上海黏土中桩侧向受荷性状与土体极限抗力

王惠初等(1991)从1984年10月到1986年2月在上海近郊的水下饱和黏土上进行了4个直径为160 mm(D16),90 mm(D9),200 mm(D20)和500 mm(D50)套管混凝土桩的侧向载荷试验。各桩的参数如表5-5中的实例CS13—CS16。

根据现场钻孔资料和室内土工试验,地表附近土体相对比较均匀,不排水强度平均值为40 kPa,在试桩D16和D20地表处,土体不排水强度稍低,约为26.5 kPa。

由实例CS13—CS16的分析可知,Gs=1.6～4.0 MPa,如果νs=0.3,则上海表层黏土的杨氏(或变形)模量Es为4.16～10.4 MPa。在试桩D16和D20处,由于土体不排水强度较小,则杨氏模量Es较小。对于表层粉质黏土和淤泥质黏土,试验报道的压缩模量E1-2约为2～7 MPa(杨敏等,2001),乘以系数1.5得杨氏(或变形)模量Es为3～10.5 MPa。值得注意的是,该系数比杨敏和赵锡宏(1992)由桩基沉降(深基础)反分析得到的系数2.5～3.5稍低。因此,上述杨氏模量可用于地基沉降和浅埋地下结构的变形分析。

对于上海黏土中的侧向受荷桩,α0=0.06～0.2 m,n=0.7和Ng=1.6～2.2。值得注意的是,由于在计算时采用Wu等(1999)建议的平均土体不排水剪强度Su=40 kPa,导致而α0和Ng在同一场地存在一定的差别,其中较小值对应于地面附近土体不排水强度较小的实例。因此,在准确确定表层黏土的强度变化后,采用α0=0.1 m,n=0.7和Ng=2.0可以较好地预测上海黏土中的侧向受荷桩性状。

如果以地面处桩基变形为10%d作为设计标准,最大塑性滑移深度为(3.9～5.1)d。桩的性状由该深度内的土体特性控制。因此,如果控制侧向受荷桩的变形,必须对该深度内的土体进行地基处理,提高土体的不排水剪强度。该结论可能同样适用于基坑支护桩或其他支护结构,即一般只需地基处理(如采用水泥土搅拌)(3.9～5.1)d的深度。然而,对于承受土体位移作用的桩或抗滑桩,地基处理深度必须达到移动土层或潜在滑移面下(3.9～5.1)d的深度。(www.xing528.com)

与地面处桩基变形为10%d对应的设计极限荷载Pult≈(15～20)Sud2,取Su=40 kPa,则Pult=(600～800)d2(kN),其中,d的单位为m。如果考虑地面土体的扰动,保守地取α0=0,并取n=0.7,Ng=2和np=4,代入式(5-8),得桩头自由桩的极限荷载：

再将上述参数和式(5-10)代入式(5-7),得极限设计弯矩：

对于地面处桩基变形为20%d及桩头固定时,可按5.4.3节相应的方程进行同样的分析,这里不再赘述。