楊艷婷，李翠鳳，鄭學(xué)淵，俞嘉輝，胡慧峰

（寧波市電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 寧波 315211）

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，社會(huì)發(fā)展對(duì)土地資源的需求進(jìn)一步加大。圍海造田已成為解決沿海地區(qū)土地供需矛盾最簡(jiǎn)單有效的途徑之一，如海上機(jī)場(chǎng)、沿海碼頭、海底隧道和沿海城市等。近年來，所有沿海城市都開始大量投資土地圍墾項(xiàng)目，特別是在天津、廣州、大連、海口等地區(qū)。截至2019年，中國(guó)通過圈地的方式形成了3 200多平方公里的土地。一般來說，圍海造地的理想方式是砂石填埋，但開荒和填海的成本很高，由此造成山地過度開發(fā)和環(huán)境問題越來越嚴(yán)重。國(guó)家禁止任意開采砂石的規(guī)定也使得填海造地的原料變得稀缺。正是這種現(xiàn)狀催生了一種新的土地復(fù)墾方式——吹淤，將大量難以處理的疏浚泥漿作為吹淤材料，變廢為寶。

在吹填土地上進(jìn)行地基預(yù)處理時(shí)，常采用排水板+樁基加載或真空預(yù)壓的方式進(jìn)行預(yù)處理，但由于沿海地區(qū)存在海床淤泥等各種軟土地基，地基預(yù)處理后的施工沉降依舊很大[1-3]。另一方面，地基處理對(duì)于后期建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)仍然是必需的，其中樁基因承載力高、施工快捷、成本低、對(duì)不同地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)被廣泛采用。我國(guó)地基處理和樁基等相關(guān)規(guī)范[4-5]指出，當(dāng)基樁的沉降量小于樁基周圍土層時(shí)，應(yīng)考慮樁側(cè)負(fù)動(dòng)阻力對(duì)樁基承載力的影響，導(dǎo)致其承載力計(jì)算過程較為繁復(fù)。而且，樁側(cè)負(fù)摩阻力嚴(yán)重降低了樁基承載力及安全儲(chǔ)備，給結(jié)構(gòu)帶來一定的安全隱患[6-10]。

本文以浙東沿海某電力基礎(chǔ)工程項(xiàng)目為背景，針對(duì)浙東沿海吹填場(chǎng)地基樁負(fù)摩阻力進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析了基樁在原位條件下的負(fù)摩阻力、樁身下拉荷載及樁土相對(duì)位移隨時(shí)間的發(fā)展變化規(guī)律，并探討了次固結(jié)影響下浙東沿海吹填場(chǎng)地樁基負(fù)摩阻力發(fā)展趨勢(shì)。該研究成果可為浙東沿海地區(qū)快速成陸的吹填場(chǎng)地基樁工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程概況

該電力基礎(chǔ)工程位于浙江省寧波市周邊的規(guī)劃圍墾區(qū)。該場(chǎng)地為近海灘涂和水下淺灘，經(jīng)過吹填成陸后，采用排水板預(yù)處理軟土地基和預(yù)壓堆土及堆土預(yù)處理的方法。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)內(nèi)容及方案

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要是對(duì)4根預(yù)埋鋼筋的試驗(yàn)樁在樁頂施加工作荷載，在65 d的穩(wěn)壓過程中，監(jiān)測(cè)樁的軸向力和樁周圍土體的沉降情況，研究樁的軸向力和負(fù)摩阻力在樁頂荷載的作用下隨樁周圍土體的固結(jié)和沉降的變化情況。在該試驗(yàn)場(chǎng)，地基的預(yù)壓固結(jié)處理在2根大樁上進(jìn)行，其中在吹砂到2.6 m高程時(shí)開始建樁，2020年11月第二根樁完成到8 m高程后，在滿足卸荷條件的情況下，于2021年2月18日卸荷到4.8 m高程，4月15日開始進(jìn)行本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。以1號(hào)樁為例，從4月25日到4月30日在樁頂逐級(jí)施加荷載至2 000 kN后，穩(wěn)定樁頂荷載至6月15日，監(jiān)測(cè)期為45 d。

在第一階段大樁加載開始前，提前預(yù)留了場(chǎng)地，以保證4根試驗(yàn)樁的頂部沒有樁的加載，從而保證在本次試驗(yàn)開始前，樁的頂部是沒有加載的。此外，試驗(yàn)樁之間的樁距為10 m，以避免群樁效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響。試驗(yàn)方案見表1。

表1 樁基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

3.1 樁身軸力與負(fù)摩阻力

圖1和圖2分別為本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中樁基的樁身軸力-深度和樁身側(cè)摩阻力-深度的典型關(guān)系曲線。對(duì)于樁端以凝灰?guī)r層作為持力層的管樁，樁頂施加荷載之后，樁身軸向力-深度的分布變化隨時(shí)間呈現(xiàn)出與加載前不同的規(guī)律；3月10日，裝側(cè)軸向力在約34.8 m的深度處達(dá)到其最大值2 480 kN，樁身同一深度的軸向力隨時(shí)間的推移逐漸增大。樁身同一深度的軸向力隨時(shí)間逐漸增大。樁側(cè)阻力隨樁身分布而交替變化，深度范圍為2.58~56.31 m，3.25~34.8 m為負(fù)阻力，約16 m以上側(cè)阻力隨時(shí)間先正后負(fù)，5月20日負(fù)阻力達(dá)到最大值約-22 kPa，深度約為8.64 m。樁頂受力時(shí)中性點(diǎn)的最淺位置為30.8 m，比未受力時(shí)高出4.0 m。樁頂加載時(shí)中性點(diǎn)位置比卸載時(shí)略高，其中性點(diǎn)位置隨時(shí)間變化并不明顯。

圖1 樁身軸力-深度曲線

圖2 側(cè)摩阻力曲線

3.2 樁頂與樁周土地表沉降

圖3是典型的樁頂沉降和沉降率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。分析表明，從3月16日到3月20日，隨著樁頂荷載的增加，樁身沉降也隨之增加；在荷載穩(wěn)壓期，樁頂沉降增加緩慢，沉降率較小。

圖3 樁頂沉降值及沉降速率

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 下拉荷載隨時(shí)間的變化關(guān)系

圖4顯示了下拉荷載、樁頂和樁周圍土體的沉降率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。分析結(jié)果表明，在穩(wěn)壓階段，樁周土體的沉降率基本一致。在分步加載過程中，樁頂沉降率迅速增加，在穩(wěn)壓階段，樁頂沉降率為0.01 mm/d。

圖4 下拉荷載

4.2 軸力增長(zhǎng)速率與樁頂沉降速率的關(guān)系

通過分析不同深度樁的軸力增長(zhǎng)率與樁頂沉降率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析表明，在樁頂逐步施加荷載的過程中，樁頂?shù)某两邓俾瘦^大，其沉降速率值最大約為1 mm/d；施加荷載結(jié)束后，樁頂沉降變化趨于穩(wěn)定，沉降速率保持一個(gè)較小的數(shù)值，約為0.01 mm/d。在樁頂逐步施加荷載的過程中和加載完成后的穩(wěn)定初期，樁身軸向力的增加明顯，增長(zhǎng)速率最大約為200 kN/d，隨著時(shí)間增加該值逐漸減小，趨向穩(wěn)定。

4.3 中性點(diǎn)位置的變化

表2 對(duì)樁頂未施加荷載時(shí)的中性點(diǎn)位置與樁頂施加荷載作用時(shí)的位置進(jìn)行了比較。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在樁頂未施加荷載時(shí)，樁身周圍的土體由于預(yù)壓其中性點(diǎn)位置相對(duì)較深，這與規(guī)范推薦的中性點(diǎn)深度基本一致。當(dāng)樁頂施加工作荷載時(shí)，樁身產(chǎn)生明顯沉降，導(dǎo)致中性點(diǎn)位置上移；在樁頂荷載穩(wěn)定的階段，樁身沉降值逐漸趨于穩(wěn)定，保持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，但樁身周圍土體的沉降速率依舊保持不變，這一現(xiàn)象導(dǎo)致中性點(diǎn)位置開始下移。

表2 樁身中性點(diǎn)位置對(duì)比

5 結(jié)論

通過在原現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行樁頂工作荷載的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了穩(wěn)壓65 d內(nèi)樁身軸向力和樁身側(cè)摩阻力隨時(shí)間發(fā)展變化的規(guī)律，分析并得到了以下若干結(jié)論。

（1）在本試驗(yàn)樁頂施加荷載的過程中，樁頂沉降速率最大約為1 mm/d；隨后，在樁頂沉降趨勢(shì)逐步趨向穩(wěn)定后，其沉降速率約為0.01 mm/d。

（2）樁頂加載過程中及加載完成后的穩(wěn)定初期，樁身軸向力增長(zhǎng)率較大，且隨著穩(wěn)定時(shí)間的增加，沉降速率值逐漸減小并趨向于穩(wěn)定。

（3）在穩(wěn)定期，樁身周圍的土體沉降速率約為0.65 mm/d，樁頂沉降速率逐漸趨向于0.01 mm/d。樁身沉降速率隨時(shí)間逐步趨向穩(wěn)定，但樁身周圍土體的沉降速率隨時(shí)間推移依舊維持不變，這一現(xiàn)象導(dǎo)致了樁側(cè)阻力中性點(diǎn)位置逐漸向下移動(dòng)。