朱彥鵬，楊奎斌，王海明，楊校輝

(1. 蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050； 2. 蘭州理工大學(xué) 甘肅土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，甘肅 蘭州 730050； 3. 蘭州理工大學(xué) 西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心，甘肅 蘭州 730050)

0引 言

黃土濕陷所引起的樁基負摩阻力問題在西北地區(qū)廣泛存在[1-2]，因其給樁基工程帶來危害而備受關(guān)注。作為一種區(qū)域性特殊土，濕陷性黃土遇水后強度降低顯著，在土體自重或上覆荷載的作用下會造成土骨架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而引發(fā)濕陷變形[3-4]。樁基工程中樁周土體濕陷則會引起樁土相對位移產(chǎn)生負摩阻力，對樁基承載力造成削弱，進而影響到建筑物的正常安全使用[5-6]。因此，為避免及減小由于黃土濕陷而產(chǎn)生的樁側(cè)負摩阻力，開展有關(guān)負摩阻力問題的研究顯得尤為重要。

目前，樁基負摩阻力問題的理論研究還不夠成熟，相關(guān)解析解尚不能直接應(yīng)用于實際工程[7-9]。在濕陷性黃土地區(qū)，現(xiàn)場浸水試驗?zāi)軌蛑苯拥贸鰳痘撃ψ枇?，結(jié)果精確可靠，被普遍認為是在濕陷性黃土地區(qū)研究負摩阻力問題最為直接有效的方法[10]，并且很多學(xué)者在這方面做出了很大努力。通過現(xiàn)場浸水試驗研究，魏進等[11]得出樁側(cè)負摩阻力僅出現(xiàn)在地表以下一定深度范圍內(nèi)，并呈現(xiàn)單峰形態(tài)；夏力農(nóng)等[12-13]指出隨著樁頂荷載變化，負摩阻力及中性點位置也隨之變化；黃雪峰等[14-15]測得實際樁側(cè)負摩阻力遠高于規(guī)范建議值，并且還揭示了黃土濕陷下限深度與樁基中性點位置確定的相互關(guān)系。董曉明等[16]分析了區(qū)域性黃土非均勻濕陷條件下的樁基承載特性，探索了樁基在浸水過程中樁側(cè)摩阻力的傳遞規(guī)律；朱彥鵬等[17]在黃土塬地區(qū)分析了大直徑長樁的承載性狀，發(fā)現(xiàn)地基土夾層交互分布、濕陷性不連續(xù)等原因會導(dǎo)致樁身出現(xiàn)多個中性點?，F(xiàn)有研究成果較為豐富，正在不斷加深人們對于負摩阻力的認識，但傳統(tǒng)樁基現(xiàn)場浸水試驗卻很難實現(xiàn)樁身全段浸水，這樣便使得浸水程度會隨深度增加而逐漸遞減；楊校輝等[18]關(guān)于濕陷性黃土地基所建議的22.5～25.0 m作為大厚度自重濕陷性黃土地基處理和濕陷性評價的臨界深度也印證了這一點。因此，為彌補傳統(tǒng)樁基浸水試驗所存在的不足，尋求一條妥善解決樁側(cè)負摩阻力問題的出路，筆者認為在樁基施工過程中預(yù)先消除部分黃土濕陷應(yīng)成為樁基工程領(lǐng)域探索的一個方向，通過減小樁基部分負摩阻力，勢必能夠使得樁基承載能力得到大幅提升。

朱彥鵬等[19]曾于2011年7月在甘肅省定西市采用注水孔與試坑相結(jié)合的方式進行了浸水試驗，但僅對負摩阻力沿樁長分布規(guī)律進行了分析，并未意識到樁周注水孔浸水這一特殊浸水方式其實是消除樁周土體濕陷的一個有效途徑?，F(xiàn)進一步對試驗現(xiàn)象進行分析，并以消除樁周土體濕陷性為出發(fā)點，再次探索新方法，對微型鋼管砂漿復(fù)合樁采用循環(huán)注漿的方式進行浸水試驗。通過試驗對比，探究樁側(cè)負摩阻力在特殊浸水條件下的分布特點、發(fā)展規(guī)律。以期對負摩阻力問題進行更加深入的分析，從本質(zhì)上為消除濕陷性黃土地區(qū)樁基負摩阻力問題提供解決方案。

1灌注樁注水孔與試坑結(jié)合浸水試驗

1.1試驗思路和目的

圖1注水孔與試坑結(jié)合的浸水方式Fig.1Immersion Mode Combined with Water Injection Hole and Test Pit

圖2傳感器布置Fig.2Layout of Sensor

為探究樁周土體在充分浸水情況下樁側(cè)負摩阻力的發(fā)揮大小，掌握濕陷性黃土地區(qū)樁基建筑物在使用過程中地基土遇水濕陷后樁基負摩阻力的最不利情況。采用以注水孔為主、試坑為輔，相互結(jié)合的浸水方式對樁周土體進行充分浸水(圖1)。與此同時，在樁身埋設(shè)混凝土應(yīng)變計和鋼筋計(圖2)，用于測量埋設(shè)點混凝土的應(yīng)變和鋼筋應(yīng)力，進而獲得在樁頂受荷以及樁周浸水情況下樁身軸力及樁側(cè)摩阻力隨時間的變化規(guī)律。鋼筋計沿豎向在對稱鋼筋上左右間隔布置，從0 m開始每隔1 m布置1個，共計22個；混凝土應(yīng)變計沿試驗樁中心線埋設(shè)，由鋼筋定位，沿豎向全長間隔2 m均勻布置，共計15個。

1.2試驗概況

依托中國移動甘肅定西分公司新城區(qū)移動通信綜介樓項目，本試驗場地選擇在定西市新城區(qū)，地貌屬西河右岸Ⅰ級階地與洪積扇復(fù)合地貌單元，場地地形較為平坦，地層分布比較簡單，主要以黃土狀粉土層、階地砂礫層和新第三系泥巖為主。該場地土層特性指標(biāo)如表1所示。

表1土層特性指標(biāo)1Tab.1Characteristic Indices of Soil Layer 1

根據(jù)實際工程需要，試驗樁樁徑為800 mm，樁長26 m，浸水方式為注水孔與試坑相互結(jié)合，其中注水孔均勻布置于樁周，孔深14 m，為便于水的滲透，在孔內(nèi)設(shè)置PVC管，管壁鉆取多個注水孔，注水管內(nèi)填充石料；受場地所限，試坑的直徑較小，約為2 m，試坑深度也約為2 m。

1.3單樁荷載-沉降特性

鑒于試驗樁預(yù)估單樁豎向承載力較大，加載裝置選擇能夠提供較大反力的錨樁反力裝置，如圖3所示，并嚴格按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》[20]采用慢速維持荷載法對試驗樁進行了分級加載，實測荷載-沉降(Q-s)曲線如圖4所示。

圖3浸水試驗現(xiàn)場Fig.3Immersion Test Site

圖4單樁豎向靜載試驗的Q-s曲線1Fig.4Q-s Curve of Single Pile in Vertical Static Loading Test 1

從圖4可以看出，試驗樁加載至5 400 kN時，沉降量明顯增大，達到26.136 mm，由此判斷試驗樁單樁豎向極限承載力為5 400 kN。

1.4樁身軸力和摩阻力分布規(guī)律

待試驗樁測試完單樁豎向極限承載力后將樁頂豎向荷載卸載至3 600 kN，并立即向注水孔及試坑內(nèi)注水，對樁身軸力及樁側(cè)摩阻力進行為期20 d的測試。

試驗中通過均勻埋設(shè)在試驗樁內(nèi)的混凝土應(yīng)變計和鋼筋計直接測得埋設(shè)點混凝土微應(yīng)變和鋼筋應(yīng)力，利用胡克定律求得樁身某一截面處的混凝土應(yīng)力，將混凝土應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力分別乘以各自的截面面積再求和即可得到樁身在該截面處的軸力；樁側(cè)摩阻力則是將混凝土應(yīng)變計和鋼筋計埋設(shè)位置作為每層土的中點分段進行計算，并假定樁身局部范圍內(nèi)側(cè)摩阻力相同，摩阻力大小為平均摩阻力，經(jīng)計算的樁身軸力沿樁深分布曲線和樁側(cè)摩阻力沿樁深分布曲線如圖5，6所示。

圖5軸力1Fig.5Axial Force 1

圖6樁側(cè)摩阻力1Fig.6Skin Friction of Pile Side 1

從圖5可以看出，從樁頂至樁底軸力逐漸減小至負值，表現(xiàn)出摩擦樁的特性，但浸水段整體樁身軸力卻呈現(xiàn)出增長的趨勢，其中-2～0 m，-6～-4 m和-16～-12 m范圍內(nèi)樁身軸力隨樁深增加而增加。樁側(cè)上部浸水段以負摩阻力為主，存在多個負摩阻力峰值，正負摩阻力呈現(xiàn)交錯分布的形態(tài)；樁身下部未浸水段由于土體濕陷量較小或并未濕陷，在樁土相對位移的作用下產(chǎn)生的是正摩阻力。

分析認為，局部樁身軸力隨樁深增加而增加是由于樁周土體浸水濕陷，樁土相對位移產(chǎn)生負摩阻力而導(dǎo)致的；正負摩阻力交錯分布則是由于PVC管的注水孔間隔分布，部分注水孔堵塞致使樁周土體沿樁深浸水程度不均勻，僅部分注水孔附近土體浸水較為充分，而部分堵塞的注水孔附近并未充分濕陷，進而致使土體分段濕陷。

糖尿病是臨床常見的慢性疾病,分為1型、2型,臨床中2型發(fā)病較多,占90%以上。該病好發(fā)于35歲以上人群,臨床表現(xiàn)為多飲、多食、多尿、體重下降等。如不及時控制病情,則可合并多種嚴重疾病,危及生命。故本文以在我院接受治療的初診2型糖尿病患者為研究對象,探討瑞格列奈聯(lián)合二甲雙胍治療初診2型糖尿病的臨床療效,現(xiàn)詳細報告如下。

同時，注水孔與試坑浸水能夠使得樁周土體充分浸水，進而產(chǎn)生較大負摩阻力，樁頂處土體浸水充分，負摩阻力在浸水15 d后達到最大值，為314.35 kPa；注水孔孔底處，負摩阻力在浸水20 d時達到最大值，為319.62 kPa。由此也表明在濕陷性黃土地區(qū)，樁基建筑物在使用過程中若樁周土體遇水濕陷則會產(chǎn)生較大負摩阻力，對樁基承載力以及樁基建筑物較為不利。

2微型鋼管砂漿復(fù)合樁泥漿循環(huán)浸水試驗

2.1試驗思路和目的

為在樁基施工過程中消除部分黃土濕陷性，自行設(shè)計一種新型的高壓循環(huán)注漿成樁施工工藝，如圖7所示，該工藝在成樁過程中通過泥漿循環(huán)同步實現(xiàn)樁周土體的微量浸水。該成樁工藝能夠在提升微型鋼管砂漿復(fù)合樁承載能力的同時，利用泥漿循環(huán)實現(xiàn)在成樁過程中同步完成樁周土體的微量浸水，而本文僅對泥漿循環(huán)浸水方式所產(chǎn)生的樁側(cè)負摩阻力問題展開研究，對于水泥砂漿和鋼管結(jié)合所形成的復(fù)合樁承載特性不做論述。

圖7高壓循環(huán)注漿成樁施工工藝Fig.7High Pressure Circulation Grouting Construction Technology

另外，在樁身埋設(shè)混凝土應(yīng)變計，將混凝土應(yīng)變計沿試驗樁中心線埋設(shè)，由鋼筋定位，沿樁身全長間隔4 m均勻布置，共計9個；待成樁完成并且養(yǎng)護一段時間后，進行靜載試驗，進而研究微浸水后樁側(cè)負摩阻力的發(fā)揮情況。

2.2試驗概況

本試驗依托甘肅省蘭州市九州開發(fā)區(qū)合作小區(qū)2棟12層樁基建筑物糾偏加固工程，場地選擇在傾斜建筑物所處的大厚度填方地基上，位于黃河北岸高階地羅鍋溝臺地部位。場地原為羅鍋溝支溝，南側(cè)為山坡，北側(cè)為深溝谷，后經(jīng)人工挖填整平作為建筑場地，填土深度高達30 m，主要由粉土及泥質(zhì)砂巖組成，局部含有卵礫及極少量的生活和建筑垃圾，素填土的濕陷系數(shù)在0.015～0.062之間，自重濕陷系數(shù)在0.015～0.083之間，從濕陷量計算結(jié)果判定，該場地為Ⅳ級自重濕陷性場地，可以作為本次試驗的場地。該場地土層特性指標(biāo)如表2所示。

表2土層特性指標(biāo)2Tab.2Characteristic Indices of Soil Layer 2

根據(jù)實際工程需要，試驗樁樁徑為198 mm，樁長33 m，鋼管內(nèi)填充水泥砂漿，鋼管外被水泥砂漿包裹，如圖8所示。

圖8微型鋼管砂漿復(fù)合樁截面Fig.8Section of Micro Steel Pipe Mortar Composite Pile

2.3單樁荷載-沉降特性

鑒于試驗樁預(yù)估單樁豎向承載力并不是很大，本次試驗加載裝置采用壓重平臺反力裝置，如圖9所示，并嚴格按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》[20]采用慢速維持荷載法對4根試驗樁進行了單樁豎向抗壓承載力試驗，實測Q-s曲線如圖10所示。

圖9靜載試驗現(xiàn)場Fig.9Static Loading Test Site

圖10單樁豎向靜載試驗的Q-s曲線2Fig.10Q-s Curve of Single Pile in Vertical Static Loading Test 2

從圖10可以看出，試驗樁的Q-s曲線表現(xiàn)為緩變型，無明顯陡降段，試驗樁在加載3 000 kN時的樁身沉降量為50.76 mm，依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》取沉降量40 mm對應(yīng)的荷載值為單樁豎向抗壓極限承載力，即試驗樁單樁豎向抗壓極限承載力2 800 kN。

2.4樁身軸力和樁側(cè)摩阻力分布規(guī)律

采用與第1.4節(jié)相同的方法對樁身軸力及樁側(cè)摩阻力進行計算，得出樁身軸力沿樁深分布曲線和樁側(cè)摩阻力沿樁深分布曲線，如圖11，12所示，其中P為荷載。

圖11軸力2Fig.11Axial Force 2

圖12樁側(cè)摩阻力2Fig.12Skin Friction of Pile Side 2

從圖11可以看出，試驗樁樁端軸力接近0 kN，呈現(xiàn)出摩擦樁的特性，樁身軸力分布并不嚴格按隨樁深增加而逐漸遞減的規(guī)律發(fā)生，在樁深-9～-5 m和-21～-17 m范圍內(nèi)出現(xiàn)隨深度增加而增加的現(xiàn)象。同樣，樁側(cè)負摩阻力也表現(xiàn)出不連續(xù)分布的特征，呈現(xiàn)正負摩阻力交錯分布的形態(tài)。

分析認為，成樁過程中泥漿循環(huán)在對樁周土體進行微量浸水的同時，也使漏漿層局部樁深范圍內(nèi)樁周土達到強浸水效果，形成了微浸水與強浸水相間分布的狀態(tài)；微浸水使整個樁周土體預(yù)先發(fā)生部分濕陷，而強浸水段樁周土體會在樁頂受荷、樁體下移所產(chǎn)生的下拽力作用下再次發(fā)生濕陷，引起負摩阻力的產(chǎn)生，也就使得局部樁身軸力隨樁深增加而增加。另外，漏漿層的不連續(xù)分布使得樁周土體再濕陷過程分段進行，進而導(dǎo)致負摩阻力分段不連續(xù)現(xiàn)象的發(fā)生，但樁側(cè)以正摩阻力為主，負摩阻力僅在漏漿層浸水較強的局部出現(xiàn)。

局部浸水程度較強是由于循環(huán)注漿浸水過程中泥漿流入到了樁周土體中，漿液中水分對土體浸泡所致，其中-3.5～0 m樁深處存在卵石，循環(huán)注漿浸水過程中泥漿可通過卵石空隙流入土體中，這一樁深以下一定范圍內(nèi)浸水較為充分，同時-17 m樁深土層中存在大塊石，泥漿也可通過塊石間隙流入土體中，對這一樁深以下一定范圍內(nèi)土體產(chǎn)生影響。

雖然產(chǎn)生了2個負摩阻力段，但負摩阻力數(shù)值均不大，上段負摩阻力為32 kPa，下段負摩阻力為16 kPa。由此表明成樁過程中進行樁周土體的微量浸水可消除樁周黃土的部分濕陷性，其對于后期樁頂受荷是有利的，能夠有效改善濕陷性黃土地區(qū)樁側(cè)負摩阻力對于樁基承載力的不良影響。

3特殊浸水試驗對比分析

以上2個試驗由于均依托于實際工程，故而試驗場地與樁型等存在較大差別，但本文所關(guān)注的核心問題是如何消除樁周黃土濕陷性進而解決樁側(cè)負摩阻力難題。針對這一問題而言，最為直接、最為主要的影響因素是樁周水環(huán)境的改變，所以2個試驗都只側(cè)重于通過特殊浸水消除樁周土體濕陷性，而對樁基形式、地質(zhì)情況、試驗方式等次要因素未加考慮。

與此同時，兩試驗還有以下幾點相同之處：①均采用自行設(shè)計的特殊浸水方式從樁周由近及遠水平橫向滲水實現(xiàn)樁周土體的浸水，與傳統(tǒng)樁基浸水試驗中樁頂周圍開挖試坑蓄水，由樁頂土層逐漸向下滲水有著本質(zhì)不同；②均可對樁周土體濕陷段進行全范圍浸水，達到較好的浸水效果，這是傳統(tǒng)浸水方式所不能及的；③均是消除樁周土體濕陷的途徑。

因此，在進行負摩阻力問題的研究中，可通過對兩試驗的比較分析得出能夠服務(wù)于實際工程的規(guī)律，為后期在濕陷性黃土地區(qū)進行有關(guān)負摩阻力研究提供指導(dǎo)。兩試驗情況對比如表3所示。

通過對2個試驗的對比分析可以看出，特殊浸水條件下樁基負摩阻力大小及分布受浸水方式(浸水量)、加載方式及浸水固結(jié)時間綜合影響。

浸水方式通過控制浸水量的大小直接影響負摩阻力，其中注水孔與試坑相結(jié)合浸水量較大，能使樁周土體浸水充分，泥漿循環(huán)只對樁周土體預(yù)先浸水，浸水量較小。

浸水固結(jié)時間則反映了樁側(cè)負摩阻力產(chǎn)生后的一個逐漸消散過程，是影響負摩阻力發(fā)揮的重要因素，浸水初期樁周土濕陷，產(chǎn)生負摩阻力，隨著土體的逐步固結(jié)，負摩阻力將逐漸減小。

對于加載方式，樁頂在恒載情況下進行樁周土體浸水，浸水段樁周土遇水濕陷出現(xiàn)豎向位移，在樁土相對位移的作用下樁側(cè)主要以負摩阻力為主，僅局部注水孔堵塞段出現(xiàn)正摩阻力。預(yù)先浸水，經(jīng)養(yǎng)護后再進行逐級加載，隨著樁頂荷載的增大，樁身逐漸下沉，樁的豎向位移會大于樁周土體的位移，在樁土相對位移作用下樁側(cè)產(chǎn)生的主要是正摩阻力，僅局部特殊區(qū)段出現(xiàn)負摩阻力。

表3特殊浸水試驗對比Tab.3Comparison of Special Immersion Tests

綜合分析可以看出，濕陷性黃土地區(qū)樁基建筑物在使用過程中若地下水環(huán)境變化致使樁周土體濕陷對建筑物極為不利；建議在樁基建筑物施工過程中采用合理的施工工藝對樁周土體預(yù)先進行微量浸水，消除部分黃土濕陷，以避免由于地下水環(huán)境改變而引發(fā)的樁基承載力下降危害。

4結(jié)語

(1)樁頂受荷情況下采用注水孔與試坑相結(jié)合的浸水方式浸水量較大，浸水飽和段樁側(cè)以負摩阻力為主，數(shù)值較大，最大值達319.62 kPa，僅局部注水孔堵塞段樁側(cè)出現(xiàn)正摩阻力，由此表明樁基建筑物在使用過程中若地下水環(huán)境變化致使樁周土體濕陷則對建筑物極為不利。

(2)成樁過程中采用泥漿循環(huán)方式浸水量較小，樁周土體能夠預(yù)先完成部分濕陷，樁側(cè)以正摩阻力為主，僅局部存在漏漿層的區(qū)段浸水較為充分，在逐級加載過程中由于樁體下移時下拽力的作用而發(fā)生再次濕陷，產(chǎn)生負摩阻力，但數(shù)值較小，最大值為32 kPa。

(3)特殊浸水條件下由于注水孔堵塞或漏漿層的存在，樁周土體沿樁身會發(fā)生分段濕陷，樁側(cè)負摩阻力出現(xiàn)多個峰值，正、負摩阻力呈現(xiàn)交錯分布的形態(tài)，出現(xiàn)多個中性點。

(4)通過試驗對比，說明浸水試驗中樁基負摩阻力的大小受浸水方式(浸水量)、樁頂荷載、浸水固結(jié)時間的綜合影響，并建議在樁基建筑物施工過程中采用合理的施工工藝對樁周土體預(yù)先進行微量浸水，消除部分黃土濕陷，以避免由于地下水環(huán)境改變而引發(fā)的樁基承載力下降危害。