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Experimental Study on Uplift Resistance of Large-Diameter Bag Piles in Soft Rock Foundations

2015-12-14 983 0人评论

郭楠¹，陈正汉^{1, 2}，黄雪峰^{1, 2}，杨校辉¹

（1. 兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 730050；2. 后勤工程学院建筑工程系，重庆 400041）

　　摘要：西北地区深大基础工程日益增多，兼顾基础抗浮和耐久性问题的研究空白，借助西宁火车站综合改造工程，引入大直径布袋桩技术，有效解决了基础抗浮和耐久性问题；选择6根试桩进行了现场单桩抗拔载荷试验，最大加载量为9 060 kN；运用MATLAB软件分别拟合出3种抗拔极限承载力预测函数模型的曲线，同时运用PLAXIS软件对不同等级荷载桩-土位移进行模拟，并与实测的荷载-位移曲线对比分析。研究发现：双曲线和幂函数模型较适合此类抗拔桩极限承载力预测；本地区类似地基预测大直径缓变形抗拔桩极限荷载所需的极限位移标准应由0.030D减小为0.025D；仅根据土层的物理力学特征确定抗拔桩桩周土的极限摩阻力不够完善，至少还要考虑埋深不同对具有相似物理力学特征土层性质的影响。
　　关键词：布袋抗拔桩；极限承载力；预测模型；静载试验
　　1 引言
　　西北地区的深基础工程日益增多，相应的基础抗浮问题变得日益突出。相对于软土地基而言，本地区的地基条件相对较好，但是以往未被重视的强风化岩层，泥岩层与石膏岩层相互夹杂，节理裂隙发育，遇水极易软化，长时间暴露在空气中易崩解，强度大量丧失，导致地基土强度骤降^[1]；同时盐渍土在西北地区广为分布（特别是在甘宁青新等4个省区），其盐胀性、溶陷性、腐蚀性较强^[2]，对桩身混凝土和钢筋危害严重，特别是浸水溶陷后对桩产生负摩阻力而造成桩承载力降低^[3]。为了解决类似地基抗浮问题^[4]，亟待引入深厚层或夹硬层软土地区常用的布袋抗浮桩或抗浮锚杆技术^[5－8]，同时试图通过适当增大桩身直径解决抗浮问题。布袋起到隔离浆液体、形成较规则的注浆体的作用，而且形成排水通道，可加速土体的固结；但是布袋对抗拔桩侧摩阻力影响如何，这在西北地区尚无经验可寻。
　　另外，工程实践中，由于荷载装置、试桩费用、工程施工进度以及试验终止条件等限制，未能将试桩压至破坏，所得的荷载-变形曲线（即U-δ曲线）是不完整的，不能直接得到单桩极限承载力^[9]，这对了解和确定单桩的承载性能带来不便。如何利用已获得的桩基荷载-沉降实测数据，探索一种实用的桩基荷载性能的理论计算方法，合理预测单桩极限承载力，具有重要的现实意义。对此，国内外学者进行了大量理论和试验研究^[10－14]，提出了双曲线函数、指数函数、幂函数等多种数学模型预测方法。但是西北地区类似地基土中抗浮桩承载特性、设计施工要点可查文献匮乏，亟待解决根据实测数据选择合适模型、预测抗浮桩极限承载力等一系列重要问题。因此，本文借助西宁火车站综合改造工程项目，在不同位置进行了2组共6根布袋桩抗拔试验，采用3种常用函数模型预测了其极限承载力并利用PLAXIS软件分别对其进行数值模拟对比分析。
　　2 试验概况
　　西宁火车站综合改造的基坑工程是西北地区建设规模最大、深度最深、施工难度最大、历时最长的基坑群工程^[1]。本文试验在地下空间基坑和地铁西宁站基坑中进行，前者开挖深度为设计地面标高下-11～-16 m，后者开挖深度为设计地面标高下-27 m，均需考虑基础抗浮问题。
　　2.1 地层岩性
　　场区地层自上而下为：①杂填土（Q₄^me）、②卵石（Q₄^al）、②-1细砂、③强风化层（E）、④中风化层（E）、⑤微风化层（E），见表1。其中杂填土层下部以粉土为主，内含石膏颗粒，干强度低，韧性低；强风化层节理裂隙发育，遇水极易软化，长时间暴露在空气中易崩解。结合工程经验，土体基本参数见表1。另外，第三系泥岩石膏岩中

含量为314.6～177 470.8 mg/kg，

含量为53.2～24 815.0 mg/kg，pH值为7.05～8.94，含盐量为0.64%～28.04%，为强—超硫酸盐、亚硫酸盐、亚氯盐、氯盐盐渍土。对混凝土结构具强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性，场地土电阻率值为20～40 Ω·m，对钢结构具强腐蚀性。第三系石膏岩中K、Na离子含量为588.6～89 324.4 mg/kg，