砂土地层墩基础承载性能室内模型试验研究*

李凯仁， 韩尚宇， 李月明， 余 强

(南昌航空大学土木建筑学院， 南昌 330063)

0 引言

墩基础通常指直径d≥0.8m、埋深为3～6m且长径比L/d<6的刚性基础[1]。已有工程实际表明，墩基础在岩石地层中已得到了广泛的应用[2]。相关学者对墩基础的设计方法、承载力计算等进行了研究，如李筱华等[3]认为可采用扩大头、空心及变截面等措施来提高墩基础的承载力；韩勇等[4]提出应按极限荷载破坏模式来界定墩基础；刘忠昌等[5-6]得出了竖向、水平荷载作用下的单墩承载力经验公式，提出了扩底墩基础检测的实施方法和技术要求；刘炎炎等[7]提出了一种新的极限破坏滑移面模型，研究了墩基础竖向承载力计算方法；李冕贵[8]分析了墩基础的设计与施工要点；柏孝辉等[9]分析了墩基础的适用条件及优点，研究了墩基础的承载力计算、构造设计等方面的内容；母恩喜等[10]认为墩基础的破坏模式类似于大直径桩基础，其承载力可依据现行建筑桩基规范[11]计算；夏一平等[12]探讨了墩基础的承载力计算方法及墩基础与上部结构的连接措施等内容；邹荣炳[13]探讨了墩基础的设计要点及其工程应用。

现有研究成果对本文的研究具有重要参考价值，但研究的侧重点主要集中于黏性土地层和岩石地层墩基础的受力特征、工作机理等内容，且国家现行建筑桩基规范[11]、地基基础规范[14]对墩基础未作出明确的规定，针对砂土地层墩基础的荷载-位移变化规律、承载力的影响因素、墩底土压力分布特点等方面的研究成果较少，难以满足砂土地层墩基础的工程实践需要。

考虑到砂土地层具有承载力好、后注浆施工便捷等特点，为拓宽墩基础的应用范围，本文借鉴了相关室内模型试验的研究经验[15-20]，分别开展了单墩在竖向荷载、水平荷载等不同方向静载作用下的模型试验，研究砂土地层墩基础的承载性能。

1 室内模型试验

1.1 试验概况

试验装置主要由模型箱、反力装置、加载装置及测试系统组成，其中模型箱采用角钢和钢板焊接成100cm×100cm×150cm(长×宽×高)的长方体；反力装置主要由门式刚架、滑轮固定块及定滑轮组成；加载装置由油压千斤顶、牵引绳及重物箱组成；测试系统主要由微型土压力盒、混凝土应变片、指针式百分表和静态应变测试分析仪组成。

试验地基土采用中砂，砂土的不均匀系数Cu=3.26，曲率系数Cc=1.06，细度模数Mx=2.51，密度为1.56g/cm3，含水率为4.4%，内摩擦角为28°。试验中采用分层填筑的方式将砂土填入模型箱内，每层砂土厚度为20～30cm；通过环刀法测出夯击后的砂土密度(密度要达到1.56g/cm3)，并以此作为分层夯击控制指标，保证砂土填筑的均匀性。……