某泵站工程桩基水平荷载试验研究

黎伟林

（深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518000）

1 引言

深刻认识和掌握土质边坡里水平力对建筑下部结构的影响和结构的变形特点对建筑的稳定性和安全性具有重要的意义。基于此，文中以某泵站工程桩基为例子，开展了桩基水平荷载试验，对桩体受到水平力时的变形特点进行了研究和分析。

2 工程概况和试验方法

2.1 工程概况

此泵站建设于坡地场地，建筑场地的地貌为剥蚀残丘，有较高的地势，场地对原有地形进行了保留，12.70 m为边坡处于建筑场地上部的垂直高度，10.70 m 为边坡处于建筑场地下部的垂直高度，边坡整体坡度达到40°。坡体四周有较为茂密的植被，坡体土质根据形成原因可以分成基岩、残积土和坡积土。此场地所建设的泵站基础所用桩的类型为灌注桩，C30为成桩混凝土强度，1 200 mm为桩径，10.12～10.44 m为桩长。

2.2 试验方法

此次试验的反力桩和试桩选取的为工程用桩，完成桩的浇筑并养护超过12 d。选取了两组桩来开展试验，开始试验前，对每组里的桩进行编号，分别为14#、15#和28#。将坡向问题考虑在内，选择的14#和28#桩的荷载施加方向为逆坡倾向，选择的15#桩的荷载施加方向为沿坡走向。并且14#、15#桩设置于和边坡走向相同的轴线上，和坡脚距离为0.90 m，两桩有着相同的地层分布；28#桩所处轴线与前两桩不同，在另一条轴线上和坡脚距离为13.30 m。在每一组桩中，将专门布设的地面联系反力梁和2 根反力桩结合在一起，达到一起贡献反力的作用，其中40 cm×40 cm 为梁截面尺寸。在地表部位把试桩的桩头制作成方形，反力梁截面和试桩荷载施加方向都与地面垂直，水平荷载的施加方式为千斤顶方式，各个反力系统会将最后的最大荷载值（约为850 kN）给出。控制标准定为位移，当水平位移大于6 mm并且小于10 mm时试验结束。

试验过程中位移测量选择百分表，将两个百分表安装在试桩桩头受力侧的反面，两个百分表的位置分别置于千斤顶施加力的轴线上和上部500 mm位置。同时将一个百分表安装在距离试桩较远的第2 根反力梁上，对试桩的实际位移进行测量；通过读测千斤顶上的压力表来判断施加荷载的数值，注意，在使用千斤顶前要对其标定；之外，设置了球铰，让试桩轴线和千斤顶施加的力保持在相同直线上，并使力分布均匀。

此次加载与国家规定的多循环加卸方法相符，将其分成8级进行加载，各个分级之间相差荷载量为100 kN。每级加载和卸载都进行了5次，每次恒定水平荷载施加时间为4 min，卸载持续时间为2-3 min，并对百分表进行读数。

3 分析试验结果

3.1 时间和水平位移、水平间的关系

记录下每级荷载在每次循环的百分表读数，得出水平位移在加载和卸载时的值，桩露出地面部位的转角通过加载时上百分表和下百分表读数的差值来求得；如表1所示即为荷载和关键控制性位移关系。对测出的数据进行整理分析，能够绘制出水平力、时间、水平位移之间的关系图，即H0-t-X0关系曲线，如图1～图3所示，向上箭头代表加载，向下箭头为卸载。

表1 荷载和关键控制性位移的关系表

由表1和图1～图3得到：对于28#、15#和14#桩，荷载值在水平位移达到6 mm时分别是615 kN、大于846 kN和831 kN。由此得出各个桩的平均水平承载力比764 kN 大，水平承载力允许值都要比615 kN 大。28#、15#和14#桩的水平位移分别达到2.60 mm（荷载对应为46.10 kN）、2.60 mm（荷载对应为70.70 kN）、4.40 mm（荷载对应为76.90 kN）时，各自桩的水平位移都突然增大，增加量达到约1.30 mm，不过在这次突增之后水平位移的变化趋势又趋于变化前的平稳状态。28#、15#和14#桩的力学响应因为各自位置和坡脚远近的不同而表现出较大的差异，具体表现为水平承载力随坡脚距离的减小而增大。这也将不利条件下有益的方面表现了出来，具体为垂直分力作用于边坡土体上，会使桩身受到比较高的球应力，会在一定程度上提高整体的抵抗能力，不过无法看出不同坡向和施力方向造成的影响，体现了土质边坡有着均匀性的特征，此现象和岩质边坡坡体结构鲜明的方向性特征相比有很大差异。

图1 14#桩H0-t-X0关系曲线图

图2 15#桩H0-t-X0关系曲线图

图3 28#桩H0-t-X0关系曲线图

3.2 位移梯度和水平力的分析

对测出的数据进行整理分析，绘制出位移梯度和水平力关系曲线，即H0-（DX0/DH0）关系曲线，对于28#、15#和14#桩，位移梯度分别约在46 kN、71 kN、72 kN荷载时会出现突然增加的现象，此段直线斜率相同，表明增加的速度不变。在施加荷载的范围里，并没有再次产生斜率更大的特征点，这也表明在此荷载下，所用桩的工作情况都比较令人满意。参考国家相关规定和设计标准，出现下面情况的一种即可终止水平荷载试验的加载：第一个为桩身出现破坏断裂；第二个是桩顶位置的水平位移大于20 mm；第三个是桩体地表位置有较大隆起和显著裂缝的出现。在此次试验中，以上三种情况都没有出现。根据工程经常使用的方式，水平承载力允许值取水平极限荷载力的50%，所以综合考虑，在此建筑场地将水平位移最大值定为6 mm是十分合理和安全的。除此之外，将上部结构会受到桩基力学响应的影响考虑在内，设计时选取位移控制和选取水平承载力控制，前者更加科学合理，掌握起来也比较简单。

4 结论

①此建筑场地将水平位移最大值定为6 mm是十分合理和安全的。之外，设计时选取位移控制更加科学合理。②桩的力学响应具体表现为水平承载力随坡脚距离的减小而增大。垂直分力作用于边坡土体上，会使桩身受到比较高的球应力，在一定程度上提高了整体的抵抗能力，体现了土质边坡有着均匀性的特征。