沿海工程中樁基水平向承載力可靠指標的影響因素分析

洪群芳，鐘 操

（浙江四維水利設計有限公司，浙江 溫州 325011）

沿海地質構成較為復雜，軟土地層是主要的地質結構。此種類型的地質具有以下特點。如滲透系數不高，在高壓縮性情況下，天然抗剪強度不高，此外有較高的含水量孔隙比較大。該類型的地質結構主要分布在沿海地帶，正是由于此種地質結構的特點，給沿海工程樁基礎設計施工帶來一定影響。本文主要從沿海地質結構和分灌注樁、預制樁等施工環節上對影響樁基水平向承載力進行分析。

1 沿海地質樁基水平承載力計算

P-y曲線（見圖1）是樁基水平承載力的計算模型，該曲線的得出經過了反復的模型實驗，以及對P-y曲線不斷的調整、外延。P-y曲線適用于海洋工程項目中大直徑長樁的計量。水平向荷載的設計計算是樁基礎抵抗力主要的來源，樁基礎在設計過程中需要具備承受靜和側向循環荷載的要求，其中樁基礎在設計過程中的最大影響因素為地面附近的側向抗力。針對此種問題，樁基礎水平承載力在計算過程中需要將樁安裝作業中由于擾動和沖刷對土抗力產生的影響充分考慮進去，以此獲得沿海地質樁基水平承載力的計算方法。

P-y曲線初始計算方程：

由以上兩式導出公式:

式中:χ為斜樁極限抗力的比值；α為斜樁傾斜角；S（a，z）為深渡z處的面積；β0為深渡z處的β值。

圖1 x向樁身水平位移分布曲線圖

1.1 硬粘土水平承載力

硬粘土水平承載力與側向靜荷載不同，Pmc在8C～12C之間遵循硬粘土（C＞96 kPa）的極限承載力特點，在設計周期性荷載力時需要將極限靜抗力降低，原因在于在硬粘土的水平承載力的周期性荷載作用下強度迅速降低。其中硬粘土與軟黏土的相同點在于，硬粘土也具有非線性的應力和應變關系，但是與軟黏土不同的是硬粘土的脆性較大。因此針對此種特點需要在建立硬粘土的應力應變曲線和P-y曲線時，迅速而又準確的判斷大變形情況下承載力的迅速減小情況。

1.2 軟黏土水平承載力

Pmc在8C～12C之之間變化是軟黏土的極限水平承載力的變化特點。水平靜荷載力淺層土受到上覆土的影響，導致淺層土壓力較小。水平承載力會在循環荷載力作用下下降，并比靜荷載下的數值要低。因此目前在軟黏土水平承載力計算準則缺失前，可以采用以下的方式進行計算。比如，X自0增加到XR時，可以采用以下公式從3C增加到9C：Pmc=3C+rX+JCX/D；當X大于XR時，可以采用公式Pmc=9C（X≥XR）。其中以上公式中Pmc為極限抗力，單位為kPa；未受擾動的黏土土樣的不排水康健強度為C，單位為kPa；樁直徑為D，單位為mm；土的單位有效質量為r，單位為kg/m3；依靠現場試驗確定的出J，并且J的變化范圍在0.25～0.5之間，屬于無量綱經驗常數；泥面以下深度為X，單位為mm；泥面以下到土抗力減小區底部深度為XR，單位為mm。

1.3 砂土水平承載力

砂土的水平承載力的計算，當給定深度一定時，可以采用下式計算：

式中: 極限抗力為 Pmc，N/m；rt為有效土重量，N/m3；X 為深度，mm；C1、C2、C3為系數；D為從泥面到給定深度的平均樁直徑，mm。

2 沿海地質樁基水平承載力的影響因素

2.1 施工擾動軟土觸變對樁基水平承載力的影響

沿海工程樁基成孔施工時，會將原有的地質結構改變，在土層受到強大力量擠壓下，會促使孔壁土體內空隙水壓力在短時間內上升，有效應力相對減小，樁周和樁端強度也極大下降，此時樁基承載力達到最低。但是伴隨時間的延長，地基情況會有所好轉。當土強度恢復成樁后，樁基承載力也會逐漸上升。但是針對影響樁基承載力因素較多的問題，目前沿海工程施工中不能準確計量出承載力的增大數值。在實際測量中常以樁靜荷載試驗做參考。沿海工程中對群樁有較大影響的是施工擾動。沉樁帶來的擠土效應會在群樁影響下，程度不斷加強，由此對土層造成的擾動作用會更大，可能出現（1）樁基強度伴隨時間的流逝，呈現強度不斷增加的趨勢；（2）固結過程中的土體，逐漸形成一層硬殼，該層硬殼緊密與樁基表面貼合，由此增加了樁基承載表面積，在土體密度不斷增加的基礎下，促使樁基承載力較之前有了顯著提高，乃至超過原始樁基承載力強度[1]。再者，影響樁基水平承載力的另一種因素為在擠土施工過程中，施工區域會發生地表隆起的問題，促使樁和樁周土體也出現不同程度的位移，給樁基和周圍建筑帶來不好的影響，影響樁基水平承載力，造成水平承載力急劇下降，或者廢樁問題，會對施工帶來較大影響，出現嚴重的經濟損失。因此針對以上存在的問題需要制定防治對策，設計方面可以采用非擠土樁，盡可能增加樁基水平承載力。

2.2 液化土層對樁基水平承載力的影響

樁基施工中遇到液化土層時，會使液化土層樁段的側阻力極大降低，造成樁基不穩定的問題。針對以上問題需要在樁基設計時，嚴格規劃設計圖紙，采取有效措施降低液化土層對樁基水平承載力帶來的不良影響。其中液化土層影響樁基水平承載力可以從兩方面分析：（1）液化層液化后再次固結對樁產生的負摩擦力；（2）液化層側阻力取值為零時對樁基水平承載力的影響。

2.3 淤泥土層對樁基水平承載力的影響

當施工場地淺層為淤泥地質時，可以在施工過程中將基坑開挖以及維護方案考慮進去，這樣的設計原則可以減少對樁基承載力的影響。比如施工設計中需要采取針對性的措施，對樁基進行合理布置，可以將鋼筋籠長度適當延長，并將樁的配筋率適當提升等等，這樣具體化的施工操作可以避免因為機械開挖對樁頭產生影響造成基坑周圍土坍塌等問題，從而影響樁基水平承載力[2]。

3 結語

沿海地區在進行樁基工程設計時，需要針對本地區的地質特點，嚴格按照建筑樁基設計規范進行，充分利用本地區地質結構特點，將其轉變為促進樁基施工的有利條件，并嚴格按照灌注樁、預制樁等施工要求進行，在此基礎上，不斷促進沿海樁基建設工程技術的發展，進一步提高樁基水平向承載力。