深基坑護坡樁土壓力工程測試分析

王 崇 安徽省建設工程測試研究院有限責任公司

1 引言

對于土壓力問題來講，難以借助理論來進行精準解答的。在支護結構的設計方面，對于郎肯土壓力理論來說，由于易于進行計算，再加上力學概念較為清晰，由此得到了廣泛的應用，然而因為巖土工程頗為復雜，無論實施何種計算方法，均難以獲取可觀的計算結果，當對粘土層進行設計時，常常較為保守，通常情況下應當充分結合地區經驗，來進行相應的修正。一般而言，有很多因素會降低鋼筋應力，尤其是土壓力計算誤差?；谕翂毫Φ淖饔?，為有效探究護坡樁破壞機理，并為了更好弄清土體變形、樁位移改變情況等，本文不但開展了工程測試，也進行了模型試驗。

2 原體工程實測內容與模型試驗

2.1 原體工程實測內容

對于實測內容而言，主要包含以下幾點，也就是護坡樁內力、土壓力、護坡樁位移、土體位移以及樁的傾斜。（1）護坡樁內力。針對基坑開挖進行測試，基于土壓力的作用，進一步測試鋼筋的受力狀況。需要使用的儀器設備是鋼弦式應力計，將其同受力主筋進行連接，其自身也會承受一定的拉力，就接收儀器而言，它屬于一種頻率測定儀。（2）土壓力。借助鋼弦式土壓力盒以及相應的接收儀器來實現，對于護坡樁來說，主要是通過大直徑人工挖孔的方式來完成，直徑介于90cm～110cm之間，是由人將元件帶到孔內，根據不一樣的深度來處理元件，將其埋到孔壁中，當進行基坑挖土施工時，對處在不同深度的土壓力值進行測試。（3）護坡樁位移。對于位移觀測點來說，應盡可能地設置于護坡樁，這樣當對基坑進行開挖作業時，就可以對水平位移進行實時觀測。（4）土體位移。對于基坑來說，在不一樣的距離地方都應埋設測斜管，借助測斜儀對挖土時的土體水平位移進行測量。（5）樁的傾斜。在樁體的內部埋設相應的測斜管，當開展基坑開挖作業時，通過對測斜儀的使用，進一步來測量側向位移，從而針對不一樣深度地方的樁身，可以獲取相應的水平位移值。

2.2 模型試驗

對于模型試驗而言，本文主要從模型樁、土料與土的制備、附加荷載、開挖以及土壓力測試等方面進行探討。

（1）模型樁。對于模型樁的運用，一般都需要借助黃銅管，建議直徑為40mm左右，樁長為1.9m，同時還應在黃銅管的外壁加裝電阻片，并實行反復檢驗、認真篩選，以便能夠挑選出精度和穩定性都較好的黃銅管，將其當作模型樁。要求模型樁之間的距離在7cm左右，同時對于樁的上端，還應使用連梁進行連接，其中連梁主要是由扁鋼合成，借助螺栓實現連梁同護坡樁的連接。

（2）土料與土的制備。對于試坑內的土料而言，可以進一步將其分成兩種：一種是粘性土，另一種就是砂土。土料的制備：結合一定的含水量，對土料進行配制操作，在完成對樁的組裝時，吊進試坑之后，接下來進行分層回填，鋪上適當厚度的土料，借助木夯的作用進行夯實處理，充分把握其容重，針對每一次試驗土，促使其兩個指標差不多相似，一個是物理指標，另一個是力學指標。在試驗結束之后，選擇不一樣深度的土樣，對有關的參數進行測試，比如土樣容重以及含水量等，并針對于以上兩項指標，檢驗其能否符合試驗要求。

（3）附加荷載。在進行模型試驗時，想要針對樁的一側開展挖土作業，對其失穩破壞進行測試，在開展挖土作業之前，應先在樁后預加較大面積的荷載，建議其荷載強度是28MPa，由此能夠提升基坑深度。

（4）開挖。當均布荷載和測試工作完成之后，需要結合多種試驗要求，將其劃分成5～10層進行開挖，每一層的開挖作業都要等到樁頂位移平穩之后，才能再進行下一層的開挖作業。從開挖之后直到平穩這一過程中，都需要根據時間間隔來記錄相應的數據信息。若是護坡樁失去平衡，或者是樁位移較大，也就是高于50mm時應該停止試驗。

（5）土壓力測試。針對護坡樁側壁的土壓力進行測試時，需要借助應變式土壓力盒實現，通常其直徑是26mm，厚度是8mm。

（6）樁頂、樁體位移的測量。應在樁身的多個位置加裝位移傳感器，對不同階段的樁頂以及樁身位移進行測量。

3 土壓力實測分析

以模型試驗來分析，因為是先將樁就位之后才進行填土夯實處理，對于成樁過程來講，與具體工程是不同的，當進行填土夯實時會形成一定的摩擦力，從而促使土壓力變小，在進行開挖施工之后伴隨深度越來越深，會導致土壓力隨之降低，并且和郎肯土壓力進行比較時，這一壓力相對較小，另外對于樁頂土壓力來講，其數值基本上為零，隨著挖深的增加，會促使土壓力更加趨于零。

在開挖面一側，與郎肯土壓力進行比較，嵌固段土壓力也是不一樣的。相比于被動土壓力，對于嵌固段土壓力而言，其下半段較小而上半段較大，需要注意的是，即便是失穩狀態，也難以實現被動土壓力狀態，甚至以樁根位置來看，土壓力有著降低的趨勢。

對于實測以及郎肯壓力來講，兩者存在的不同，主要是由于粘聚性土體在開挖施工的過程中促使樁形成了位移，就樁位移以及土變形來分析，兩者缺乏一定的協調性，與土位移進行比較，上部樁位移較大，基于這樣的情況導致樁土彼此脫離，從而形成一定的向下裂縫，因為土有著粘聚性，所以土體不會出現坍落的現象，土壓力并沒有發生改變。另一方面，對于不存在裂縫的區段，因為位移量有著差異，所以在土壓力降低幅度方面，與樁下部進行比較，樁上部的相對較大。

在產生樁位移的基礎上，使得土壓力分布形式得以產生，因此開挖面一側有著最高的表面位移，促使土體被擠壓，從而先實現極限強度，然而以樁根部來分析，因為位移并不大，所以即便處于失穩狀態，也難以實現被動土壓力值。

在超過極限挖土深度之后會致使樁傾覆，從而導致土體失去穩定，隨之荷載塊慢慢沉陷，并且產生一定的滑動位移，因此無論是分布形態還是數值，與失穩之前的進行比較，此時的土壓力都發生了較大的改變，圖1所示為失穩前后的比較。與郎肯土壓力進行比較，主動土壓力相對較大，而且以合力作用點來分析，表現出下移的趨勢，故而相比于郎肯土壓力，結構土壓力是不一樣的。

圖1 失穩前后的比較

通過模型土壓力規律，為了更好體現支護土壓力的狀況，本文以某工程的土壓力實測開展對比，實際上對于護坡樁結構來講，因為其屬于使用狀態，所以僅能獲取該狀態的實測值，并不能獲取極限值，這一點不同于模型試驗。在開挖施工過程中土壓力呈現降低的趨勢，以土壓力降低幅度來分析，與樁下部進行對比，樁頂的較大，針對朗普土壓力而言，土壓力值大概為其三分之一，在開挖面一側，伴隨開挖深度變大，促使嵌固段土壓力隨之提高，因此未處于極限狀態，即便土壓力得到一定的增加，也沒有超過被動土壓力，與計算值進行對比，實測值大概為其二分之一。

4 裂縫分析

通過觀察能夠得知，無論是具體工程還是模型試驗，在形成樁頂位移的情況下，均會存在一定的裂縫，而且朝著向下的方向延伸，與此同時伴隨位移的變大，會促使裂縫變得更深。

針對模型試驗，在其處于極限狀態之后（如圖2所示，為模型樁裂縫圖），側面土體出現錯裂，對于錯裂面來講，其高差大概能夠達到5cm，寬度處于1cm～3cm的范圍，地面有著明顯的沉陷，而以外沉陷量來分析，出現了逐漸降低的趨勢，當與樁之間的距離達到0.8m時，沉陷不再減小，基于這樣的范圍有著一定的微裂縫，并且和基坑有著平行關系，以裂寬來分析，其并沒有超過3mm。

圖2 模型樁裂縫圖

在試驗之后，將土體斷面挖出來，對裂縫變化情況進行分析，針對開挖深度而言，在達到其四分之三的地方，裂縫才慢慢消失，由此可以得知其有著很深的裂縫，以裂縫上部來分析，與樁位移進行比較，因為土體位移相對較小，在樁以及土體之間存在彼此脫離的現象，故而導致裂縫的延伸，因此以樁上土壓力來分析，其數值為零，而對于裂縫下部來講，是屬于閉合狀態的，裂縫周圍土體存在剪切力。

5 粘聚力對土壓力的影響

針對一組粘性土以及砂土，基于兩者的比較試驗來展開相應的研究，通過試驗得知：對于郎肯土以及實測土，引發兩者壓力不同的因素有很多，尤其是土體粘聚力。

表1所示為關鍵的土性參數，其中編號1的粘聚力達到6.8kPa，相比之下，砂土的粘聚力基本上為零。

表1 粘性土和砂土對比試驗的參數

圖3所示為樁頂位移、彎矩以及土壓力的比較。從破壞出現的時間來看，與粘性土試驗進行比較，砂性土表現得較早，在開挖深度達到1.1m時，以砂土試驗B來分析，樁長達到1.8m，而對于嵌固以及樁長來講，兩者的比例為0.39，換句話來講，已經處于極限狀態，以試驗A來分析，在開挖深度達到1.4m時，樁長達到1.8m，而對于嵌固以及樁長來講，兩者的比例為0.22，故而才處于極限狀態。在土壓力方面，與砂土進行比較粘性土的相對較小，另外以合力作用點位置來看，粘性土的位置較低，由此會促使下樁彎矩變得更小，總之由于土體粘聚力的存在，會導致樁的彎矩變小。

圖3 樁頂位移、彎矩以及土壓力的比較

6 結論

基于粘性土的支護工程，對于某些護坡樁鋼筋強度來講，并沒有得到徹底的發揮，與鋼筋設置強度進行比較，鋼筋應力相對較小，從而導致了大量的浪費，面對這樣的情況，有必要對計算方法進行優化，引發鋼筋應力不高的因素有很多，尤其是土壓力。通過測試以及試驗得知，對于土體變形以及樁位移，兩者間缺乏一定的協調性，故而產生朝下的裂縫，另外與主動土壓力進行比較，由于護坡樁的較小，從而導致作用點呈現降低的趨勢，隨之也會減小樁的內力。