郭鳳偉 肖昭然 楊清晨

摘 要：預(yù)制管樁可用于垃圾填埋場(chǎng)等軟土地基處理。為了研究其荷載傳遞規(guī)律，采用現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)、樁身光纖光柵應(yīng)力測(cè)試，分析各級(jí)荷載下管樁樁側(cè)摩阻力及樁端阻力分布特征，給出各段壓縮量隨樁頂荷載的變化規(guī)律。結(jié)果表明：本次試驗(yàn)樁基荷載—沉降曲線均為緩變型，樁下部主要承受正摩阻力。

關(guān)鍵詞：樁-垃圾土;光纖;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU43 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）10-0051-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.011

Pile Foundation Static Load Test and Field Test of Optical Fiber in

Garbage Soil

GUO Fengwei? ? XIAO Zhaoran? ? YANG Qingchen

（School of Civil Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou 450001， China）

Abstract：Prefabricated pipe piles can be used for the treatment of soft soil foundations such as landfills. In order to study the load transfer law， the field load test and the fiber grating stress test of the pile body are used to analyze the distribution characteristics of the side friction resistance and the pile end resistance of the pipe pile under various loads，? and the variation law of the compression amount of each section with the pile top load is given. The results show that the load-settlement curves of the pile foundation in this test are all of the slowly-varying type， and the lower part of the pile mainly bears the positive frictional resistance.

Keywords：pile-garbage soil; optical fiber;field test

0 引言

隨著城市規(guī)模不斷增大，越來越多的建筑物和公路修筑在垃圾填埋場(chǎng)上[1]。靜壓樁以其施工效率高和承載力高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用[2]。近年來，光纖傳感技術(shù)日趨成熟，光纖儀器具有分辨率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因而在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足。采用光纖傳感技術(shù)，可根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析樁的受荷變形、荷載傳遞等性狀[3-4]。

本研究以鄭州市蘆莊路（百榮路—京廣南路）道路工程為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)垃圾填埋場(chǎng)中承載性能進(jìn)行研究，以期完善其承載理論，為進(jìn)一步推廣使用提供可靠依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

鄭州市蘆莊路（百榮路—京廣南路）道路工程位于鄭州市南部，為城市支路，規(guī)劃紅線寬30 m，規(guī)劃起點(diǎn)為百榮路，規(guī)劃終點(diǎn)為京廣南路，起點(diǎn)樁號(hào)為L(zhǎng)ZK0+037.237，終點(diǎn)樁號(hào)為L(zhǎng)ZK3+555.474，規(guī)劃起終點(diǎn)長(zhǎng)度3 518.237 m，實(shí)際建設(shè)長(zhǎng)度3 412.424 m（扣減已批或已建道路105.813 m）。道路斷面為單幅路形式，雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)，道路全寬30 m，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置形式為5 m人行道+20 m車行道+5 m人行道。

2 單樁靜載荷試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

基樁類型是預(yù)制管樁，采用靜壓沉樁工藝，總樁數(shù)為3 990根，樁徑為500 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為5.00～12.00 m。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）的要求，采用慢速維持荷載法，于2018年12月15日—2019年5月18日，對(duì)40根單樁進(jìn)行豎向抗壓靜載試驗(yàn)，對(duì)垃圾土中單樁荷載—沉降曲線特點(diǎn)和樁基承載力進(jìn)行研究。

2.2 試驗(yàn)過程

采用壓重平臺(tái)反力裝置，能提供的反力大于或等于1 800 kN。單樁抗壓靜載荷試驗(yàn)加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，采用逐級(jí)等量加載，分級(jí)荷載宜為最大加載量的1/10，其中第一級(jí)可取分級(jí)荷載的2倍。具體分級(jí)見表1。

每級(jí)荷載施加后按第5、15、30、45、60 min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔30 min測(cè)讀一次。每次測(cè)讀值由儀器自動(dòng)記錄。每1 h內(nèi)的樁頂沉降量不超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次（從分級(jí)荷載施加后第30 min開始，按1.5 h連續(xù)三次每30 min的沉降觀測(cè)值計(jì)算），當(dāng)樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。卸載分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載量取加載時(shí)分級(jí)荷載的2倍，逐級(jí)等量卸載。卸載時(shí)，每級(jí)荷載維持1 h，按第15、30、60 min測(cè)讀樁頂沉降量后，即可卸下一級(jí)荷載。卸載至零后，應(yīng)測(cè)讀樁頂殘余沉降量，維持時(shí)間為3 h，測(cè)讀時(shí)間為第15、30 min，以后每隔30 min測(cè)讀一次。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

本工程40根樁試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，本次試驗(yàn)的樁基荷載—沉降曲線均為緩變型，3根11 m試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力為540 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為290 kN，6根12 m試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力為720 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為360 kN，31根5～8 m試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力為500 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為250 kN。

3 樁-垃圾土相互作用光纖試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過在預(yù)制管樁樁身埋置分布式光纖的方式獲得側(cè)摩阻力分布和隨時(shí)間演化規(guī)律，在樁帽下方一定深度埋設(shè)土壓力盒，從而獲得樁側(cè)土壓力分布規(guī)律。

3.2 試驗(yàn)方案

斷面的選擇與布置應(yīng)具有充分性和代表性，同時(shí)應(yīng)具有施工便利性。根據(jù)場(chǎng)地勘察條件和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)需求，擬選擇垃圾土分布廣泛的K2+260～K2+420的A1區(qū)域?yàn)楸O(jiān)測(cè)位置，具體斷面位置坐標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘確定。該區(qū)域垃圾土深度達(dá)15 m，且主要位于設(shè)計(jì)行車道下面，存在潛在工后沉降過大問題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察后，選擇K2+330斷面南面一側(cè)。斷面橫向布置：沿路面中心線一側(cè)，分別在行車道中心線，人行道中心線以及兩者中間選擇3根樁進(jìn)行測(cè)試。

A1區(qū)管樁情況為樁長(zhǎng)11.9 m，樁徑50 cm，壁厚11 cm。各樁點(diǎn)位布置如下：1號(hào)線（3號(hào)線）從小波長(zhǎng)開始，一串8個(gè)點(diǎn)，布設(shè)位置分別是1號(hào)點(diǎn)1.5 m、2號(hào)點(diǎn)2.5 m、3號(hào)點(diǎn)3.5 m、4號(hào)點(diǎn)4.5 m、5號(hào)點(diǎn)5.0 m、6號(hào)點(diǎn)6.0 m、7號(hào)點(diǎn)7.0 m和8號(hào)點(diǎn)8.0 m。2號(hào)線從小波長(zhǎng)開始，一串8個(gè)點(diǎn)，布設(shè)位置分別是1號(hào)點(diǎn)9.0 m、2號(hào)點(diǎn)10.0 m、3號(hào)點(diǎn)11.0 m、4號(hào)點(diǎn)11.4 m、5號(hào)點(diǎn)11.4 m、6號(hào)點(diǎn)11.0 m、7號(hào)點(diǎn)10.0 m和8號(hào)點(diǎn)9.0 m。

每根PHC管樁縱向設(shè)計(jì)2個(gè)側(cè)面布設(shè)光纖光柵傳感器，分別沿著樁身斷面0°、180°兩個(gè)方向進(jìn)行布設(shè)。每個(gè)側(cè)面布設(shè)1條測(cè)線，每節(jié)樁身頂?shù)赘黝A(yù)留50 cm。并且兩條測(cè)線在底部熔接，形成一條U形回路，布設(shè)第二條測(cè)線。單節(jié)PHC管樁傳感光纖布設(shè)如圖2所示。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)施工

本案例于2019年1月14日進(jìn)行光纖傳感器試驗(yàn)器材安裝。光纖傳感器安裝施工過程如下。

3.3.1 樁身開槽。在PHC管樁樁身外側(cè)確定好測(cè)線的位置，彈線定位，再沿線用切割機(jī)開槽，應(yīng)保證切槽筆直。

3.3.2 鼓風(fēng)清槽。使用鼓風(fēng)機(jī)將所開的槽身處理干凈，去除棱角雜質(zhì)，避免在植入光纖時(shí)發(fā)生不必要的意外。

3.3.3 植入光纜。沿槽身植入光纖光柵傳感器，保持光纜筆直，不應(yīng)彎曲纏繞。

3.3.4 對(duì)分布式光纖上點(diǎn)位進(jìn)行保護(hù)和固定。

3.3.5 灌膠黏結(jié)。將光纖放入槽內(nèi)設(shè)計(jì)位置，然后用502高強(qiáng)膠水對(duì)光纜進(jìn)行粘貼固定。光纜植入完成后，回填環(huán)氧樹脂膠，同時(shí)使用熱風(fēng)槍將環(huán)氧樹脂修理平整，排除其中氣泡。

3.3.6 樁頂處理。在距樁頂60 cm處鉆孔，并往下開寬3 cm、長(zhǎng)50 cm的槽，在對(duì)光纜進(jìn)行埋線涂膠固定后，可將光纜線材通過孔引至管樁內(nèi)部，進(jìn)而方便下樁時(shí)，確保光纜不受破壞。

3.3.7 樁尾處理。在樁身尾部，可適量加大槽身寬度與深度，進(jìn)行光纖熔接與安置，形成一條U形回路。安裝完成后再進(jìn)行灌膠黏結(jié)。

3.3.8 等待固化。在灌膠12 h后，環(huán)氧樹脂完全固化后方可移動(dòng)樁身去鋪設(shè)另外一面。

分布式光纖感應(yīng)器安裝完成后，定于2019年1月24日進(jìn)行下樁，在下樁前，對(duì)管樁內(nèi)光纜線材進(jìn)行固定，避免下樁時(shí)線材強(qiáng)烈擺動(dòng)導(dǎo)致其損壞，并在樁底部安裝樁尖，便于下樁。

下樁完成后，對(duì)管樁周圍土體進(jìn)行清理，將光纜從管樁內(nèi)部引出，進(jìn)行測(cè)試，以檢查所布點(diǎn)位是否損毀，因?yàn)楣饫|線材較脆、易折，故依照南智廠家指導(dǎo)，購買PPR管材來對(duì)光纜線材進(jìn)行保護(hù)，并在下樁處挖溝來對(duì)PPR管材進(jìn)行掩埋，加強(qiáng)保護(hù)。在完成上述操作后，進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，如圖3所示。

所有工作完成后，對(duì)3根管樁上所有布設(shè)的光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，獲取點(diǎn)位存活率。具體存活率見表2。

土壓力盒沿深度方向，分別布置在樁帽下方深度20 cm和50 cm處，繼而沿橫向在距離樁身中心線0.45 m、0.75 m和1.25 m處布置3個(gè)土壓力盒，如圖4所示。

土壓力盒埋置時(shí)應(yīng)保持底部平整，且因土壤易固結(jié)，故在土壓力盒底部平鋪一層細(xì)沙后安置土壓力盒，再用細(xì)沙將其覆蓋，最后進(jìn)行回填土。

對(duì)于土壓力盒引線，出于對(duì)其的保護(hù)，將其同樣放置于管道中。出口處設(shè)置數(shù)據(jù)采集箱，如圖5所示。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

傳感器安裝調(diào)試完成后，于2019年4月開始，每隔一個(gè)月測(cè)試一次，圖6至圖8給出了3個(gè)樁位從2019年4月到2020年7月的數(shù)據(jù)。

在此期間，樁基主要承受上部回填路基荷載的作用?？梢钥闯?，隨著樁的位置從路面中心處往外擴(kuò)到路邊緣處，樁側(cè)摩阻力整體呈增大趨勢(shì)。在此期間1號(hào)樁4 m以上樁位為正摩阻力，4～8 m為負(fù)摩阻力，隨時(shí)間增加，側(cè)摩阻力呈增大趨勢(shì)。2號(hào)樁和3號(hào)樁5 m以上主要為負(fù)摩阻力，樁下部主要承受正摩阻力。

4 結(jié)語

本研究采用光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)垃圾土中樁基長(zhǎng)期承載力演化檢測(cè)的目的。分別采用現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)方法對(duì)40根單樁豎向抗壓靜載進(jìn)行試驗(yàn)和在現(xiàn)場(chǎng)開展樁-垃圾土相互作用光纖試驗(yàn)。結(jié)果表明，本次試驗(yàn)樁基荷載—沉降曲線均為緩變型，3根11 m試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力為540 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為290 kN，6根12 m試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力為720 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為360 kN;隨著樁的位置從路面中心處往外擴(kuò)到路邊緣處，樁側(cè)摩阻力整體呈增大趨勢(shì)。1號(hào)樁4 m以上樁位在此期間為正摩阻力，4～8 m為負(fù)摩阻力，隨時(shí)間增加，側(cè)摩阻力呈增大趨勢(shì)。2號(hào)樁和3號(hào)樁5 m以上主要為負(fù)摩阻力，樁下部主要承受正摩阻力。

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