黃治璟　胡舒璘　郭　慶　金一平　郭光照（.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 35000；.中土集團福州勘察設(shè)計研究院，福建 福州 35000）

軟土地層中豎向分級堆載對樁基影響

黃治璟1胡舒璘1郭慶1金一平1郭光照2
（1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350100；2.中土集團福州勘察設(shè)計研究院，福建 福州 350100）

軟土層鐵路橋梁樁頂有豎向荷載作用時容易產(chǎn)生豎向沉降與橫向側(cè)移，最終可能影響行車安全。因此，研究豎向受荷樁基力學(xué)性狀對濱海樁基工程具有重大意義。設(shè)計豎向堆載的鋼套箱模型及加載方案，在可門港填海工程地區(qū)進行大尺寸、大比例的橋樁現(xiàn)場豎向堆載試驗。結(jié)果表明，承臺在上部荷載的作用下，樁身的軸力隨著上部荷載的增加，呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢，四樁承臺中的兩個樁樁身靠近樁頂?shù)奈恢糜捎诔信_的“套箍”作用，迎土側(cè)受壓，使得其產(chǎn)生負彎矩?？蔀榭砷T港地區(qū)填海造陸工程設(shè)計和施工提供一定參考。

豎向受荷橋樁；分級堆載；跨海鐵路橋樁

1 引言

隨著我國沿海地區(qū)的發(fā)展，跨海大橋建設(shè)日益增長，而其橋樁往往建與淤泥質(zhì)軟土層，容易產(chǎn)生豎向沉降與橫向側(cè)移，繼而可能導(dǎo)致樁基礎(chǔ)發(fā)生嚴重側(cè)移、影響行車安全。如今關(guān)于跨海鐵路橋梁樁頂有豎向荷載作用時樁基受力變形性狀分析的現(xiàn)場試驗研究報告較少，而橋梁樁基往往都能承擔(dān)一定的上部荷載，所以研究有上部豎向荷載時樁基礎(chǔ)的受力變形性狀是必要的。目前，群樁承臺豎向分級堆載試驗大多都是小尺寸且現(xiàn)場加載，有很大的局限性和不確定性，因此進行大尺寸、大比例的橋樁現(xiàn)場豎向分級堆載試驗，設(shè)計豎向堆載的鋼套箱模型及豎向加載方案具有創(chuàng)造性意義。本文主要是對四樁低承臺和兩樁高承臺先后進行豎向靜載試驗，得到承臺沉降量及樁身的應(yīng)力應(yīng)變情況，來測試樁基內(nèi)力及樁側(cè)摩阻力的變化特征，分析以可門港特大橋樁基為代表的濱海地區(qū)群樁的豎向承載力性能，從而對可門港整個填海造陸工程的設(shè)計與施工提供參考。

圖1 樁身的軸力-深度變化

2 承臺豎向靜載試驗

2.1 試驗過程。四樁承臺鋼套箱的尺寸為8.7×8.7×3.5m3，鋼套箱的四邊挑出承臺1.5m。采用的是先將現(xiàn)場的砂石料裝袋，再往承臺上堆砂袋的方式。這種加載方式的優(yōu)點是無需支擋物，無需換填樁周土跟搭建承載平臺。由于現(xiàn)場對于砂石裝袋的量難以精確控制，各個噸袋的重量大小不一，因此，根據(jù)噸袋實驗所得的數(shù)據(jù)，每個噸袋的平均重量取為1.48t。而四樁承臺的設(shè)計總荷載為5920kN，折算后可知該次豎向靜載所需堆載的總袋數(shù)為400袋，分五級加載，每級80袋。而兩樁承臺的面積僅為四樁承臺的一半，其設(shè)計荷載亦為四樁的一半，2960kN，仍分五級進行加載，單級加載重量為592kN。

2.2 試驗數(shù)據(jù)分析。（1）四樁承臺樁身軸力采用樁內(nèi)部的傳感器所測得的數(shù)據(jù)通過換算得到，其變化如圖1所示。由圖1可以看出，樁身的軸力隨著上部荷載的增加，呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢，每一級增加的數(shù)量大致相同，這與實際中堆載的工況相對對應(yīng)；而呈對角線布置的樁（圖1右圖），堆載過程中會產(chǎn)生偏心作用，因此在軸力的變化形態(tài)上有所不一致；上部荷載引起的樁身軸力主要是分布在樁頂以下16m范圍之內(nèi)，在同一級荷載的作用下，軸力至上而下逐漸減少，在標高為-9m～-10m軸力迅速下降，可能是該處出現(xiàn)抗剪強度比較大的夾層土。（2）兩樁承臺樁身軸力采用樁內(nèi)部的傳感器所測得的數(shù)據(jù)通過換算得到，其變化如圖2所示。如圖2所示可以看出兩樁承臺在上部荷載的作用下，樁身軸力發(fā)生了變化，總體上與上部荷載呈現(xiàn)正比的關(guān)系，但是，這兩樁承臺樁身軸力變化曲線比較奇怪：樁身的曲線呈現(xiàn)波動的形式，但是兩根樁在標高為-6m～-9m的位置軸力總體上呈現(xiàn)迅速衰減的現(xiàn)象，在-9m標高以下，樁身軸力出現(xiàn)增大的情況，前者的解釋可能是在該位置上含有較為堅硬的土層，樁身荷載傳遞至周圍土體，后者有可能是土體中出現(xiàn)負摩阻力。

圖2 樁軸力-深度變化

結(jié)論

本文通過四樁承臺、兩樁承臺的豎向靜載試驗，得到了以下幾個結(jié)論：（1）四樁承臺在上部荷載的作用下，樁身的軸力隨著上部荷載的增加，呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢；而樁的布局中呈對角線布置時，堆載過程中會產(chǎn)生偏心作用，因此在軸力的變化形態(tài)上有所不一致。（2）四樁承臺中的兩個樁樁身靠近樁頂?shù)奈恢糜捎诔信_的“套箍”作用，迎土側(cè)受壓，使得其產(chǎn)生負彎矩。（3）兩樁承臺在上部荷載的作用下，樁身軸力發(fā)生了變化，總體上與上部荷載呈現(xiàn)正比的關(guān)系，但兩樁承臺樁身軸力曲線呈現(xiàn)波動的形式，其原因可能是含有較為堅硬的土層或者土體中出現(xiàn)向下的負摩阻力。（4）四樁承臺樁身軸力主要由周圍土體與樁身間的側(cè)摩阻力承擔(dān)；兩樁承臺樁身軸力主要由周圍土體與樁身間的側(cè)摩阻力和樁端阻力承擔(dān)。

[1]張麗雪.填海工程施工期對海洋生態(tài)環(huán)境影響探析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2012（01）：287.

TU473

A

福州大學(xué)本科生科研訓(xùn)練計劃項目基金（19022）。