基础尺寸对碎石土地基扩底基础上拔承载力影响现场试验探究.doc

基础尺寸对碎石土地基扩底基础上拔承载力影响现场试验探究 　　摘要：影响基础上拔承载能力的因素包括地基土物理力学参数及基础尺寸参数，而确定混凝土方量最小、基础上拔承载力最大的基础参数配比是基础优化设计的关键。以戈壁滩碎石土地基中的原状土扩底基础为研究对象，采用正交设计方法，以立柱直径、深宽比、扩展角为影响因素，以基础上拔承载力为分析指标，设计出9组尺寸的足尺基础。通过现场试验，获得了各试验基础的荷载一位移曲线和上拔承载力值，提出了采用渐变率的概念表征荷载一位移曲线的非线性变化特征，通过分析发现基础荷载一位移曲线渐变率与承载能力呈负相关。结合正交试验分析结果，得出立柱直径、深宽比、扩展角3个因素中对碎石土地基原状土扩底基础抗拔承载能力的影响程度由大到小依次为深宽比、立柱直径、扩展角，表明在戈壁滩碎石土地基基础的工程设计中增加深宽比能提高基础抗拔承载能力 关键词：碎石土；原状土；输电线路；扩底基础；上拔承载力 中图分类号：TU475 文献标志码：A 文章编号：1674-764（2016）06-0017-07 原状土扩底基础（输电线路工程中又称“掏挖基础”）是指利用人工或机械的方法在原状土地基中钻（挖）成基础设计外形的基坑，然后将钢筋骨架和混凝土直接浇注于基坑而成的原状土基础，已广泛应用于输电线路、高耸建筑物等结构的基础工程中。此类基础的上拔承载力主要受基础结构强度、基础几何特征及其周围土体的物理力学性质影响。在高电压等级输电线路中，杆塔基础往往承受几百吨乃至上千吨的上拔荷载。在工程设计中，为了提高基础承载力，往往通过增加桩径、埋深及扩大头的尺寸等一系列技术手段来提高基础的上拔承载力。然而，如何确定最优的基础尺寸、使基础上拔承载力最大是基础优化设计的核心问题 针对碎石土地基基础抗拔承载特性方面的研究较多。Chen等对粗粒土和细粒土2种地基钻孔灌注桩的上拔荷载一位移特性进行了大量统计分析，对比分析了不同失效准则获取基础上拔承载力的差异；Qian等、鲁先龙等在新疆和甘肃开展了输电线路杆塔真型基础的现场上拔试验，分析了荷载一位移变化特征，并采用双曲线模型对46个基础样本的荷载一位移曲线进行了拟合，分析了模型拟合参数的不确定性；张振华等采用有限差分法对某碎石土地基扩底基础在上拔和水平组合荷载作用下的变形破坏过程进行了数值分析，概化出上拔土体破裂面形态的几何模型。郝冬梅等根据塑性极限平衡原理，建立了抗拔土体的极限平衡方程，采用变分法求得不同加载条件下基础承载力的数值解，分析了抗剪强度参数、水平荷载对基础承载力的影响。上述研究工作均未涉及基础尺寸参数对其抗拔承载特性影响的研究 针对基础抗拔承载特性影响因素也有一些研究。Matsuo通过室内模型试验分析了砂土和黏土中扩大头形状对基础上拔承载力影响，表明在底板混凝土方量一定条件下，圆形扩大头较方形扩大头承载能力高；Dickin等通过离心机试验分析了埋深、扩底直径、填土密度和基底扩展角对砂土中扩底桩上拔特性的影响；Hesham等通过模型试验分析了砂土中锥形桩的承载力随围压增长的变化规律，得出高围压下锥形桩的上拔承载力与等截面桩上拔承载力相差不大的结论；刘文白等应用颗粒流理论研究了黄土中扩底桩抗拔承载特性，发现增加扩底桩扩大段的高度对提高承载力有效；陈仁朋等通过大尺寸模型试验得出在非饱和及饱和粉土中，扩底桩深宽比在1～3范围内变化时，上拔极限承载力对应的上拔位移基本不变，当深宽比达到5时，上拔位移有显著增加；喻皓通过数值计算得出黏土地基条件下，短桩的扩大头对桩体的变形影响较大，而长桩影响较小；李保中等研究了主柱和扩底尺寸对中国500kV线路工程中粉土地基扩底基础上拔、下压余度的影响规律。上述研究的对象均为细粒土中的抗拔基础，而针对碎石土这类粗粒土中的基础抗拔承载特性均未涉及 综上所述，目前针对基础尺寸参数对碎石土地基扩底基础抗拔承载特性的研究较少。笔者以戈壁滩碎石土地基中的扩底基础为研究对象，基于正交试验设计理论，选取立柱直径、基础深宽比、基底扩展角3个参数为影响因素，以基础上拔承载力为分析指标，通过现场上拔静载试验，分析试验基础的抗拔承载特性以及上述各参数对承载力的影响程度，提出适用于戈壁滩碎石土地基原状土扩底基础的工程优化措施 1.试验概况 1.1试验场地条件 试验场地位于甘肃省张掖市高台县境内原330kV张-嘉-回线173#塔位附近，如图1所示。根据地勘资料，试验场地的地质参数推荐值见表1 1.2加载系统与加载方案 上拔加载装置由千斤顶、加荷梁、连接框架和反力基座组成，其中，反力基座采用承压桩，承压桩具有足够的刚度，以确保满足地基强度和变形的要求，试验加载装置见图2 试验采用分级加载，加载初期可根据经验采用快速荷载法，当基础变形较