混凝土扩盘桩盘下土层厚度影响抗压破坏的试验研究★

钱永梅 刘尊鹏 谢新颖 杨大军

(1.吉林建筑大学，吉林 长春 130118; 2.吉林省结构与抗震科技创新中心，吉林 长春 130118; 3.安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230000)

·岩土工程·地基基础·

混凝土扩盘桩盘下土层厚度影响抗压破坏的试验研究★

钱永梅1，2刘尊鹏1谢新颖1杨大军3

(1.吉林建筑大学，吉林 长春 130118; 2.吉林省结构与抗震科技创新中心，吉林 长春 130118; 3.安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230000)

在挤扩多盘桩现有的研究方法和结论的基础下，提出了半面桩小模型原状土试验的方法，进行了盘下土层厚度对混凝土扩盘桩桩周土体的破坏状态以及单桩承载力的研究，既解决了原有全截面桩不能清晰地看到桩周土体的整个破坏情况的缺点，又解决了埋土试验不能保证土体性状符合施工现场实际状况的缺欠。

混凝土扩盘桩,盘下土层厚度,原状土试验,抗压破坏

1 概述

随着经济的发展，建筑行业对于桩基础的要求逐渐提高，因此桩基础的形式发生不断改善和创新。混凝土扩盘桩以其创新的理念、承载能力高、沉降小、较好的社会效益和经济效益被越来越多的人们所接受[1,2]。混凝土扩盘桩桩身的受力形式发生较大的变化，由桩侧、桩端和盘端承担荷载，从而提高混凝土扩盘桩的承载能力[3]。本文主要研究的是混凝土扩盘桩盘下土层厚度影响抗压破坏的试验。在压力的作用下，通过改变盘下土层厚度进行对应的模拟分析。为减少试验用土和现场用土的差异性，通过采用改进后的半面桩小模型原状土实验，能够观察到原状土破坏的整体状况，为完善挤扩多盘桩单桩竖向力作用下的理论研究奠定基础。

2 原状土试验

2.1 试验设备的准备工作

实验采用的是半面桩小模型原状土试验，自制满足实验要求的多功能抗压试验台[4,5]。原状土采集的过程是进行试验的关键之处，在进行实验之前，需要去现场进行取土，选用特制的取土器在现场进行压入取土，并对土体表面进行清理，及时的封装运输到实验室。模拟桩的设计在实验中依然很重要，在进行模拟桩的设计过程中，应该采用Q235型的钢材[6]，模拟桩的尺寸见表1。

表1 模型桩的尺寸

2.2 原状土模型试验的过程及数据采集

数据采集在实验的过程中占有着重要的地位，实验数据的准确性影响着后续实验数据的对比以及结论[3，7]。数据在采集的过程中，分为四个基本过程：1)记录竖向位移的变化；2)记录竖向力的变化；3)拍摄桩周土体破坏照片；4)测定土体的基本属性。通过千斤顶对扩盘桩进行荷载的施加，使扩盘桩发生相应的竖向位移，当竖向位移每达到1 mm时就记录施加荷载的数值[8]，在每相隔2 cm时并记录下桩周土破坏的照片，直到桩周土发生完全破坏。在实验结束后，应及时的对土体的基本属性进行测定，确保实验数据的准确性。

3 试验结论分析

3.1 位移—荷载数据分析

通过对实验数据的对比和分析，可以得出相应的荷载—位移曲线图，如图1所示。

从图1中可以看出，根据不同混凝土扩盘桩模型位移—荷载变化曲线对比分析，可以得出结果：

1)从HDKY1到HDKY4模型桩，位移都随着荷载的递增逐渐增大；在加载的最初阶段，由于竖向荷载的施加导致土体挤压致密，进而使土体的承载能力增加，因此造成加载初期曲线的增长速度较快，同时单位位移下竖向荷载增加较快；在加载的中间阶段，单位位移下竖向荷载增加的速度逐渐变缓，由于荷载的不断增加，造成盘下土体发生整体滑移现象，进而导致承载能力增长的速度变慢。在加载的最后阶段，桩顶作用力的增加速度逐渐变缓，竖向位移却发生较大的变化，此时，土体已经完全破坏[9]。

2)HDKY1～HDKY4的盘下土体厚度分别是0倍、1.5倍、3倍、4.5倍的悬挑长度。通过对四种模型桩的对比，发现HDKY1同另外三种模型桩土体破坏的过程有差异。HDKY1模型桩的曲线位于图1的最下方，其极限的承载能力已经大于0.5 kN。当荷载达到0.5 kN时，曲线的增长速度逐渐变缓，此时的桩身长度已经达到24 mm，从而产生过大位移的破坏。而HDKY2～HDKY3的曲线增长的趋势十分相似，因此三种土体的破坏规律大致相同。因此，通过实验数据的对比可知，混凝土扩盘桩盘下的土体厚度应该大于1.5倍悬挑长度，有利于模型桩承载能力的提高。

3)当模型桩初始位移达到1 mm时，抗压荷载曲线的斜率逐渐增加，当桩身的位移达到1 mm时，荷载随之增加，但是荷载增长的速度和盘下土体的厚度的改变量并不成比例。观察图1可知：HDKY1荷载的增加趋势比较缓慢，而HDKY2～HDKY4的增加趋势差异性较小，但相比于HDKY1有所增加。说明当盘下土体厚度小于1.5倍悬挑长度时，有提高桩承载力的效果但并不理想；当盘下土体厚度大于1.5倍悬挑径时，桩承载力提高效果显著；由此说明，要充分发挥扩盘桩承载力作用时，盘下土体厚度应大于1.5倍悬挑径。

3.2 桩周土破坏情况图片分析

通过图2可知，桩周土体的破坏形式以及破坏的全过程，可以将试验中半截面扩盘桩在受压状态下桩周土体破坏过程分为三个阶段。

第一阶段：土体压密阶段。在模型试验加载最初阶段，盘上土体与盘迅速分离，荷载作用较小，盘下和桩底三角形压密区，随着荷载的增大，盘下和桩底逐渐被压密实，如图2中HDKY2-1和HDKY2-2。

第二阶段：土体滑移阶段。模型试验加载进入中间阶段，竖向压力不断增加，桩盘端处土体会发生小的水平裂缝。随着竖向压力不断的增加，竖向压力桩盘端处剪切破坏同样会逐渐增加，盘下土体应力也会逐渐增加，盘下一定范围内土体整体向下滑移，如图2中HDKY2-3和HDKY2-4。

第三阶段：破坏阶段。试验进入后期，在荷载增量较小的情况下，桩身位移变化很大，此时桩盘周围土体破坏较为严重，盘端土体裂缝较大，盘下土体的滑移较大，桩位移较大，影响到下层土发生变化。此时已加载至破坏状态，试验结束。

综上所述，从抗压试验过程图中可以看出，随着混凝土扩盘桩竖向压力的增大，盘下土体的水印范围逐渐增大，随着竖向位移的增大，对盘下土层的影响范围也加大。

4 结语

本文主要是关于混凝土扩盘桩盘下土层厚度对桩周土体破坏状态影响的原状土试验研究。

首先，通过设计抗压抗拔多功能试验加载台，获取现场的原状土进行半面桩小模型原状土试验是本试验的重点；

其次，通过对比和分析的方式对混凝土扩盘桩模型试验进行整理，并且对盘下土体破坏的全部过程进行记录，得出相应的结论：抗压情况下，随着竖向荷载的增大，桩竖向位移增大，盘下土体在压缩后，一定区域内的土体沿滑移线发生整体滑移，位移较大时即达到破坏；当盘下土体厚度超过1.5倍盘悬挑长度后，此滑移范围不会达到盘所在土层的下层土，因而，破坏曲线不会受到下层土土层性状的影响。因此，当桩穿过多个土层时，设计承力盘的位置时，盘所在土层盘下土体厚度大于1.5倍盘的悬挑长度比较合理，此研究结论为更好的计算单桩的承载力，设计合理的承力盘设置位置提供了可靠的依据。

[1] 钱永梅.影响挤扩多盘桩土体极限承载力的因素研究[J].吉林建筑工程学院学报,2004,21(2):14-16.

[2] 钱永梅，尹新生，王若竹，等.挤扩多盘桩承力扩大盘位置对单桩承载力影响分析[J].吉林建筑工程学院学报,2010(3):1-3.

[3] 陈海明，班凤其，刘小伟.非饱和土抗剪强度指标c、Ф值与含水量ω的关系[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2006，29(6):736-738.

[4] Qian Yongmei，Zhao Dapeng，Xie Xuewen.The Research on the Ultimate Bearing Capacity of Soil around the Push-extend Multi-under-reamed Pile at Sliding Failure State[J].Advanced Materials Research，2014(578-579)：232-235.

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[7] 王若竹，钱永梅，尹新生.基于滑移线理论确定的挤扩多盘桩单桩承载力计算方法[J].建筑技术开发，2011，38(1)：5-6.

[8] Qian Deling.The load transfer law about the squeezed branch and plates pile extrusion expansion and FEM simulation[J].Journal of geotechnical engineering,2002,24(3):371-375.

[9] Xuewen Xie.The failure state and bearing capacity study of the Multi-Extruded-Expanded-Plates pile influenced by soil properties[M].2015.

Experimental study about the soil thickness at the bottom of the plate to affect the failure of resisting compression of the CEP pile★

Qian Yongmei1,2Liu Zunpeng1Xie Xinying1Yang Dajun3

(1.JilinJianzhuUniversity,Changchun130118,China;2.JilinStructureandEarthquakeResistanceTechnologyInnovationCenter,Changchun130118,China;3.AnhuiNo.3ConstructionCo.,Ltd,Hefei230000,China)

On the base of existing research method and conclusions of the CEP pile, it is puts forward that the method of small model pile with self-section test model test of undisturbed soil, and studies that the thickness of soil layer at bottom of plate affecting the bearing capacity and failure behavior of the CEP pile under vertical compression, and not only the whole failure behavior of soil surroundings the pile can be observed more clearly, but also the question is resolved that ensures that the soil in the test is complying with the actual situation of site. It also contributes to the promotion of the technology.

Concrete Expanded-Plates pile(CEP pile), thickness of soil layer, test of undisturbed soil, failure of resisting compression

1009-6825(2017)21-0042-02

2017-05-12★:国家自然科学基金项目(51278224)，吉林省教育厅项目2016[151]

钱永梅(1970- )，女，博士，硕士生导师，教授; 刘尊鹏(1994- )，男，在读硕士; 谢新颖(1980- )，女，副教授; 杨大军(1988- )，男，硕士

TU411.6

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