预制方桩抗压抗拔性状对比分析

宋仁乾

摘要：通过6根方桩的抗压抗拔现场试验研究了预制方桩抗压和抗拔的受力性状。3根抗压桩在最大荷载1800kN作用下桩顶位移约为16mm，3根抗拔桩最大荷载600kN作用下桩顶位移约为10mm。通过对比抗压方桩和抗拔方桩的荷载位移曲线可以发现抗压桩的桩顶刚度明显的大于抗拔桩顶刚度，在相同的桩顶荷载作用下，抗压桩的桩顶沉降明显小于抗拔桩的桩顶沉降量，另外可以发现随着荷载的增加，抗压桩和抗拔桩在相同荷载下的位移差逐渐增加。

关键词：预制方桩抗压桩抗拔桩静载试验

作为一种传统的桩基形式，预制方桩在我国建筑基础施工中得到了广泛的应用。相对于钻孔灌注桩而言其施工周期短，成桩质量有较好的保证，而相对于预应力管桩而言其能承受很大的上拔力和水平力，因此又可以兼作为抗拔桩和水平桩使用。因此已经发展成为一种重要的基础形式[1]。

目前国内外很多学者对预制方桩的性能进行了研究，张忠苗等[2]通过现场试验研究了预应力方管桩和方桩受力性状的不同。聂影等[3]通过有限元研究了嵌岩的方桩的竖向承载力。吴水根等[4]分析了预制抗拔方桩的优越性。龚沛[5]研究了预应力空心方桩的应用情况。但目前对预制方桩抗压抗拔性状对比方面的研究很少，本文通过6根桩的现场试验，研究了预制方桩抗压抗拔性状的不同，分析了抗压抗拔桩的受力机理，为方桩的设计提供了依据。

2 工程概况

浙江某工程主楼为3层的钢筋砼框架结构，基础设计采用预制方桩，桩长37.4m～39.0m，桩径为400mm×400mm，桩身采用C40砼，持力层为粉砂层,入持力层深度大于1.2m。本实验共选取了3根抗压桩和3根抗拔桩进行静载荷试验，试验采用堆载-反力架装置，并用慢速维持荷载法进行试验。6根试桩的参数如表1所示。

表1 试桩参数表

3 试验结果分析

通过三根抗压桩的静荷载试验，得到了其桩顶的荷载位移曲线，如图2所示。

从图2可以看出，三根试桩的荷载位移曲线有很好的一致性，随着桩顶荷载的增加，桩顶沉降逐渐增加，当加载到最大荷载1800kN时，桩顶累计沉降在16mm左右，桩的竖向抗压极限承载力不小于1800kN。当桩顶完全卸载后，桩顶的残余沉降量为11mm左右。

图2 抗压桩桩顶荷载位移曲线

从图3可以看出，三根抗拔试桩的荷载位移曲线虽有一定的差异，但基本的趋势是一致的，随着桩顶荷载的增加，桩顶上拔量逐渐增加，J12号桩当加载到最大荷载860kN时，桩顶累计上拔量在14mm左右，当桩顶完全卸载后，桩顶的残余上拔量为8mm左右。J26和J28号桩当加载到最大荷载600kN时，桩顶累计上拔量为12mm左右，当桩顶完全卸载后，桩顶残余上拔量为6mm左右。

本文选取了典型了抗压抗拔桩进行了对比分析，如图4所示，抗压桩的刚度明显的大于抗拔桩顶刚度，在相同的桩顶荷载作用下，抗压桩的桩顶沉降明显小于抗拔桩的桩顶沉降量，由于加载初期仅有侧摩阻力提供抵抗力，因此可以说明相同位移条件下，抗压桩的侧摩阻力大于抗拔桩的侧摩阻力，可能的原因是由于桩的泊松效应，导致抗拔桩侧阻的降低。另外，可以看出，随着荷载的增加，抗压桩和抗拔桩在相同荷载下的位移差逐渐增加，主要是由于抗压桩端阻的发挥限制了桩的位移。因此在抗拔方桩设计过程中应考虑到侧阻的降低，采用折减的侧阻来计算桩的抗拔承载力和变形。

图3 抗拔桩桩顶荷载位移曲线 图4 抗压抗拔桩桩顶荷载位移曲线对比

4 结论

本文通过6根方桩的抗压抗拔现场试验研究了预制方桩抗压和抗拔的受力性状，同时对比分析了抗压方桩和抗拔方桩受力性状的不同，得到了以下主要结论：

（1）3根抗压桩在最大荷载1800kN作用下桩顶位移约为16mm，3根抗拔桩最大荷载600kN作用下桩顶位移约为10mm。

（2）抗压桩的刚度明显的大于抗拔桩顶刚度，在相同的桩顶荷载作用下，抗压桩的桩顶沉降明显小于抗拔桩的桩顶沉降量。

（3）随着荷载的增加，抗压桩和抗拔桩在相同荷载下的位移差逐渐增加。

参考文献：

[1] 张忠苗，喻君，张广兴，王立忠. PHC管桩和预制方桩受力性状试验对比分析[J] 岩土力学，2008, 29(11), 3059-3065.

[2] 聂影，傅征耀，扈风汉，尹元初等. 嵌岩方桩竖向承载性状的有限元分析[J] 地下空间与工程学报，2010, 6(z2), 1597-1601.

[3] 吴水根，康殿丙. 先张预制抗拔方桩应用研究及技术经济分析[J] 结构工程师，2009, 25(2), 124-127.

[4] 龚沛. 预应力空心方桩在实际工程中的应用[J] 山西建筑，2010, 36(16), 67-68.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。