光伏支架微型锚固式抗拔桩承载特性试验研究

高承栋 黄雪峰 朱中华 张沛然

(1.中国人民解放军陆军勤务学院，重庆 401311； 2.兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050)

光伏支架微型锚固式抗拔桩承载特性试验研究

高承栋1黄雪峰1朱中华2张沛然2

(1.中国人民解放军陆军勤务学院，重庆 401311； 2.兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050)

为解决砂砾石地区光伏支架抗拔基础的工程应用问题，在对传统抗拔桩研究基础上提出了微型锚固式抗拔桩，并通过在西北砂砾石现场足尺试验，研究了桩径、桩长对微型锚固式抗拔桩传力特性与承载性状的影响特征。试验结果表明：桩的极限承载力随着桩径和桩长的增加而提高，但在抗拔受力过程中，桩身传力存在一个临界深度(约4 m)，超过临界深度以后桩长对抗拔桩的承载力增加贡献较小。

微型锚固式抗拔桩，光伏支架基础，抗拔桩临界深度，桩深应力

0 引言

近年来，随着国家能源战略转型，太阳能开发利用规模快速扩大。在建设光伏发电设备群时，同时需要成千上万的光伏支架，而支架基础是整个支架系统安全运行的保证。因此，选择合理的支架基础形式，是缩短建设周期、节约工程投资的关键。

目前，抗拔桩广泛应用于大型地下室抗浮、高耸建(构)筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、大型船坞底板的桩基础和静荷载试桩中的锚桩基础。王幼青等[1]通过对原型抗拔试验桩进行模拟试验，分析提出了抗拔桩属于“突进型破坏”且在极限荷载作用下抗拔桩的变形较小，破坏前兆不易察觉，抗拔桩的桩侧阻力随桩长的增加近似按线性关系减少；张忠苗等[2]通过分析抗拔桩在软土地区，在不同上拔荷载作用下的承载特性，得到在上拔荷载作用下，轴力沿着桩身向下缓慢减小，并在桩端底处减小到零。本文在传统抗拔桩的研究成果的基础上，根据光伏支架基础的受力特点，提出了一种能够在大型光伏电站大量应用的新型抗拔桩——微型锚固式抗拔桩。

本次试验选址在西北某光伏电站建设场，通过现场足尺试验，分析认识不同尺寸的微型锚固式抗拔桩在砂砾石场地的荷载位移规律、极限承载力大小和轴力随埋深分布规律。以此为基础，得出相关结论。不仅对以上砂砾地质条件下光伏支架基础选择具有十分重要的工程价值，同时还可为其他地质条件下光伏电站支架基础的设计和理论研究提供参考。

1 试验概况

1.1场地条件

砂砾石试验场地位于甘肃某光伏电站建设场区，该场地为细砾质堆积型砂砾石土地质[3]，地层剖面主要为：表层为不同粒径的砾石，其下为细砂，再下层为砂砾混合层，混合层中填充有大量黏性土。具体地质条件见表1。试验场地的地下水位较深，可忽略地下水对微型锚固式抗拔桩的影响。

表1 砂砾石场地地层物理力学性质指标

1.2试验方案

为探究在砂砾石条件下，不同桩基参数下的微型锚固式抗拔桩的承载特性，现场足尺试验共设置8根试验桩，具体尺寸如表2所示。本试验采用单桩竖向抗拔静载试验[4,5]，试验过程中以地面作为反力，试验是由液压穿心千斤顶加载，分级等量加载，当施加每级荷载后，拉拔仪表盘读数达到稳定标准时，再施加下一级荷载，观测并记录试验数据。

表2 微型锚固式抗拔桩尺寸

2 试验结果与分析

2.1荷载位移曲线

根据现场试验采集数据，分别得到图1桩径相同，桩长不同的荷载—位移曲线和图2桩长相同，桩径不同的荷载—位移曲线。

由图1，图2可看出试桩的荷载—位移曲线变化规律相近，在发生桩基上拔破坏之前，试桩都呈现为“渐近破坏”的缓变型。在上拔荷载小于极限荷载前一级或者前二级荷载时，曲线的斜率较小，上拔位移的发展较为缓慢；随着上拔荷载的增大，曲线斜率逐渐变大，此时，上拔位移变化较快，同样的荷载增量导致了较大的位移增量。如以SZ-4桩来说，当上拔荷载从105 kN增大到120 kN时，上拔位移增加了2.17 mm；当从120 kN增大到135 kN时，上拔位移增加了8.16 mm，该级位移增量达到了前一级增量的4倍左右。因此，可以看到微型锚固式抗拔桩承载变形特性呈现如下性状：位移在起始阶段随荷载增加发展较为平缓,随着荷载进一步增大,位移出现陡然增长的特性,然后突然出现拐点,荷载加到极限时，上拔位移迅速增大,抗拔桩破坏。

由试验可知，试桩的荷载—位移曲线随着桩径和桩长的变化，呈现出一定的排列规律，即上拔位移基本随着桩径和桩长的增大而减小，但位移的减小的幅度却随着桩长的增加而变小。如在桩长同为4 m桩径分别为150 mm，200 mm的试桩，在荷载加载到60 kN时的位移分别为9.71 mm,5.47 mm，可以看出随着桩径的增加，位移逐渐变小。桩径同为200 mm，桩长分别为2 m,3 m,4 m,9 m的试桩，在荷载加载到60 kN时的位移分别为7.73 mm,4.24 mm,3.18 mm,3.18 mm，可以看出随着桩长增加，位移不断减小，减小的幅度也在变小。

2.2桩身轴力分布曲线

取SZ-7，SZ-8试验桩进行模拟，得到不同长度微型锚固式抗拔桩的轴力随埋深的分布图，如图3,图4所示。

通过观察，发现桩长为9 m的试验桩SZ-7，SZ-8上部桩身轴力随埋深变化幅度较大，而桩身下部则与之相反，尤其是4 m以下桩体的轴力基本不再发生变化。因此，微型桩的抗拔力并不是随着桩长的增大而增大，而是存在一个经济合理的临界深度(4 m)，同时我们在试验中也得到桩径同为150 mm，桩长分别为2 m,3 m,4 m,9 m的极限承载力分别为50 kN,90 kN,120 kN,135 kN;桩径同为200 mm，桩长分别为2 m,3 m,4 m,9 m的极限承载力分别为80 kN,120 kN,135 kN,135 kN。Kulhaway[6]认为桩土摩擦角以及侧压力系数随土体埋深的减小共同导致了临界深度的存在。图示结果也印证了文献分析。因此在设计微型锚固式抗拔桩时，建议桩长控制在2 m～4 m左右为宜。

3 结语

通过在西北砂砾石场地开展不同尺寸的微型锚固式抗拔桩的现场足尺试验，对其荷载位移规律、极限承载力大小和轴力随埋深分布规律进行比较与分析，得到如下几点结论：

1)在砂砾石场地地质条件下，微型锚固式抗拔桩的抗拔极限承载力均随着桩长L、桩径r的增加而增加；

2)在微型锚固式抗拔桩在抗拔受力过程中，桩的极限承载力不随桩深成比例增加，在超过临界深度(4 m)以后桩长对抗拔桩的承载力增加贡献较小。因此，在设计微型锚固式抗拔桩时，根据试验结果建议桩长控制在2 m～4 m。

[1] 王幼青,张 磊.抗拔桩的承载性能研究[J].哈尔滨工业大学学报,2006(3):389-391.

[2] 张忠苗,张乾青,张广兴.软土地区抗拔桩受力性状的试验研究[J].浙江大学学报,2009(11):2114-2119.

[3] 冯益明，吴 波，周 娜,等．戈壁分类体系与编目研究[J].地理学报，2014(3):391-398.

[4] JGJ 106—2014,建筑基桩检测技术规范[S].

[5] 李 燕,叶永红,张广兴,等.抗拔桩破坏性静载试验分析[J].低温建筑技术,2013(5):102-104.

[6] Kulhawy F H.Limiting Tip and Side Resistance:Fact or Fallacy[A].Analysis and Design of Pile Foundations[C].ASCE,1984:80-98.

Experimentalresearchonbearingcapacityofmicroanchoredupliftpileofphotovoltaicstent

GaoChengdong1HuangXuefeng1ZhuZhonghua2ZhangPeiran2

(1.AnmyLogisticsUniversityofPLA,Chongqing401311,China; 2.SchoolofCivilEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)

In order to solve the problem of engineering application of sand gravel area PV bracket uplift foundations, in the traditional uplift pile is proposed based on the research of micro anchored pile, sand and gravel in the northwest and through the field test study on the influence of pile length to pile diameter, micro anchored pile and force transmission characteristics bearing behavior characteristics. The test results show that with increasing the pile diameter and length increase the ultimate bearing capacity of pile, but the pullout force of pile load transfer process, there is a critical depth (about 4 m), more than the critical depth of pile bearing capacity after long uplift pile increases little contribution.

micro anchored uplift pile, photovoltaic support foundation, critical depth of uplift pile, pile depth stress

1009-6825(2017)29-0082-02

2017-08-03

高承栋(1986- )，男，在读工程硕士

TU473.1

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