任建飛，周佳錦，龔曉南，俞建霖

(1.浙江大學(xué) 濱海與城市巖土工程研究中心，浙江 杭州 310058；2.浙江省城市地下空間開發(fā)工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310058)

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，傳統(tǒng)鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁在實(shí)際工程應(yīng)用中都受到一定的限制.鉆孔灌注樁施工過程中需要排放大量的泥漿[1]；錘擊或靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音污染會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利的影響[2].為了解決傳統(tǒng)樁基在實(shí)際工程應(yīng)用中存在的問題，龔曉南等[3]研發(fā)了靜鉆根植樁.在靜鉆根植樁施工過程中，預(yù)應(yīng)力樁可以通過自重進(jìn)入到樁孔內(nèi)，不需要在樁頂施加荷載，因此對(duì)周圍環(huán)境的擾動(dòng)較小[4].周佳錦等[5-10]通過模型試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析，對(duì)靜鉆根植樁在軟土地基中的承載性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，研究結(jié)果表明，靜鉆根植樁的承載性能均優(yōu)于傳統(tǒng)鉆孔灌注樁.靜鉆根植樁的樁側(cè)承載性能由預(yù)制樁-水泥土-土體接觸面控制.水泥土-土體接觸面的摩擦性能與傳統(tǒng)鉆孔灌注樁樁周不存在泥皮時(shí)的樁土接觸面摩擦性質(zhì)接近[11]，可以采用傳統(tǒng)的樁側(cè)摩阻力計(jì)算方法，如α法、β法和靜力觸探技術(shù)[12-14]，估算水泥土-土體接觸面的極限側(cè)摩阻力.Zhou等[15]通過三維樁土接觸面剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，管樁-水泥土接觸面極限側(cè)摩阻力隨著水泥土強(qiáng)度的增大而線性增大.考慮到靜鉆根植樁中的水泥土強(qiáng)度與軟巖強(qiáng)度接近，管樁-水泥土接觸面的摩擦特性可能與嵌巖樁的樁-巖石接觸面摩擦特性相似.嵌巖樁的極限側(cè)摩阻力由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α、β組成[16].O’Neill等[17]總結(jié)了不同文獻(xiàn)給出的α和β的推薦值.

嵌巖樁屬于現(xiàn)場灌注樁，樁身表面較粗糙[18-19]，Seidel等[19]提出無量綱粗糙度系數(shù)，考慮樁身表面粗糙度對(duì)嵌巖樁極限側(cè)摩阻力的影響.Asem等[20]通過分析實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，嵌巖樁極限側(cè)摩阻力隨著樁身直徑的增大而減小.當(dāng)混凝土-巖石接觸面具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)，接觸面發(fā)生脆性破壞；當(dāng)混凝土-巖石接觸面的黏結(jié)強(qiáng)度較低或者初始法向壓力很大（大于6 MPa）時(shí)，接觸面發(fā)生漸進(jìn)破壞[21-22].

在傳統(tǒng)樁土接觸面直剪或環(huán)剪試驗(yàn)中，樁土接觸面為平面，無法研究樁身形狀和尺寸對(duì)樁土接觸面摩擦特性的影響.筆者課題組自主設(shè)計(jì)的三維樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置可以模擬實(shí)際樁土接觸面的受力形式和邊界條件，研究樁身形狀和尺寸對(duì)樁土接觸面摩擦特性的影響[23-25].

本文通過三維樁土接觸面剪切試驗(yàn)，研究方樁-水泥土接觸面的界面摩擦特性，旨在揭示水泥土強(qiáng)度、方樁邊長及水泥土層厚度對(duì)方樁-水泥土接觸面摩擦特性和破壞模式的影響規(guī)律，為實(shí)際工程中靜鉆根植樁的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù).

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

方樁-水泥土接觸面剪切試驗(yàn)在本課題自主設(shè)計(jì)的三維樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置中開展.該試驗(yàn)裝置包括圓形剪切箱、反應(yīng)梁和伺服加載裝置，圓形剪切箱的直徑為900 mm，伺服加載裝置的加載量程為20 kN.試驗(yàn)槽底部中央有圓形孔洞，可以使方樁在加載過程中從中穿過[15].剪切試驗(yàn)的示意圖如圖1所示，試驗(yàn)中通過填充砂層來提供樁周徑向壓力.每次試驗(yàn)加載前進(jìn)行砂層填充，每次填充砂層的質(zhì)量是固定的，分3次進(jìn)行填充，每次填充砂層厚度為100 mm，用重物對(duì)砂層進(jìn)行分層壓實(shí)，將砂層厚度控制為300 mm.通過以上步驟使每次試驗(yàn)的樁周砂土情況保持一致，填充砂層為靜鉆根植樁提供充分的徑向壓力，使得剪切試驗(yàn)過程中方樁-水泥土接觸面試樣的受力狀態(tài)和邊界條件與實(shí)際靜鉆根植樁的樁土接觸面的受力狀態(tài)和邊界條件一致.

圖1 剪切試驗(yàn)的示意圖Fig.1 Schematic of pile-soil interface shear test

試驗(yàn)中水泥土配制用土取自寧波某工程現(xiàn)場的軟黏土，土體天然水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.6%，天然孔隙比為1.557，塑限和液限分別為27.9%、49.5%，天然含水率大于液限.在剪切試驗(yàn)中，水泥土配比參照靜鉆根植樁實(shí)際工程中的水泥土配比，水泥、土和水的質(zhì)量比為1∶2.86∶2.68.在水泥土試樣的制作過程中，將土體烘干碾碎并過1 mm篩；隨后將土體顆粒與52.5波特蘭水泥混合攪拌3 min，使得土體與水泥攪拌均勻；最后加入設(shè)計(jì)所需含水量并攪拌5 min，使得水泥土試樣攪拌均勻.

在剪切試驗(yàn)中，模型方樁預(yù)先制作，方樁的制作材料與實(shí)際方樁所用的材料一致，且各材料配比一致，將其充分?jǐn)嚢韬蟮谷胩刂频姆綐赌＞咧?用細(xì)鐵棒對(duì)水泥土漿進(jìn)行插搗，使其中的氣泡排除，保證方樁表面不會(huì)存在氣泡空隙，將模型方樁靜置在標(biāo)養(yǎng)室中養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行脫模.該試驗(yàn)方樁試模與實(shí)際方樁試模內(nèi)表面的光滑程度一致，可以保證模型方樁與實(shí)際方樁表面的粗糙度相同.不同邊長模型方樁的照片如圖2所示，方樁邊長b分別為21.4、29、36、45.5、55、67、80和91 mm.

圖2 不同邊長方樁的照片F(xiàn)ig.2 Photograph of square piles with different side length

方樁-水泥土接觸面的試樣制作過程參見文獻(xiàn)[15].將模型方樁置于一塊光滑玻璃板上，將內(nèi)徑為150 mm的PVC管置于玻璃板上且方樁中心與PVC管中心重合，將攪拌均勻的水泥土倒入PVC管與模型方樁之間的空間.在方樁-水泥土接觸面的試樣制作完成后，放入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)到設(shè)計(jì)齡期后脫模.脫模后的方樁-水泥土接觸面試樣如圖3所示，在方樁周圍均勻分布一層均勻水泥土層.

圖3 方樁-水泥土接觸面試樣的照片F(xiàn)ig.3 Photograph of square piles-cemented soil interface specimen

2 方樁-水泥土接觸面的剪切試驗(yàn)

2.1 接觸面的荷載變化特性

方樁-水泥土接觸面試樣在標(biāo)養(yǎng)室中分別養(yǎng)護(hù)3、7和14 d后進(jìn)行剪切試驗(yàn)，研究水泥土強(qiáng)度對(duì)方樁-水泥土接觸面摩擦特性的影響.養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3、7和14 d時(shí)的水泥土強(qiáng)度分別為522、775和1 000 kPa.在剪切試驗(yàn)過程中，采用伺服加載電機(jī)對(duì)方樁-水泥土接觸面試樣進(jìn)行加載，加載速率為0.5 mm/min，試驗(yàn)過程中的荷載、位移數(shù)據(jù)由伺服加載裝置自動(dòng)讀取和存儲(chǔ).當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d時(shí)，不同邊長方樁的荷載位移曲線如圖4所示.

圖4 荷載-位移曲線（養(yǎng)護(hù)時(shí)間：3 d）Fig.4 Load-displacement curve (curing time: 3 days)

圖4中，F(xiàn)為樁頂荷載，S為樁頂位移.可以看出，當(dāng)方樁邊長從21.4 mm增加到45.5 mm時(shí)，最大樁頂荷載從2.21 kN增加到3.38 kN；當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面的破壞模式發(fā)生變化.當(dāng)方樁邊長為21.4～36 mm時(shí)，樁頂荷載隨著樁頂位移的增加而線性增大，在荷載達(dá)到最大值后，樁頂荷載隨著位移的增大而穩(wěn)步減小，并逐漸達(dá)到穩(wěn)定值.當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)，加載初期的樁頂荷載隨著樁頂位移的增加而線性增加，在荷載達(dá)到最大值后，隨著樁頂位移的增加，荷載突然急劇下降，發(fā)生脆性破壞.這是由于當(dāng)樁頂荷載達(dá)到極限值時(shí)方樁周圍水泥土中出現(xiàn)裂縫，使得方樁-水泥土接觸面的徑向壓力減小，方樁-水泥土接觸面發(fā)生突然破壞.當(dāng)方樁邊長為36 mm時(shí)，加載完成后的方樁-水泥土接觸面試樣如圖5所示.在加載完成后，方樁周圍水泥土層是一個(gè)整體，在樁頂荷載達(dá)到最大值后，方樁-水泥土接觸面受到徑向壓力的作用，因此方樁-水泥土接觸面發(fā)生漸進(jìn)破壞.當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)，加載完成后的方樁-水泥土接觸面試樣如圖6所示.可以看出，在加載完成后，水泥中出現(xiàn)4條徑向裂縫， 4條裂縫對(duì)應(yīng)方樁的4個(gè)邊角，將方樁-水泥土接觸面試樣從剪切試驗(yàn)裝置中取出后發(fā)現(xiàn)，水泥土沿著4條裂縫分成4部分.在試驗(yàn)過程中，當(dāng)樁頂荷載達(dá)到最大值時(shí)，方樁邊角處發(fā)生應(yīng)力集中，該位置處水泥土中出現(xiàn)裂縫，方樁-水泥土接觸面的法向壓力減小，方樁-水泥土接觸面發(fā)生脆性破壞.

圖5 邊長為36 mm的方樁剪切試驗(yàn)后的照片F(xiàn)ig.5 Photograph of 36 mm square pile after shear test

圖6 邊長為45.5 mm的方樁剪切試驗(yàn)后的照片F(xiàn)ig.6 Photograph of 45.5 mm square pile after shear test

從圖4（b）可以看出，當(dāng)方樁邊長為55～91 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面均發(fā)生脆性破壞.當(dāng)方樁邊長由55 mm增加到91 mm時(shí)，最大樁頂荷載從3.61 kN減小到2.07 kN，即最大樁頂荷載隨著方樁直徑的增加而減小，方樁-水泥土接觸面剪切試驗(yàn)存在尺寸效應(yīng).

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加到7 d時(shí)，水泥土強(qiáng)度為775 kPa，此時(shí)不同邊長方樁的荷載-位移曲線如圖7所示.可以看出，當(dāng)方樁邊長為21.4～36 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面發(fā)生漸進(jìn)破壞；當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面發(fā)生脆性破壞，這與養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d時(shí)的破壞規(guī)律一致.從圖7（a）可以看出，最大樁頂荷載隨著方樁邊長的增加而增大，當(dāng)方樁邊長從21.4 mm增加到45.5mm時(shí)，最大樁頂荷載從3.81 kN增加到6.10 kN.從圖7（b）可以看出，當(dāng)方樁邊長為55～91 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面均發(fā)生脆性破壞；當(dāng)方樁邊長從67 mm增加到91 mm時(shí)，最大樁頂荷載從6.52 kN減小到4.83 kN.

圖7 荷載-位移曲線（養(yǎng)護(hù)時(shí)間：7 d）Fig.7 Load - displacement curve (curing time: 7 days)

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到14 d時(shí)，水泥土強(qiáng)度增大到1 000 kPa，此時(shí)不同邊長方樁的荷載-位移曲線如圖8所示.從圖8（a）可以看出，當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面發(fā)生脆性破壞，與養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d和7 d時(shí)的變化規(guī)律一致.當(dāng)方樁邊長由21.4 mm增加到45.5 mm時(shí)，最大樁頂荷載由4.43 kN增加到7.38 kN.從圖8（b）可以看出，當(dāng)方樁邊長為55～91 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面均發(fā)生脆性破壞.當(dāng)方樁邊長從55 mm增加到91 mm時(shí)，最大樁頂荷載從7.97 kN減小到5.83 kN.

圖8 荷載-位移曲線（養(yǎng)護(hù)時(shí)間：14 d）Fig.8 Load-displacement curve (curing time: 14 days)

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d和14 d，方樁邊長為21.4～45.5 mm時(shí)，最大樁頂荷載隨著方樁邊長的增加而增大.當(dāng)方樁邊長為55～91 mm時(shí)，最大樁頂荷載隨著方樁邊長的增加而減小，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)，方樁邊長大于67 mm后，最大樁頂荷載隨著方樁邊長的增加而減小，即方樁-水泥土接觸面剪切試驗(yàn)存在尺寸效應(yīng).當(dāng)方樁邊長相同時(shí)，最大樁頂荷載隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而增大，這是由于水泥土強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而增加，提高了方樁-水泥土接觸面的極限承載力.

3、7、14 d齡期下的方樁-水泥土接觸面均表現(xiàn)出破壞模式隨著方樁邊長的增加而發(fā)生變化的現(xiàn)象.出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是方樁周圍水泥土厚度的變化和應(yīng)力集中現(xiàn)象.當(dāng)樁周水泥土厚度足夠大時(shí)，方樁角點(diǎn)處的應(yīng)力集中不足以產(chǎn)生裂縫，方樁-水泥土接觸面表現(xiàn)出一定的延塑性，因此出現(xiàn)塑性破壞.當(dāng)樁周水泥土厚度小于42.8 mm時(shí)，方樁角點(diǎn)處的應(yīng)力集中會(huì)使水泥土出現(xiàn)裂縫及脆性破壞的現(xiàn)象.

2.2 接觸面?zhèn)饶ψ枇ψ兓匦?/h3>

為了進(jìn)一步研究方樁-水泥土接觸面的摩擦特性，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到不同邊長方樁的側(cè)摩阻力-相對(duì)位移的關(guān)系曲線.方樁-水泥土接觸面?zhèn)饶ψ枇Ζ涌梢园聪率接?jì)算：

式中：h為接觸面高度（本試驗(yàn)中水泥土-混凝土接觸面的高度均為300 mm）.

考慮到剪切試驗(yàn)過程中水泥土底部與剪切試驗(yàn)裝置底板接觸，加載過程中水泥土不會(huì)發(fā)生位移，并且剪切試驗(yàn)過程中方樁壓縮量很?。ㄐ∮?.05 mm），可以將樁頂位移近似作為方樁與水泥土接觸面的相對(duì)位移.當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d時(shí)，不同邊長方樁-水泥土接觸面的側(cè)摩阻力-相對(duì)位移關(guān)系曲線如圖9所示.

圖9 側(cè)摩阻力-相對(duì)位移曲線（養(yǎng)護(hù)時(shí)間：3 d）Fig.9 Skin friction-relative displacement curve (curing time: 3 days)

從圖9（a）可以看出，方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增大而減小.將τu表示為最大側(cè)摩阻力，當(dāng)方樁邊長為21.4 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力為86.0 kPa.當(dāng)方樁邊長增加到29 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力為75.6 kPa.當(dāng)方樁邊長為36 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力減小到66.6 kPa.當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力減小到62.0 kPa，且接觸面發(fā)生脆性破壞.從圖9（a）還可以看出，方樁-水泥土接觸面的殘余側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增大而減小.方樁邊長從21.4 mm增加到45.5 mm，相對(duì)位移達(dá)到25 mm時(shí)的殘余側(cè)摩阻力分別為42.1、37.6、31.1和8.8 kPa.當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)發(fā)生脆性破壞，因此此時(shí)的殘余側(cè)摩阻力遠(yuǎn)小于發(fā)生漸進(jìn)破壞時(shí)的殘余側(cè)摩阻力.

從圖9（b）可以看出，當(dāng)方樁邊長為55～91 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增加而減小.當(dāng)方樁邊長從55 mm增加到91 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力分別為54.7、44.2、35.6和19.0 kPa.從圖9（b）還可以看出，由于接觸面均發(fā)生脆性破壞，相對(duì)位移達(dá)到25 mm時(shí)的殘余側(cè)摩阻力為6.9～11.3 kPa，與邊長為45.5 mm時(shí)的殘余側(cè)摩阻力接近.

對(duì)于嵌巖樁，樁身表面比較粗糙，在樁-巖石接觸面荷載傳遞過程中會(huì)發(fā)生剪脹，使得接觸面法向壓力增加，而法向壓力的增加值隨著樁徑的增大而減小，因此嵌巖樁的最大樁側(cè)摩阻力隨著樁身直徑的增大而減小[19].本次試驗(yàn)中方樁表面十分光滑，光滑樁土接觸面發(fā)生剪脹的可能性較小.Asem等[20]指出嵌巖樁側(cè)摩阻力的尺寸效應(yīng)是由于樁-巖石接觸面的剪切強(qiáng)度和剛度會(huì)隨著樁身直徑的增大而減小.本文中方樁-水泥土接觸面最大側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增加而減小，可以認(rèn)為方樁-水泥土接觸面的剪切強(qiáng)度和剛度隨著方樁邊長的增加而減小.

如圖10所示為當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到7 d時(shí)不同邊長方樁-水泥土接觸面的側(cè)摩阻力-相對(duì)位移的關(guān)系曲線，此時(shí)水泥土強(qiáng)度為775 kPa.從圖10（a）可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增加而減小；當(dāng)方樁邊長從21.4 mm增加到45.5 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力分別為148.4、137.2、120和111.7 kPa.殘余側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增大而減小，當(dāng)方樁邊長從21.4 mm增加到36 mm時(shí)的殘余側(cè)摩阻力分別為61.4、25.3和17.9 kPa.當(dāng)方樁邊長增加到45.5 mm時(shí)發(fā)生脆性破壞，殘余側(cè)摩阻力僅為8.8 kPa.從圖10（b）可以看出，當(dāng)方樁邊長從55 mm增加到91 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力分別為96.2、81.1、60.5和44.2 kPa.由于方樁-水泥土接觸面均發(fā)生脆性破壞，相對(duì)位移達(dá)到25 mm時(shí)的殘余側(cè)摩阻力為5.0～8.5 kPa.

圖10 側(cè)摩阻力-相對(duì)位移曲線（養(yǎng)護(hù)時(shí)間：7 d）Fig.10 Skin friction-relative displacement curve (curing time: 7 days)

如圖11所示為當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加到14 d時(shí)，不同邊長方樁-水泥土接觸面的側(cè)摩阻力-相對(duì)位移的關(guān)系曲線，此時(shí)水泥土強(qiáng)度為1 000 kPa.從圖11（a）可以看出，當(dāng)方樁邊長從21.4 mm增加到45.5 mm時(shí)，最大側(cè)摩阻力分別為172.5、166.5、144.7和135.2 kPa.相對(duì)位移達(dá)到25 mm時(shí)的殘余側(cè)摩阻力分別為74.2、33.6、23.2和6.6 kPa.從圖11（b）可以看出，當(dāng)方樁邊長從55 mm增加到91 mm時(shí)，方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力分別為120.7、94.7、72.8和53.7 kPa，對(duì)應(yīng)的殘余側(cè)摩阻力為4.8～8.8 kPa.

圖11 側(cè)摩阻力-相對(duì)位移曲線（養(yǎng)護(hù)時(shí)間：14 d）Fig.11 Skin friction-relative displacement curve (curing time: 14 days)

當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力均隨著方樁邊長的增加而減小.將不同邊長的最大側(cè)摩阻力進(jìn)行整理，得到最大側(cè)摩阻力τu和方樁邊長的關(guān)系曲線，如圖12所示.可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，方樁-水泥土接觸面的最大側(cè)摩阻力均隨著方樁邊長的增加而線性減小.當(dāng)方樁邊長從21.4 mm增加到91 mm時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d時(shí)的最大側(cè)摩阻力由86.0 kPa減小到19.0 kPa，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)的最大側(cè)摩阻力由148.4 kPa減小到44.2 kPa，養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加到14 d時(shí)的最大側(cè)摩阻力由174.5 kPa減小到53.7 kPa.從圖12還可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，方樁-水泥土接觸面最大側(cè)摩阻力的減小幅度逐漸增大，即方樁-水泥土接觸面最大側(cè)摩阻力的減小幅度隨著水泥土強(qiáng)度的增加而增大.

圖12 極限側(cè)摩阻力-邊長的關(guān)系曲線Fig.12 Relationship curve between maximum skin friction and side length of square pile

將方樁-水泥土接觸面的剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到不同邊長方樁歸一化最大側(cè)摩阻力（最大側(cè)摩阻力/水泥土強(qiáng)度）-水泥土強(qiáng)度的關(guān)系曲線，如圖13所示.圖中，fcu為水泥土強(qiáng)度.從圖13可以看出，水泥土強(qiáng)度對(duì)歸一化最大側(cè)摩阻力的影響不大，而歸一化最大側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增加而顯著減小.當(dāng)方樁邊長為21.4 mm時(shí)，歸一化最大側(cè)摩阻力為0.165～0.191；當(dāng)方樁邊長增加到91 mm時(shí)，歸一化最大側(cè)摩阻力僅為0.034～0.057.剪切試驗(yàn)中所用方樁的最大尺寸為91 mm，14 d齡期下的歸一化最大側(cè)摩阻力為0.054.工程中對(duì)方樁-水泥土接觸面極限側(cè)摩阻力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要保證樁-水泥土接觸面不發(fā)生破壞，樁-水泥土接觸面強(qiáng)度大于水泥土-土接觸面強(qiáng)度，因此可取其設(shè)計(jì)值為0.054倍水泥土強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，保證內(nèi)接觸面的強(qiáng)度.

圖13 歸一化最大側(cè)摩阻力-水泥土強(qiáng)度的關(guān)系Fig.13 Relationship between normalized maximum skin friction and cemented soil strength

3 結(jié) 論

（1）方樁-水泥土接觸面最大樁頂荷載隨著方樁邊長的增加而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，即方樁-水泥土接觸面剪切試驗(yàn)存在尺寸效應(yīng).當(dāng)方樁邊長相同時(shí)，最大樁頂荷載隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而增大.

（2）方樁-水泥土接觸面最大側(cè)摩阻力隨著方樁邊長的增加而減小，隨著水泥土強(qiáng)度的增加而增大，而水泥土強(qiáng)度對(duì)歸一化最大側(cè)摩阻力的影響不大.

（3）方樁-水泥土接觸面的破壞模式隨著方樁邊長的增加而變化，即隨著水泥土層厚度的減小而變化.由于方樁存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象，當(dāng)方樁角點(diǎn)處的水泥土層厚度大于49.5 mm時(shí)，應(yīng)力集中不足以使水泥土產(chǎn)生裂縫，因此接觸面發(fā)生塑性破壞.當(dāng)厚度小于42.8 mm時(shí)，角點(diǎn)處出現(xiàn)裂縫，接觸面發(fā)生脆性破壞.