試驗(yàn)方法試樁結(jié)果最為可靠。

隨著超重型建筑結(jié)構(gòu)、大跨度跨海大橋的興建，要求的單樁承載力往往達(dá)到數(shù)萬(wàn)千牛，此時(shí)采用傳統(tǒng)靜載荷試樁方法進(jìn)行試樁會(huì)面臨諸多問(wèn)題。朱曉偉的計(jì)算[9]表明：堆載量為22 120 kN時(shí)，堆載物平臺(tái)面積為180 m2，堆載物高度達(dá)12.13 m(相當(dāng)于4層建筑物高度)，須要對(duì)堆載材料、堆載物平臺(tái)主梁及次梁大小、支座地基處理、支座搭設(shè)、樁頭處理等方面制定特殊試驗(yàn)方案，并要考慮防傾覆措施。李翔宇等進(jìn)行單樁堆載量為51 000 kN靜載荷試驗(yàn)時(shí)，堆載物平臺(tái)占地面積300 m2，堆載物高度達(dá)18.0 m(相當(dāng)于6層建筑物高度)，堆載平臺(tái)搭設(shè)及堆載穩(wěn)定性受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)[10]。安康等進(jìn)行最大加載值為60 000 kN靜載荷試驗(yàn)時(shí)，采用4根直徑為1 200 mm、長(zhǎng)度為83.8 m的鉆孔灌注樁作錨樁，使用3層鋼箱梁、4 根主梁、10 根過(guò)渡梁和4根次梁等搭設(shè)堆載物反力平臺(tái)，才能滿足試樁要求[11]。葉建輝等采用錨樁聯(lián)合堆載的方法進(jìn)行試驗(yàn)，6根錨樁提供21 000 kN反力，另需堆載提供5 000 kN反力[8]。

可見(jiàn)，對(duì)于大荷載的樁基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的堆載試驗(yàn)法、錨樁試驗(yàn)法等受到挑戰(zhàn)，尤其是試驗(yàn)占地面積大、堆載物高度大、堆載物平臺(tái)穩(wěn)定性要求高、試驗(yàn)費(fèi)用大等問(wèn)題突出。

為了應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，發(fā)展了自平衡試樁的試驗(yàn)方法[12]。自平衡試樁荷載箱在樁身力的平衡點(diǎn)處，通常情況下，荷載箱埋置在樁身的中下部。根據(jù)荷載作用方向，在荷載箱以上的樁段為底托樁(荷載由樁底向上)，在荷載箱以下的樁段為頂壓樁。試驗(yàn)時(shí)可同時(shí)獲得上段底托樁和下段頂壓樁的荷載-位移曲線(Q-s曲線)，再轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)的Q-s曲線。自平衡試樁試驗(yàn)時(shí)，要根據(jù)樁直徑、荷載大小等情況定制荷載箱，試驗(yàn)完成后荷載箱就留在樁體內(nèi)，荷載箱較難重復(fù)使用。另外，由于荷載箱埋設(shè)在地面以下的樁身內(nèi)，荷載箱一旦失效，補(bǔ)救較為困難。

因此，提出一種新的試樁方法——“自錨試樁”方法。“自錨試樁”不須要堆載、錨樁提供反力，試驗(yàn)用千斤頂不須要定制、可以重復(fù)使用，利用上段樁的抗拉力作為下段樁的頂壓力進(jìn)行試樁。試樁過(guò)程中分別獲得上段樁的Q-s曲線和下段樁的Q-s曲線，通過(guò)一定的科學(xué)轉(zhuǎn)換方法，將上段樁和下段樁Q-s曲線轉(zhuǎn)換為整樁的Q-s曲線，從而獲得整樁的荷載變形行為。

“自錨試樁”上段樁為抗拉樁，抗拉樁的荷載-位移特性區(qū)別于抗壓樁[13-16]?！白藻^試樁”也不同于自平衡試樁，自平衡試樁中的上段樁為底托樁，底托樁樁身受壓，抗拉樁樁身受拉，兩者呈現(xiàn)不同的泊松效應(yīng)。因此，應(yīng)該對(duì)“自錨試樁”上段樁、下段樁的荷載位移進(jìn)行研究，才能找到“自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換的正確途徑。

為此，基于室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)比研究抗拉樁和抗壓樁的荷載傳遞特性、位移發(fā)展特性等，探討“自錨試樁”Q-s曲線向傳統(tǒng)試樁Q-s曲線轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵問(wèn)題，構(gòu)建了“自錨試樁”Q-s曲線向傳統(tǒng)試樁Q-s曲線轉(zhuǎn)換方法，并經(jīng)工程樁試驗(yàn)驗(yàn)證，證明該轉(zhuǎn)換方法的可靠性。

1 “自錨試樁”原理

按上段樁抗拉荷載等于下段樁抗壓荷載的原理，確定力的平衡點(diǎn)(圖1中的樁身平衡點(diǎn))位置。在力的平衡點(diǎn)處，將整根樁分為上段承拉樁(簡(jiǎn)稱(chēng)“上段樁”)、下段承壓樁(簡(jiǎn)稱(chēng)“下段樁”)。因此，千斤頂加載量?jī)H是傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)加載量的一半左右。千斤頂在地面處加載時(shí)，通過(guò)傳力桿，“上段樁”承受拉力(其作用相當(dāng)于錨樁提供反力)，“下段樁”承受壓力，兩者互為反力，故稱(chēng)“自錨試樁”。試樁過(guò)程中分別獲得“上段樁”的抗拉Q-s曲線和“下段樁”的抗壓Q-s曲線?！白藻^試樁”原理如圖1所示。

圖1 “自錨試樁”原理Fig.1 A schematic diagram of self-anchoring test piles

該試樁方法適合混凝土管樁、鋼管樁及現(xiàn)澆時(shí)留有通孔的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

2 模型試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)介

模型箱長(zhǎng)為1 500 mm、寬為500 mm、深為1 700 mm，用鋼板焊接而成。模型箱內(nèi)土體采用粉土制作，試驗(yàn)完成后采用環(huán)刀法取土做土工試驗(yàn)，土體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。采用有機(jī)玻璃管制作模型樁，模型樁外徑為50 mm、壁厚為8 mm，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，模型樁的彈性模量為2.1 GPa。

表1 粉土物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Physical and mechanical property indexes of silt

模型試驗(yàn)共分兩次進(jìn)行，每次含2組試驗(yàn)，為避免兩組試驗(yàn)樁之間的干擾，兩組樁的樁間距約為8d(d為模型樁直徑)。第一次試驗(yàn)完成后，挖出模型箱內(nèi)的土，制作第二次試驗(yàn)土體及樁體，采用埋設(shè)法設(shè)置模型樁，即一邊制作土體，一邊埋設(shè)模型樁。

第一次試驗(yàn)含第1、2組樁，樁長(zhǎng)均為1.2 m；第1組樁樁頂部作用抗壓荷載，但樁底懸空設(shè)置，簡(jiǎn)稱(chēng)“頂壓無(wú)土樁”，可測(cè)得純粹的正摩阻力；第2組樁樁頂部作用抗拉荷載，簡(jiǎn)稱(chēng)“頂拉樁”，可獲得樁的負(fù)摩阻力；第二次試驗(yàn)含第3、4組樁，第3組樁長(zhǎng)為1.2 m，樁頂部作用抗壓荷載，為傳統(tǒng)靜載荷試樁，簡(jiǎn)稱(chēng)“頂壓有土樁”(區(qū)別于第1組頂壓無(wú)土樁)；第4組為“自錨試樁”，由“上段樁”和“下段樁”構(gòu)成，根據(jù)“上段樁”承拉荷載等于“下段樁”承壓荷載的原則，確定“上段樁”樁長(zhǎng)為1.1 m、“下段樁”樁長(zhǎng)為0.1 m，在“上段樁”樁頂部作用抗拉荷載的同時(shí)，亦在“下段樁”樁頂部作用抗壓荷載，互為反力，大小相等。沿樁身向下每隔200 mm粘貼應(yīng)變片，用于測(cè)量軸向應(yīng)變。

4組試樁的加載示意如圖2所示，圖3a是“頂壓樁”“頂拉樁”加載裝置，采用液壓加載儀加載。液壓加載儀自帶位移傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)采集位移。圖3b是“自錨試樁”加載裝置，由于模型樁直徑較小，抗拉荷載通過(guò)滑輪傳遞到上反力盤(pán)。由于“頂拉樁”向上移動(dòng)，為區(qū)別于“頂壓樁”向下移動(dòng)產(chǎn)生的正摩阻力，頂拉樁摩阻力用負(fù)值表示，稱(chēng)為負(fù)摩阻力。

圖2 模型試驗(yàn)加載示意Fig.2 Schematic diagrams for test loading of model piles

圖3 模型試驗(yàn)裝置Fig.3 Test devices of model piles

2.2 負(fù)摩阻力向正摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)

圖4、圖5是“頂拉樁”和“頂壓無(wú)土樁”的Q-s曲線和s-lgt曲線。聯(lián)合圖4、圖5可以判定：“頂拉樁”的極限承載力為1.4 kN，“頂壓無(wú)土樁”的極限承載力為1.7 kN?！绊斃瓨丁焙汀绊攭簾o(wú)土樁”均為純摩擦樁，“頂拉樁”樁側(cè)產(chǎn)生了1.4 kN負(fù)摩阻力，“頂壓無(wú)土樁”樁側(cè)產(chǎn)生了1.7 kN正摩阻力，正摩阻力大于負(fù)摩阻力，如果將負(fù)摩阻力轉(zhuǎn)換為正摩阻力，則負(fù)摩阻力向正摩阻力轉(zhuǎn)換時(shí)，要乘以1.21的系數(shù)，用αu表示，這里稱(chēng)αu為摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)。

—“頂拉樁”；—“頂壓無(wú)土樁”。圖4 “頂拉樁”和“頂壓無(wú)土樁”的Q-s曲線Fig.4 Q-s curves of top-uplift piles and top-down piles without soil at bottoms

由圖4的Q-s曲線可見(jiàn)：“頂拉樁”呈突然破壞狀，“頂壓無(wú)土樁”則呈現(xiàn)延時(shí)破壞狀。

a—“頂拉樁”；b—“頂壓無(wú)土樁”。圖5 “頂拉樁”和“頂壓無(wú)土樁”的s-lg t曲線Fig.5 s-lg t curves of top-uplift piles and top-down piles without soil at bottoms

2.3 “頂壓樁”的荷載傳遞規(guī)律

圖6為“頂壓樁”的軸力傳遞曲線。由圖6a可見(jiàn)：“頂壓無(wú)土樁”的樁底沿豎向自由，沒(méi)有樁底土對(duì)其進(jìn)行豎向約束，樁頂荷載傳遞不到樁端，僅有樁側(cè)摩阻力抵抗樁頂荷載。圖6b中，荷載在1.6 kN以前，傳遞到樁端的力比較小，可近似認(rèn)為在此荷載前，表現(xiàn)為摩擦樁性質(zhì)，荷載超過(guò)1.6 kN以后，增加的荷載大部分傳遞到了樁端，表現(xiàn)為端承摩擦樁性質(zhì)。

a—“頂壓無(wú)土樁”；b—“頂壓有土樁”?！?.4 kN;—0.8 kN;—1.2 kN;—1.6 kN;圖6 “頂壓樁”軸力曲線Fig.6 Axial force curves of top-down piles

圖7為“頂壓樁”的樁側(cè)平均摩阻力與荷載關(guān)系。可見(jiàn)：“頂壓無(wú)土樁”樁側(cè)摩阻力與荷載表現(xiàn)為線性關(guān)系，“頂壓有土樁”樁側(cè)摩阻力在前段亦呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，隨著荷載的增大，曲線進(jìn)入緩慢上升階段，樁側(cè)摩阻力增大不明顯，但大于“頂壓無(wú)土樁”的樁側(cè)摩阻力。

—“頂壓無(wú)土樁”；—“頂壓有土樁”。圖7 “頂壓樁”的摩阻力與荷載關(guān)系Fig.7 Relations between side resistance and loads

進(jìn)一步分析可見(jiàn)：“頂壓無(wú)土樁”極限荷載為1.7 kN，對(duì)應(yīng)的樁側(cè)平均極限摩阻力為9.02 kPa，“頂壓有土樁”極限荷載為2.8 kN，對(duì)應(yīng)的樁側(cè)平均極限摩阻力為10.07 kPa。對(duì)于“頂壓有土樁”來(lái)說(shuō)，盡管荷載從1.7 kN增加到2.8 kN，但樁側(cè)摩阻力僅增加了10%，絕大部分荷載傳遞給了樁端土?？梢?jiàn)，樁端土對(duì)樁側(cè)摩阻力有加強(qiáng)作用，對(duì)于粉土，樁側(cè)摩阻力提高了10%。

從樁的荷載傳遞表現(xiàn)看，樁側(cè)摩阻力先發(fā)揮，然后樁端阻力再發(fā)揮。也就是說(shuō)，單樁承載力經(jīng)過(guò)前后兩個(gè)發(fā)揮階段，第一階段是樁側(cè)摩阻力發(fā)揮階段，第二階段為樁端阻力發(fā)揮階段。

2.4 “自錨試樁”的“上段樁”與“下段樁”的荷載位移特性

圖8是“自錨試樁”的Q-s曲線，由“上段樁”與“下段樁”兩條曲線構(gòu)成，“自錨試樁”的“上段樁”為“頂拉樁”，因此具有“頂拉樁”的特性，“下段樁”則具有“頂壓有土樁”的特性?？梢?jiàn)：在荷載為1.3 kN時(shí)，“上段樁”和“下段樁”同時(shí)破壞，則“上段樁”的抗拉極限荷載和“下段樁”的抗壓極限荷載均為1.3 kN。

—“上段樁”；—“下段樁”。圖8 “自錨試樁”Q-s曲線Fig.8 Q-s curves of self-anchoring test piles

觀察“自錨試樁”的“上段樁”和“下段樁”的位移可以發(fā)現(xiàn)：在線性段時(shí)，相同荷載等級(jí)下，“上段樁”的位移小于“下段樁”的位移。令“下段樁”線性段斜率為kd、“上段樁”線性段斜率為ku，則βu=kd/ku，βu稱(chēng)為位移轉(zhuǎn)換系數(shù)。在第i級(jí)荷載作用下，“上段樁”的位移為sui，“下段樁”的位移為sdi，則有sdi=βusui關(guān)系成立，由圖8得βu=1.6。

3 “自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換式的構(gòu)建

如圖8所示，“自錨試樁”靜載試驗(yàn)可分別獲得“上段樁”和“下段樁”的Q-s曲線，但須要將“上段頂”拉樁的荷載及位移轉(zhuǎn)換為“頂壓樁”的荷載及位移，而“下段樁”本身就是“頂壓有土樁”，則僅做位移轉(zhuǎn)換即可。

3.1 荷載轉(zhuǎn)換

3.1.1“上段樁”荷載轉(zhuǎn)換

因“上段樁”為“頂拉樁”，樁側(cè)為負(fù)摩阻力，根據(jù)前文的分析可知，要將其轉(zhuǎn)換為向下的正摩阻力，才能獲得等效“頂壓樁”的承載力。轉(zhuǎn)換時(shí)，“上段樁”上的重力要計(jì)入抗拉力?！吧隙螛丁笨估奢d轉(zhuǎn)換為等效“頂壓樁”荷載按式(1)計(jì)算：

Qeqi=αu(Qi-Gp)

(1)

式中：Qeqi為“自錨試樁”“上段樁”第i級(jí)荷載轉(zhuǎn)換為“頂壓樁”的第i級(jí)等效荷載；αu為負(fù)摩阻力轉(zhuǎn)換為正摩阻力的轉(zhuǎn)換系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)“摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)”；Qi為第i級(jí)“自錨試樁”荷載；Gp為上段樁上的重力。

3.1.2“自錨試樁”轉(zhuǎn)換為完整樁荷載

“自錨試樁”第i級(jí)荷載Qi同時(shí)作用在“上段樁”的樁頂和“下段樁”的樁頂，完整樁則由“上段樁”與“下段樁”構(gòu)成，因此完整樁荷載亦由“上段樁”“下段樁”的荷載構(gòu)成。由于“自錨試樁”的“下段樁”為“頂壓有土樁”，“下段樁”無(wú)須進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)換，這樣，“自錨試樁”轉(zhuǎn)換為“頂壓完整樁”荷載Qwhi按式(2)計(jì)算：

Qwhi=Qeqi+Qi=αu(Qi-Gp)+Qi

=(αu+1)Qi-αuGp

(2)

3.2 位移轉(zhuǎn)換

3.2.1“上段樁”位移轉(zhuǎn)換

“自錨試樁”的“上段樁”為“頂拉樁”，由前文分析可知：“上段樁”的位移小于“頂壓有土樁”位移，此處要將“自錨試樁”的“上段樁”位移轉(zhuǎn)換為“頂壓有土樁”位移，轉(zhuǎn)換后的等效位移按式(3)計(jì)算：

seqi=βusui

(3)

式中：seqi為“自錨試樁”“上段樁”第i級(jí)荷載時(shí)的位移轉(zhuǎn)換為“頂壓樁”的第i級(jí)等效位移；sui為“自錨試樁”第i級(jí)荷載時(shí)“上段樁”的位移；βu為“上段樁”位移轉(zhuǎn)換為“頂壓有土樁”位移的轉(zhuǎn)換系數(shù)，可簡(jiǎn)稱(chēng)“位移轉(zhuǎn)換系數(shù)”，由“自錨試樁”的“上段樁”的Q-s曲線、“下段樁”的Q-s曲線線性段的斜率確定。

3.2.2“自錨試樁”位移轉(zhuǎn)換為完整樁位移

研究表明：樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮與樁長(zhǎng)、樁徑關(guān)系不大，主要與土層有關(guān)[17]。這樣可以不考慮“自錨試樁”“上段樁”樁長(zhǎng)對(duì)發(fā)揮樁側(cè)摩阻力所需位移的影響。根據(jù)前文荷載傳遞規(guī)律，“頂壓有土樁”分為摩阻力發(fā)揮階段和端阻力發(fā)揮階段，那么完整樁(“頂壓有土樁”)的Q-s曲線則可以按下述方法構(gòu)建：曲線上的線性段位移采用自錨“上段樁”轉(zhuǎn)換后的等效位移seqi，曲線上的線性段后的位移，則是“自錨試樁”的“下段樁”的位移與“上段樁”的等效位移之和。這樣“自錨試樁”轉(zhuǎn)換為“頂壓完整樁”位移swhi可按式(4)計(jì)算：

swhi=seqi=βusui

線性段 (4a)

swhi=seqi+sdi=βusui+sdi

非線性段 (4b)

式中：sdi為 “自錨試樁”第i級(jí)荷載時(shí)“下段樁”的位移。

由式(4a)知：線性段位移是指“上段樁”線性段轉(zhuǎn)換后的位移，實(shí)質(zhì)上是發(fā)揮樁側(cè)摩阻力的位移。由于樁側(cè)摩阻力先于樁端阻力發(fā)揮，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮后，樁端阻力繼續(xù)引起沉降，計(jì)入摩阻力引起的沉降后，整樁非線性段位移按式(4b)計(jì)算。

通常情況下，樁身壓縮量的數(shù)量級(jí)很小，正如傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)不考慮樁身壓縮量一樣(超長(zhǎng)樁可適當(dāng)考慮壓縮量)，“自錨試樁”加載量?jī)H為傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)的一半，“自錨試樁”的樁身壓縮量比傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)的更小，因此，式(4)亦不考慮樁身壓縮量的影響。

“自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換為頂壓完整樁Q-s曲線的式為式(2)、式(4)。

4 “自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換驗(yàn)證

4.1 模型試驗(yàn)轉(zhuǎn)換驗(yàn)證

按照式(2)、式(4a)、式(4b)，可將圖8“自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換為“頂壓有土完整樁”豎向抗壓Q-s曲線，其中：Gp=60 N，αu=1.21，βu=1.60。“自錨試樁”轉(zhuǎn)換后的Q-s曲線見(jiàn)圖9，“頂壓有土樁”的Q-s曲線亦列于圖9。為了更清楚地判斷“頂壓有土樁”的極限承載力，“頂壓有土樁”的s-lgt曲線列于圖10。

—“頂壓有土樁”；—“自錨試樁”；—“自平衡法”。圖9 樁的轉(zhuǎn)換曲線與傳統(tǒng)靜載荷曲線Fig.9 Conversion curves and traditional curves for static loading of piles

—0.8 kN；—1.2 kN；—1.6 kN；—2.0 kN；—2.4 kN；—2.7 kN；—2.8 kN；—2.9 kN。圖10 “頂壓有土樁”s-lg t曲線Fig.10 s-lg t curves of top-down piles with soil at bottoms

自錨轉(zhuǎn)換曲線判斷的極限抗壓承載力為2.813 kN，傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)曲線結(jié)合s-lgt曲線判斷的極限抗壓承載力為2.8 kN。自錨轉(zhuǎn)換曲線判斷的對(duì)應(yīng)極限承載力的位移為4.24 mm，傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)曲線判斷的位移為5.60 mm。

自平衡試樁亦有轉(zhuǎn)換式[18]，利用自平衡試樁中的轉(zhuǎn)換式，也可將“自錨試樁”“上段樁”Q-s曲線、“下段樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)試樁Q-s曲線，經(jīng)自平衡試樁轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換后的Q-s曲線亦列于圖9。

由自平衡法轉(zhuǎn)換的Q-s曲線可見(jiàn)：整個(gè)線型偏離傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)曲線較多，轉(zhuǎn)換后的位移偏小，特別是到了曲線的后半段，偏離越來(lái)越大，自平衡試樁Q-s曲線轉(zhuǎn)換方法不適合“自錨試樁”Q-s曲線的轉(zhuǎn)換。

4.2 原位試驗(yàn)轉(zhuǎn)換驗(yàn)證

由于“自錨試樁”法是一種新方法，可供驗(yàn)證的大型工程樁的自錨測(cè)試尚未開(kāi)展，選取的原位試驗(yàn)樁為采用錨桿靜壓樁施工的加固工程樁，加固樁施工完成后，進(jìn)行了單樁抗拉靜載荷試驗(yàn)、單樁“頂壓無(wú)土”(樁底無(wú)土)靜載荷試驗(yàn)、單樁“頂壓有土”(傳統(tǒng)靜載荷)靜載荷試驗(yàn)以及“自錨試樁”試驗(yàn)。樁身材料為鋼管，鋼管外徑為108 mm，壁厚為4 mm，樁長(zhǎng)為3.4 m，其中“自錨試樁”“上段樁”為2.9 m，“下段樁”為0.5 m。Gp=0.43 kN，αu=1.09，βu=2.23(限于篇幅，不給出αu=1.09，βu=2.23的具體確定過(guò)程，其確定方法見(jiàn)前文所述)。地層參數(shù)見(jiàn)表2，“自錨試樁”試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖11。

圖11 “自錨試樁”原位試驗(yàn)Fig.11 Self-anchoring test piles in the site

表2 地基土物理力學(xué)指標(biāo)Table 2 Physical and mechanical property indexes of soils

傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)Q-s曲線、“自錨試樁”法轉(zhuǎn)換Q-s曲線、自平衡法轉(zhuǎn)換Q-s曲線列于圖12中?！白藻^試樁”法轉(zhuǎn)換的Q-s曲線與傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)曲線吻合性好，自平衡法轉(zhuǎn)換的Q-s曲線與傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)曲線相差較大，轉(zhuǎn)換后的豎向位移難以代表傳統(tǒng)靜荷載試驗(yàn)位移。

—“頂壓有土樁”；—“自錨試樁”；—“自平衡法”。圖12 轉(zhuǎn)換曲線與傳統(tǒng)靜載荷曲線Fig.12 Curves of conversion and traditional static loading

傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)獲得的單樁承載力極限值為64 kN，自錨轉(zhuǎn)換法獲得的為64.6 kN，自平衡轉(zhuǎn)換法獲得的為64.5 kN，“自錨試樁”轉(zhuǎn)換法及自平衡試樁轉(zhuǎn)換法得到的承載力與傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)幾乎無(wú)差異。觀察與極限承載力對(duì)應(yīng)的變形，傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)為5.53 mm，自錨轉(zhuǎn)換法為4.7 mm，自平衡轉(zhuǎn)換法為1.93 mm，自平衡轉(zhuǎn)換法得到的變形太小，用自平衡轉(zhuǎn)換法獲得的Q-s曲線來(lái)分析單樁的變形，可能會(huì)低估樁基礎(chǔ)的真實(shí)變形。

可見(jiàn)，采用兩段轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換的“自錨試樁”等效Q-s曲線與傳統(tǒng)靜載荷試驗(yàn)(頂壓有土樁)獲得的Q-s曲線，無(wú)論是承載力或者變形趨勢(shì)，吻合性都很高，表明提出的“自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換式具有較高的可靠度。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“頂拉樁”“頂壓無(wú)土樁”“頂壓有土樁”(傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)樁)、“自錨試樁”試驗(yàn)研究和分析，獲得以下結(jié)論：

1) “頂拉樁”表現(xiàn)為突然破壞，“頂壓無(wú)土樁”表現(xiàn)為延時(shí)破壞。“頂壓有土樁”的樁側(cè)摩阻力先發(fā)揮，樁端阻力后發(fā)揮，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮后，增加的荷載主要由樁端土承擔(dān)，摩阻力增加不明顯。

2)根據(jù)樁側(cè)摩阻力與位移的線性關(guān)系，提出了由“自錨試樁”Q-s曲線轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)靜載荷試樁Q-s曲線的兩段轉(zhuǎn)換法，并構(gòu)建了轉(zhuǎn)換算式。

3)經(jīng)原位試驗(yàn)樁驗(yàn)證，構(gòu)建的兩段轉(zhuǎn)換算式轉(zhuǎn)換的“自錨試樁”Q-s曲線與傳統(tǒng)靜載荷試樁Q-s曲線吻合性高。