竖向水平作用下排桩研究

桩基工程中，由于进行排桩的原位试验需要花费大量的人力、物力和时间，或因场地条件施工环境等其他因素的限制不方便进行原位试验，在这种情况下，室内模型试验就成为研究、探索和解决问题的一种快速有效的方法［6］。本文通过室内模型试验来探求排桩在竖向、水平向荷载作用下的受力特性，研究排桩在竖向、水平向荷载共同作用下的基本性状，通过试验获取桩顶位移、桩身弯距分布等原始数据，了解竖向、水平向荷载共同作用下排桩的基本工作状态与规律。

1试验介绍

1.1试验方案为了较好地模拟桩的实际工作情况，试验方案设计如下:首先在模型桩承台上施加竖向荷载，待稳定后再向模型桩承台分级施加水平向荷载直至破坏。其中前十二种工况分为三组，桩距分别为3D、6D以及8D，模型桩埋入土中的深度相同，均为33D(66cm)，泥面上桩的长度为5.5D(11cm)，每组竖向荷载分为四级，分别为0N、176.4N、352.8N和529.2N。而工况13、工况14两组试桩竖向荷载和桩间距同工况7，但是入土深度分别为28D(56cm)和23D(46cm)，泥面上桩的长度仍为5.5D(11cm)。各试桩的具体参数情况见表1。

1.2模型桩的布置及试验加载读数考虑到本次试验的土料是风干砂土，钢管的弹性模量比较适合，导热性和各向均匀性都能符合试验要求［7，8］，本试验选用钢管桩作为模型桩。试验中桩身截面的弯距用桩身实测的应变值通过计算来推求，桩身应变的量测采用桩身粘贴应变片的方法，数据收集采用DH3816静态应变测试系统。试验在满足几何相似和力学相似的前提下进行，模型桩的布置方式采用常见的串联方式，见图1所示。加载方式是先向承台施加一定量的竖向荷载，待稳定后再逐级施加水平向荷载，直到破坏。水平荷载大约每隔20min加一级，加载完成后，每隔5min测读一次，如果后5min内位移变化超过0.1mm则要继续观察直到稳定。如果在40min内桩还没有达到稳定，或者土体已明显破坏，或者地面处前桩水平位移达到一定值(试验中认为8mm)时，即认为模型桩己破坏，可终止加载，加载路径如图2所示。

2试验数据分析

2.1各工况下桩的临界水平位移与极限水平荷载的关系在桩的间距、入土深度和抗弯刚度不变的情况下，桩的极限水平荷载随着竖向荷载的增加而增加，见表2，即在同一水平荷载情况下，竖向荷载的压应力会抵消部分弯曲拉应力，提高桩的极限水平荷载。图3～图5表示了在不同竖向荷载条件下，桩破坏时极限水平荷载与桩水平位移的关系。在桩的入土深度、竖向荷载和抗弯刚度不变的情况下，桩破坏时水平荷载随着桩间距的增加而增加，分析认为排桩中各桩之间有相互影响，在水平荷载作用下会产生一个水平位移，桩间土体受扰动而松动，引起水平荷载的降低，桩距较小时桩与桩之间影响较大，即中后桩明显受到前桩的影响，土抗力降低，从而导致水平承载力降低，随着桩距在一定范围内的增大，桩间影响减弱，故水平承载力也得到相应提高。图6～图7表示了不同桩间距的桩破坏时极限水平荷载与桩水平位移之间的关系。