軟土地層中豎向分級堆載對樁基影響

黃治璟　胡舒璘　郭　慶　金一平　郭光照（.福州大學土木工程學院，福建 福州 35000；.中土集團福州勘察設計研究院，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.福州大學土木工程學院，福建 福州 350100；2.中土集團福州勘察設計研究院，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生豎向沉降與橫向側移，最終可能影響行車安全。因此，研究豎向受荷樁基力學性狀對濱海樁基工程具有重大意義。設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進行大尺寸、大比例的橋樁現場豎向堆載試驗。結果表明，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，呈現出逐漸增長的趨勢，四樁承臺中的兩個樁樁身靠近樁頂的位置由于承臺的“套箍”作用，迎土側受壓，使得其產生負彎矩。可為可門港地區填海造陸工程設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

隨著我國沿海地區的發展，跨海大橋建設日益增長，而其橋樁往往建與淤泥質軟土層，容易產生豎向沉降與橫向側移，繼而可能導致樁基礎發生嚴重側移、影響行車安全。如今關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場試驗研究報告較少，而橋梁樁基往往都能承擔一定的上部荷載，所以研究有上部豎向荷載時樁基礎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、大比例的橋樁現場豎向分級堆載試驗，設計豎向堆載的鋼套箱模型及豎向加載方案具有創造性意義。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力應變情況，來測試樁基內力及樁側摩阻力的變化特征，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。這種加載方式的優點是無需支擋物，無需換填樁周土跟搭建承載平臺。由于現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，根據噸袋實驗所得的數據，每個噸袋的平均重量取為1.48t。而四樁承臺的設計總荷載為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 試驗數據分析。（1）四樁承臺樁身軸力采用樁內部的傳感器所測得的數據通過換算得到，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，呈現出逐漸增長的趨勢，每一級增加的數量大致相同，這與實際中堆載的工況相對對應；而呈對角線布置的樁（圖1右圖），堆載過程中會產生偏心作用，因此在軸力的變化形態上有所不一致；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，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，可能是該處出現抗剪強度比較大的夾層土。（2）兩樁承臺樁身軸力采用樁內部的傳感器所測得的數據通過換算得到，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，樁身軸力發生了變化，總體上與上部荷載呈現正比的關系，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迅速衰減的現象，在-9m標高以下，樁身軸力出現增大的情況，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負摩阻力。

圖2 樁軸力-深度變化

結論

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，堆載過程中會產生偏心作用，因此在軸力的變化形態上有所不一致。（2）四樁承臺中的兩個樁樁身靠近樁頂的位置由于承臺的“套箍”作用，迎土側受壓，使得其產生負彎矩。（3）兩樁承臺在上部荷載的作用下，樁身軸力發生了變化，總體上與上部荷載呈現正比的關系，但兩樁承臺樁身軸力曲線呈現波動的形式，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摩阻力承擔；兩樁承臺樁身軸力主要由周圍土體與樁身間的側摩阻力和樁端阻力承擔。

[1]張麗雪.填海工程施工期對海洋生態環境影響探析[J].現代商貿工業，2012（01）：287.

TU473

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福州大學本科生科研訓練計劃項目基金（19022）。