桩基变形分析及水平静载试验探讨

范波

摘要：本文通过对拟建风电场项目的3根桩长10m，桩身直径为800mm的机械钻孔混凝土灌注桩试验桩进行单桩水平静载试验，准确测定出该工程的试验桩7#、8#、9#三根单桩水平承载力特征值不小于60KN，7#单桩的桩顶水平最大位移量为3.73mm、8#单桩的桩顶水平最大位移量为2.38mm、9#单桩的桩顶水平最大位移量为1.36mm。为项目下一步的设计提供了依据。

关键词：单桩水平静载试验；机械钻孔；混凝土灌注桩；桩顶水平位移量

Analysis of pile foundation deformation and discussion of horizontal static load test

Fan Bo

Anhui Institute of Geological Experiment（Hefei Mineral Resources Supervision and Testing Center of the Ministry of Land and Resources）

Abstract： This paper conducts a single-pile horizontal static load test on three mechanically drilled concrete castin-place pile test piles with a length of 10 meters and a pile diameter of 800 mm in the proposed wind farm project，and accurately determines the test piles of the project The characteristic value of the horizontal bearing capacity of the three single piles of 7#，8# and 9# is not less than 60KN，the maximum horizontal displacement of the top of the 7# single pile is 3.73 mm，and the maximum horizontal displacement of the top of the 8# single pile is 2.38 mm. The maximum horizontal displacement of the top of the 9# single pile is 1.36 mm. It provides a basis for the next design of the project.

Keywords： single pile horizontal static load test；mechanical drilling；concrete cast-in-place pile；horizontal displacement of pile top

1.引言

国内外的专家学者对桩基础的变形展开了一系列研究。桩基础的受力情况较为复杂，不仅仅是承受来自竖向的荷载和力矩，还要承受水平方向的荷载及力矩。例如：水平地震作用力、水平土压力、爆炸、撞击力等。因此，水平荷载计算是桩基础的一项重要计算内容。实际工程中多利用单桩水平静载试验得到桩基础的水平承载力，由于单桩试验中的试验桩与实际桩基础在工程周围桩边界条件存在差异，得到的试验结果不能完全贴合与实际工程中桩基础的受力特性。为了解决这一问题，采取桩基础水平静载试验测试桩基础周围土的地基土反力，试验结果所得地基土水平抗力系数为单桩水平承载力的设计计算提供了可行性的依据。

2.水平荷载作用下单桩受力特性

基桩在水平荷载作用下，其受力情况、工作状态和桩身刚体结构部分与桩身周围土体之间的关系很复杂，影响因素包括：桩身材料强度、桩身截面尺寸、桩侧土的水平抗力。刚性桩和弹性桩的划分依据是根据桩与土之间的相对刚度定义的。刚度较大的刚性桩，即桩的水平变形系数与桩的入土深度的乘积小于等于2.5，刚性桩可以忽略水平荷载作用下桩本身的挠曲变形，水平承载力主要受桩侧土强度影响。桩身挠曲变形较大的弹性桩即桩的水平变形系数与桩的入土深度的乘积大于2.5，弹性桩的水平承载力主要受材料抗弯刚度和桩侧土强度影响。通常弹性桩应用较广，本文所试验研究为弹性桩。

本文试验中单桩水平极限承载力的确定原则如下所示：

（1）水平荷载值是单向多循环加载法作用下的H～t～Y0曲线产生的明显陡降的前一级或慢速维持荷载法时的H～Y0曲线发生明显陡降的起始点；

（2）取慢速維持荷载法时的Y0～lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值。

（3）取H～△Y0/△H曲线或lgH～lgY0曲线上第二拐点对应的水平荷载值。

（4）取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。

3.工程实例

3.1工程概况

拟建的华润定远县范岗风电场项目位于安徽省滁州市定远县范岗镇，风机主要位于丘陵岗地和岗间洼地。华润定远县范岗风电场项目基础采用机械钻孔混凝土灌注桩，设计方案：单桩桩长10.00m，桩身直径800mm，单桩竖向抗压承载力特征值为1720kN，单桩竖向抗拔承载力特征值为567kN，单桩水平承载力特征值为60kN，基桩总数为9根。

华润风电（定远）有限公司委托该试验测定，安徽省地质实验研究所工程检测中心对在建的华润定远县范岗风电场项目的3根机械钻孔混凝土灌注桩试验桩进行单桩水平静载试验，以准确测定该工程试验桩的单桩水平承载力，为设计提供依据。

3.2基桩设计与施工概况

（1）基桩设计概况：

设计桩型：机械钻孔混凝土灌注桩；设计桩长：10.00m；设计桩身混凝土强度等级：C35强度等级；单桩竖向抗压承载力设计要求：特征值：1720kN；单桩竖向抗拔承载力设计要求：特征值：567kN；单桩水平承载力设计要求：特征值：60kN。

（2）基桩施工概况：

施工日期：2020.04.10；施工桩长：10.00m；基桩总数：9根；成桩工艺：机械钻孔，混凝土灌注。

4.单桩水平静载试验过程叙述

4.1试验目的及抽样方法

本次单桩水平静载试验为试验性检测，以准确测定该场地试验桩的单桩水平承载力，为设计提供依据。本工程共施工9根机械钻孔混凝土灌注桩，根据设计要求对3根试验桩进行单桩水平静载试验，检测数量（比例）符合《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）要求。

4.2试验方法

本次单桩水平静载试验利用两根机械钻孔混凝土灌注桩相互提供试验反力，采用单向多循环加载法。

4.3试验设备选用

本试验所需的试验设备如表1所示。

3.4试验加载

（1）试验加载。本工程单桩水平承载力特征值设计要求为60kN，根据现场情况和设计单位要求，本次试验最大试验荷载不小于60kN。根据JGJ106-2014规范的6.3.2条规定，分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10。

（2）试验加载、卸载方法。根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014第6.3.2条，每级加载量为预估极限荷载的1/10，每级荷载施加后，恒载4min后，可测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次，完成一级荷载的位移观测，试验不得中间停顿。

（3）试验加载停止。根据《建筑基桩检测技术规范》要求，当桩身折断、水平位移超过30mm～40mm、软土中的桩或大直径桩时可取高值、水平位移达到设计要求的水平位移允许值，出现以上情况之一，即加载停止。本次试验中，3根试验桩的单桩水平静载试验均因试验荷载达到预定最大加载量且单桩水平静载试验桩水平位移未达到允许值10mm而终止试验。

3.5试验结果分析

3.5.1单桩试验结果

通过试验，得到三根单桩水平静载试验结果，数据结果如表2所示。三根单桩水平静载试验中加载的位移量数据如表3所示。单桩水平静载试验水平力—时间—作用点位移H～t～Y0曲线图如图1所示（其中图一包括7#试桩水平静载试验H～t～Y0曲线图、8#试桩水平静载试验H～t～Y0曲线图、9#试桩水平静载试验H～t～Y0曲线图）。单桩水平静载试验水平力～位移梯度H～△Y0/△H曲线图如图2所示（其中图2包括7#试桩水平静载试验H～△Y0/△H曲线图、8#试桩水平静载试验H～△Y0/△H曲线图、9#试桩水平静载试验H～△Y0/△H曲线图）。

3.5.2试验结果分析

（1）从7#桩的单桩水平静载试验的H～t～Y0曲线图可以看出，在加载至60kN时，力作用点位移为3.73mm，H～t～Y0曲线未出现陡降趋势，H～△Y0/△H曲线未出现第二拐点。以上情况表明，该受检桩受水平推力作用尚未完全发挥。据JGJ106-2014规范6.4.4～6.4.5条，该受检桩水平承载力不小于60kN。

（2）从8#桩的单桩水平静载试验的H～t～Y0曲线图可以看出，在加载至60kN时，力作用点位移为2.38mm，H～t～Y0曲线未出现陡降趋势，H～△Y0/△H曲线未出现第二拐点。以上情况表明，该受检桩受水平推力作用尚未完全发挥。据JGJ106-2014规范6.4.4条—6.4.5条，该受检桩水平承载力不小于60kN。

（3）从9#桩的单桩水平静载试验的H～t～Y0曲线图可以看出，在加载至60kN时，力作用点位移为1.36mm，H～t～Y0曲线未出现陡降趋势，H～△Y0/△H曲线未出现第二拐点。以上情况表明，该受检桩受水平推力作用尚未完全发挥。据JGJ106-2014规范6.4.4条～6.4.5条，该受检桩水平承载力不小于60kN。

4.结论

（1）拟建的华润定远县范岗风电场项目的3根机械钻孔混凝土灌注桩试验桩（单桩7#、单桩8#、单桩9#）的单桩水平静载试验结果表明，三根单桩的水平承载力不小于60KN，可以满足设计要求。

（2）单桩试验桩7#的桩顶水平最大位移量为3.73mm，单桩试验桩8#的桩顶水平最大位移量为2.38mm，单桩试验桩9#的桩顶水平最大位移量為1.36mm。均小于最大桩顶水平位移量，满足设计要求。

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