1、1,大厚度自重湿陷性黄土的桩基承载性状与负摩阻力试验研究,汪国烈 黄雪峰,2,1. 大厚度自重湿陷性黄土场地概况,试验场地的地质概况 试验场地位于宁夏固原七营镇，地处黄河一级支流清水河级阶地中部，场地地层分为上下2层： 上部为黄土层，厚35m，属自重湿陷性黄土，湿陷等级为级； 下部为壤土层，厚大于25m，属非湿陷性土层。 该场地的地下水位深度大于60m。,3,现场大面积浸水试验概况,现场试验浸水试坑平面尺寸为110m70m，是迄今为止国内规模最大的现场浸水试验。 试坑深1m，坑内打渗水孔，渗水孔直径150cm，孔深23 m，孔距5.0 m，孔内填入碎石或砂砾石。 浸水时，水头保持在0.5 m以
2、上；持续观测224d。,4,浸水试坑平面布置,5,现场浸水试坑初期的地表形态,6,浸水试坑内的沉降标点,7,浸水量与地表沉降观测,8,浸水后的地面沉降,试坑周围裂缝开展情况,9,中期试坑周围的地面裂缝开展情况,10,裂缝形成的错台（最大39cm）,11,裂缝的水平宽度（最大40cm）,12,湿陷速率随浸水时间变化规律,浸水期（图中蓝线），湿陷速率呈“小大小稳定”规律； 停水后（图中红线），湿陷速率呈“大小稳定”规律。,13,耗水量与浸水时间的关系,14,累计湿陷量与浸水时间的关系,坑内65号观测点,15,2、大厚度自重湿陷性黄土中桩基的试验研究,宁夏扶贫扬黄灌溉工程大部分渡槽的基础处于大厚度自
3、重湿陷性黄土地基上。由于黄土地基湿陷等级高，渡槽为大量用水构筑物，要消除地基土的全部湿陷，加上分撒，地基处理难度非常之大。经过多种处理方案比较，采用桩基础穿透湿陷性土层的方案合理。结合工程在该类型场地上进行了桩基试验研究。,16,浸水试坑与试验桩布置,本次试桩现场布置分为天然状态和饱和状态两个试验点，两点相隔距离约50m(地质条件一致)，均为人工挖孔灌注桩，试桩5根，其编号分别为ZH1、ZH2、ZH3、ZH4和ZH5。各试桩的特点如下表所示：,17,1号点试验桩布置 （天然状态下试验）,18,2号点试验桩布置 （分天然状态和饱和状态两种情况）,19,悬吊法试桩(ZH5),20,浸水试坑和沉降观
4、测点布置,21,桩基试坑浸水时的状况,22,加荷的千斤顶与钢梁,23,分层沉降观测点设置,24,分层沉降观测点埋设状况,25,桩身内力测试元件的设置,滑动测微计的滑管,26,滑动测微计,27,钢筋应力计,28,应变式数据采集仪器,29,试验成果及分析,30,天然状态下单桩竖向静载荷试验与荷载传递,单桩ZH1端阻力Q-S曲线（桩侧无摩阻力）,极限端阻力为 800kN/0.5m2=1600kPa,31,单桩ZH2摩阻力Q-S曲线（桩底脱空，无端阻力）,桩身极限摩阻力为 63kPa,32,单桩极限承载力试验与荷载传递特性,天然状态下单桩ZH3的Q-S曲线,单桩极限承载力为 8400kN,33,天然状
5、态下ZH3桩身轴向力的传递特征,ZH3桩身应变随桩顶荷载的变化（滑动测微计）,34,ZH3桩身应变随桩顶荷载的变化（钢筋应力计）,35,ZH3轴向力和摩阻力（滑动测微计）,36,ZH3轴向力和摩阻力 （ 钢筋应力计）,37,ZH3桩侧摩阻力、端阻力与桩顶荷载关係,在极限状态下，摩、端阻力分配比例关系接近6：1,摩阻力,端阻力,38,ZH3桩顶沉降和桩身弹性压缩变形与荷载关係,桩顶沉降(黑)和桩身弹性压缩变形(红)接近,桩顶沉降,弹性压缩,39,ZH3桩竖向承载力与端阻力、摩阻力取值,在天然状态下，该试桩竖向极限承载力为8400kN。极限端阻力为1550kPa，与ZH1测得的1600kPa很接近
6、。正摩阻力的平均值为66 kPa 81kPa，大于由ZH2测得的63kPa。 试验结果表明：采用不同的试验方法，结果是不同的，不可忽视端阻力对摩阻力的影响。,40,饱和状态下 单桩竖向静载荷试验与荷载传递特征,桩顶无载、饱和状态下，ZH3桩身应变随时间的变化过程,（滑动测微计）,41,（滑动测微计）,ZH3的轴力、摩阻力随时间的变化,42,饱和状态下ZH4桩的Q-S曲线,浸水沉降,ZH4桩的极限承载力为4400kN,43,ZH4桩身轴向力的传递特征,天然状态下（钢筋应力计实测）,44,天然状态下（钢筋应力计实测）,ZH4桩身轴向力的传递特征,45,桩顶荷载恒定、饱和状态下桩身应变随时间的变化
7、（钢筋应力计实测）,ZH4桩身轴向力的传递特征,46,桩顶荷载恒定、饱和状态下（钢筋应力计实测）,ZH4桩身轴向力的传递特征,47,桩顶荷载恒定浸水饱和状态下桩身应变随时间的变化 （滑动测微计实测）,ZH4桩身轴向力的传递特征,48,桩顶荷载恒定、饱和状态下桩身应变随时间的变化 （滑动测微计实测）,ZH4桩身轴向力的传递特征,49,ZH4桩饱和状态端阻力与摩阻力的发挥特征 （桩侧摩阻力、端阻力分担桩顶荷载的比例）,饱和极限状态下摩、端阻力分配比例关系接近2：1,摩阻力,端阻力,50,ZH4桩顶沉降与桩身弹性压缩变形,浸水沉降,在天然状态，桩顶位移（黑）接近桩身压缩（红）在饱和状态，因桩端土湿化
8、沉降，二者分离,桩顶沉降,桩身压缩,51,悬吊法测桩身负摩阻力与浸水时间的关系,浸水期间,停水期间,52,ZH3、ZH4、ZH5负摩阻力和中性点位置及 变化的试验结果对比,比较两种方法的测试结果可知，悬吊法所测数值偏小。,53,中性点的确定,在浸水65天后，中性点稳定深度（ln）为19m，湿陷性土层下限深度（l0）为35m。中性点深度与湿陷性土层下限深度之比为0.54。,54,3 结论,通过大型现场浸水试验、桩基试验、对大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形特征、桩基的承载性状和负摩阻力等问题进行了系统深入的研究，主要研究成果如下：,55,1）无摩擦桩、空底桩和摩擦端承桩在天然状态下的正摩阻力和端阻力
9、较高，饱水状态下单桩极限承载力不到天然状态下的一半；负摩阻力最大值为33 kPa。 2）实测负摩阻力远高于黄土规范建议的负摩阻力值。且负摩阻力的数值与场地的湿陷类型、湿陷量的大小无明确对应关系， 3）非自重湿陷性黄土场地的负摩阻力不能被完全忽略。,56,4）空底桩和悬吊桩，测得的正、负摩阻力数值偏小；摩擦端承试桩所得结果比较符合实际。 5）群桩对桩侧土有摩擦悬挂作用，对桩间土有约束限制作用，阻碍土的湿陷下沉和侧向挤出，从而减小场地的湿陷变形量。 6）长桩在桩顶大荷载作用下桩身压缩能达几十毫米之多，传统观点把长桩视为刚体是不确切的。在判断长桩是否达到极限承载力状态时，变形是主要的控制因素；由于桩的压缩变形受桩身模量控制，对长桩设计应注意提高桩体材料的模量和强度。,57,谢谢各位专家！,
