摘要 利用有限元模拟理论,分析了在大厚度湿陷性黄土场地中,长柱的桩周土在天然状态和浸水状态下对基桩承载性状的作用,并对湿陷过程中桩的承载机理等进行研究,为同类地质上的工程应用提供了宝贵的技术参数。
黄土作为一种常见的工程地基,在我国主要分布于北纬33°~47°之间,总面积约为63.5万km2,最大厚度达180~200 m。黄土在一定压力作用下,受水浸湿后结构迅速破坏而发生的显着下沉现象,称之为湿陷。实测或计算自重湿陷量大于7cm的湿陷性黄土为自重湿陷性黄土。
在工程实践中,Ⅳ级自重湿陷性黄土场地,采用灌注桩基础,占了很大比重。这种方法穿透了湿陷性黄土层,使基础传力于湿陷土层以下的持力土层上,相对来说比较安全可靠,但是缺点是投资大,经济性差。
为了降低工程投资,给某工程设计和以后的工程应用提供准确的技术参数,并指导同类工程实践,根据地质勘察报告,在Ⅳ级自重湿陷性黄土场地中,通过研究桩周土浸水前后桩承载性状、湿陷过程中的承载机理等,进行了长桩竖向承载力的试验研究。
1 主要试验依据
《建筑地基基础设计规范》、《建筑桩基技术规范》、《湿陷性黄土地区建筑规范》等。
2 试验场地岩土工程条件
2,1场地地形地貌
试验场地位于榆中县和平镇科技园内,园区地势西南高、北东低,高差约37米左右,坡降37‰,场地地形因平田整地而呈台阶状。地貌特征为上更新统砂砾卵石夹粘土(上覆风成黄土状粉土)构成的山前冲积一洪积平原。
2,2工程地质及水文地质
(1)试验场地地层结构
①黄土状粉土(Q3eol):层厚42.3~38.1m。黄褐色、褐色,局部夹层状、透镜体状棕褐色粉质粘土层。呈大孔隙状,垂直节理发育,可塑~硬塑,稍密~中密,随深度含水量略为增加,稍湿~湿。
②卵石层(Q3al-pl):未揭穿,青灰色,层顶标高1744.3~1738.39m,颗粒呈扁圆~亚圆状;粒径以2~8cm为主,最大20cm,偶见漂石,骨架颗粒约占60%左右,级配较好,粒间充填物为混砂及粘土,分选性差;其母岩成分为石英岩、花岗岩、灰岩,以灰岩居多,局部呈半胶结状;中密~密实,稍湿,最大钻掘深度5.2米。
(2)地质构造:位于祁连褶皱系的东延部分,第三纪、第四纪迭置凹陷。可断续看到山群硅质千枚岩逆于下侏罗系之上,为晚近期复活性断裂。盆地基底南深北浅,其上为第四系沉积物。
(3)地下水:区域水文资料显示,本场地地下水类型属潜水,赋存于卵石层下部,水位在自然地面以下约115米,水位线呈逐年下降状态,地下水对工程无影响。
2,3岩土工程评价
(1)黄土湿陷性评价:试验场地黄土属典型的陇西黄土,具高敏感性、大湿陷量、垂直节理发育。湿陷量计算结果:z=123.1~272cm;ZS=61.3~200.2cm。整个场地水平范围内属Ⅳ级自重湿陷性黄土场地,最大湿陷深度为40米。
(2)人工挖孔灌注桩桩基设计参数:勘察报告建议采用人工挖孔灌注桩基础,桩长为40米左右,以卵石层为桩端持力层。对于干作业桩(清底干净,D=800mm)各层土的极限端阻力和极限侧阻力见表1。
3 试验方案
3,1试验装置
(1)试验加载装置:加载反力装置采用锚桩钢梁反力系统,4×5000kN电动油泵驱动的油压千斤顶加载,荷载测量采用设置在电动油泵上的压力传感器直接测定。
试验加载设备最大加载能力达到20000kN。
(2)荷载与沉降量测仪器:试桩采用2个正交直径方向对称安置四个位移传感器,由RS—JYC地基基础静载荷测试仪自动记录测量试桩桩顶的变形。所有位移传感器均用磁性表座固定于由脚手架钢管构成的基准梁上。
(3)静载试验自动控制系统;本试验检测采用RS—JYC地基基础静载荷测试仪,全自动控制试验过程、全自动实时观测并自动记录测试数据。
该系统通过预先设置的加(卸)载分级、荷载量值、判稳标准等试验参数,控制设置在电动油泵上的压力传感器实现全自动加载、补载、卸载,自动维持荷载恒定并自动判稳进行下级荷载的测试。测试仪采集设置于试桩、锚桩上的位移传感器的变形数据,自动记录测试数据。
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