PHC 管桩水平承载特性现场试验研究

2014-06-06吴平平

山西建筑 2014年16期

吴平平

(安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽合肥 230000)

在桥梁工程及港口工程中，桩基除了要承受较大的竖向荷载外，往往由于波浪力、风力、震动力、船舶撞击力以及车辆荷载的制动力等原因使得基桩承受较大的水平荷载［1，2］。在过去相当长的时期内，对于桩基础的研究往往是研究其在竖向荷载作用下的工作特性，对水平荷载作用桩下的受力和变形特性的研究相对较少［3，4］。本文针对PHC管桩水平承载特性研究的不足，以泗许高速亳州段建设工程为依托，对泗许高速亳州段02标K12+715分离立交桥2根管桩进行水平向载荷试验，着重研究PHC管桩的水平承载特性。

1 工程地质条件

试验场地土层除第①层为第四系全新统填筑土外，其余土层均为第四系全新统冲积层。场地勘察见有一层空隙型潜水，勘察期间地下水埋深为1.60 m～5.46 m，根据本桥及附近工点水质分析资料可知地下水对混凝土无腐蚀性，地表水对混凝土有弱腐蚀性。

2 试验原理与方法

2.1 试验原理

水平静荷载试验直接模拟将来建筑物受水平力作用下的情况，为工程设计提供依据，是最直接的试验方法。试验时，利用两桩的反力装置，采用油压式千斤顶加载，根据率定的值换算荷载，水平位移采用量程50 mm、精度0.01 mm的百分表测量，见图1。

图1 水平载荷试验装置

2.2 试验规程

试验根据中华人民共和国行业标准JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范“单桩水平静载试验”，加载方法宜根据工程桩实际受力特性选用单向多循环加载法或慢速维持荷载法。单桩水平承载力特征值的确定应符合下列规定:1)当水平极限承载力能确定时，应按单桩水平极限承载力统计值的一半取值，并与水平临界荷载相比较取小值。2)当按设计要求的水平允许位移控制且水平极限承载力不能确定时，取设计要求的水平允许位移所对应的水平荷载，并与水平临界荷载相比较取小值。

2.3 主要控制标准

1)最大试验荷载可根据设计要求，在加载至力作用点位移量达到20 mm终止记载。2)分级加载，首次加载20 kN，以后各级分别加载10 kN。3)加载作用点位移观测:每加一级荷载，在加载后分别在5 min，15 min，30 min，60 min时各读作用点位移一次，以后每隔30 min读一次。4)加载作用点位移稳定标准:每一小时内的作用点位移不超过0.1 mm，并且连续出现两次。当力作用点位移相对稳定标准时，读取各个数据后，再施加下一级荷载。5)卸载与回弹观察，每级卸载量为加载值的2倍，每级卸载后隔15 min测读一次残余位移，读两次后，卸下一级荷载。全部卸载后，隔一小时再测读一次。当出现下列情况之一时，可以终止加载:a.桩身折断;b.水平位移超过30 mm～40 mm;c.水平位移达到设计要求的水平位移允许值。

3 试验结果与分析

3.1 桩位平面布置

本试验共进行了2根管桩的水平载荷试验，桩位布置见图2。

图2 水平载荷试验桩位布置

3.2 试验结果与分析

2根管桩水平载荷试验Q—S曲线如图3所示，各试验桩的最大沉降量、最大回弹量与回弹率计算结果汇总如表1所示。

表1 水平载荷试验结果汇总表

从Y17-13号桩的单桩水平静载试验Q—S曲线看，水平荷载加载至110 kN时，力的作用点位移为11.71 mm，曲线为缓变形，未出现明显陡降，末级荷载作用下的位移为2.22 mm，位移梯度0.222 0 mm/kN;从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为2.40 mm，最大回弹量为9.31 mm，回弹率为79.50%。以上情况表明该桩受水平荷载作用尚未进入极限状态，承载能力还有余量。根据JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范第6.4.4条的规定，该工程桩的单桩水平极限承载力不小于102 kN。

图3 管桩单桩水平载荷试验Q—S曲线

从Y17-16号桩的单桩水平静载试验Q—S曲线看，水平荷载加载至110 kN时，力的作用点位移为11.77 mm，曲线为缓变形，未出现明显陡降，末级荷载作用下的位移为2.05 mm，位移梯度0.205 0 mm/kN;从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为2.72 mm，最大回弹量为9.05 mm，回弹率为76.89%。因此表明该桩受水平荷载作用尚未进入极限状态，承载能力还有余量。根据JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范第6.4.4条的规定，该工程桩的单桩水平极限承载力不小于101 kN。根据JGJ 106-2003规范，由于2根受检桩的单桩水平极限承载力极差未超过其平均值的30%，可取平均值(102 kN)作为单桩水平极限承载力统计值。根据JGJ 106-2003规范，单桩水平承载力特征值Ra取极限承载力统计值的一半(102 kN/2=51 kN)。该工程预应力混凝土管桩的单桩水平承载力特征值可取51 kN，能够满足设计要求。