垃圾土中樁基靜載荷與光纖現場試驗

郭鳳偉 肖昭然 楊清晨

摘 要：預制管樁可用于垃圾填埋場等軟土地基處理。為了研究其荷載傳遞規律，采用現場荷載試驗、樁身光纖光柵應力測試，分析各級荷載下管樁樁側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律。結果表明：本次試驗樁基荷載—沉降曲線均為緩變型，樁下部主要承受正摩阻力。

關鍵詞：樁-垃圾土;光纖;現場試驗

中圖分類號：TU43 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：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

隨著城市規模不斷增大，越來越多的建筑物和公路修筑在垃圾填埋場上[1]。靜壓樁以其施工效率高和承載力高等優點得到廣泛應用[2]。近年來，光纖傳感技術日趨成熟，光纖儀器具有分辨率高、穩定性好等優點。因而在很大程度上彌補了傳統監測技術的不足。采用光纖傳感技術，可根據監測結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，結合現場試驗，對垃圾填埋場中承載性能進行研究，以期完善其承載理論，為進一步推廣使用提供可靠依據。

1 試驗區概況

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，規劃紅線寬30 m，規劃起點為百榮路，規劃終點為京廣南路，起點樁號為LZK0+037.237，終點樁號為LZK3+555.474，規劃起終點長度3 518.237 m，實際建設長度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，雙向四車道標準，道路全寬30 m，標準橫斷面布置形式為5 m人行道+20 m車行道+5 m人行道。

2 單樁靜載荷試驗

2.1 試驗目的

基樁類型是預制管樁，采用靜壓沉樁工藝，總樁數為3 990根，樁徑為500 mm，設計樁長為5.00～12.00 m。根據《建筑基樁檢測技術規范》（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40根單樁進行豎向抗壓靜載試驗，對垃圾土中單樁荷載—沉降曲線特點和樁基承載力進行研究。

2.2 試驗過程

采用壓重平臺反力裝置，能提供的反力大于或等于1 800 kN。單樁抗壓靜載荷試驗加載應分級進行，采用逐級等量加載，分級荷載宜為最大加載量的1/10，其中第一級可取分級荷載的2倍。具體分級見表1。

每級荷載施加后按第5、15、30、45、60 min測讀樁頂沉降量，以后每隔30 min測讀一次。每次測讀值由儀器自動記錄。每1 h內的樁頂沉降量不超過0.1 mm，并連續出現兩次（從分級荷載施加后第30 min開始，按1.5 h連續三次每30 min的沉降觀測值計算），當樁頂沉降速率達到相對穩定標準時，再施加下一級荷載。卸載分級進行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍，逐級等量卸載。卸載時，每級荷載維持1 h，按第15、30、60 min測讀樁頂沉降量后，即可卸下一級荷載。卸載至零后，應測讀樁頂殘余沉降量，維持時間為3 h，測讀時間為第15、30 min，以后每隔30 min測讀一次。

2.3 試驗結果

本工程40根樁試驗結果見圖1。

從圖1可以看出，本次試驗的樁基荷載—沉降曲線均為緩變型，3根11 m試驗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

3.1 試驗目的

通過在預制管樁樁身埋置分布式光纖的方式獲得側摩阻力分布和隨時間演化規律，在樁帽下方一定深度埋設土壓力盒，從而獲得樁側土壓力分布規律。

3.2 試驗方案

斷面的選擇與布置應具有充分性和代表性，同時應具有施工便利性。根據場地勘察條件和現場監測技術需求，擬選擇垃圾土分布廣泛的K2+260～K2+420的A1區域為監測位置，具體斷面位置坐標根據現場實勘確定。該區域垃圾土深度達15 m，且主要位于設計行車道下面，存在潛在工后沉降過大問題。經現場勘察后，選擇K2+330斷面南面一側。斷面橫向布置：沿路面中心線一側，分別在行車道中心線，人行道中心線以及兩者中間選擇3根樁進行測試。

A1區管樁情況為樁長11.9 m，樁徑50 cm，壁厚11 cm。各樁點位布置如下：1號線（3號線）從小波長開始，一串8個點，布設位置分別是1號點1.5 m、2號點2.5 m、3號點3.5 m、4號點4.5 m、5號點5.0 m、6號點6.0 m、7號點7.0 m和8號點8.0 m。2號線從小波長開始，一串8個點，布設位置分別是1號點9.0 m、2號點10.0 m、3號點11.0 m、4號點11.4 m、5號點11.4 m、6號點11.0 m、7號點10.0 m和8號點9.0 m。

每根PHC管樁縱向設計2個側面布設光纖光柵傳感器，分別沿著樁身斷面0°、180°兩個方向進行布設。每個側面布設1條測線，每節樁身頂底各預留50 cm。并且兩條測線在底部熔接，形成一條U形回路，布設第二條測線。單節PHC管樁傳感光纖布設如圖2所示。

3.3 現場施工

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

3.3.1 樁身開槽。在PHC管樁樁身外側確定好測線的位置，彈線定位，再沿線用切割機開槽，應保證切槽筆直。

3.3.2 鼓風清槽。使用鼓風機將所開的槽身處理干凈，去除棱角雜質，避免在植入光纖時發生不必要的意外。

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，不應彎曲纏繞。

3.3.4 對分布式光纖上點位進行保護和固定。

3.3.5 灌膠黏結。將光纖放入槽內設計位置，然后用502高強膠水對光纜進行粘貼固定。光纜植入完成后，回填環氧樹脂膠，同時使用熱風槍將環氧樹脂修理平整，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50 cm的槽，在對光纜進行埋線涂膠固定后，可將光纜線材通過孔引至管樁內部，進而方便下樁時，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，進行光纖熔接與安置，形成一條U形回路。安裝完成后再進行灌膠黏結。

3.3.8 等待固化。在灌膠12 h后，環氧樹脂完全固化后方可移動樁身去鋪設另外一面。

分布式光纖感應器安裝完成后，定于2019年1月24日進行下樁，在下樁前，對管樁內光纜線材進行固定，避免下樁時線材強烈擺動導致其損壞，并在樁底部安裝樁尖，便于下樁。

下樁完成后，對管樁周圍土體進行清理，將光纜從管樁內部引出，進行測試，以檢查所布點位是否損毀，因為光纜線材較脆、易折，故依照南智廠家指導，購買PPR管材來對光纜線材進行保護，并在下樁處挖溝來對PPR管材進行掩埋，加強保護。在完成上述操作后，進行數據測試，如圖3所示。

所有工作完成后，對3根管樁上所有布設的光纖進行數據測試，獲取點位存活率。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個土壓力盒，如圖4所示。

土壓力盒埋置時應保持底部平整，且因土壤易固結，故在土壓力盒底部平鋪一層細沙后安置土壓力盒，再用細沙將其覆蓋，最后進行回填土。

對于土壓力盒引線，出于對其的保護，將其同樣放置于管道中。出口處設置數據采集箱，如圖5所示。

3.4 試驗結果分析

傳感器安裝調試完成后，于2019年4月開始，每隔一個月測試一次，圖6至圖8給出了3個樁位從2019年4月到2020年7月的數據。

在此期間，樁基主要承受上部回填路基荷載的作用。可以看出，隨著樁的位置從路面中心處往外擴到路邊緣處，樁側摩阻力整體呈增大趨勢。在此期間1號樁4 m以上樁位為正摩阻力，4～8 m為負摩阻力，隨時間增加，側摩阻力呈增大趨勢。2號樁和3號樁5 m以上主要為負摩阻力，樁下部主要承受正摩阻力。

4 結語

本研究采用光纖技術實現了對垃圾土中樁基長期承載力演化檢測的目的。分別采用現場靜載荷試驗方法對40根單樁豎向抗壓靜載進行試驗和在現場開展樁-垃圾土相互作用光纖試驗。結果表明，本次試驗樁基荷載—沉降曲線均為緩變型，3根11 m試驗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到路邊緣處，樁側摩阻力整體呈增大趨勢。1號樁4 m以上樁位在此期間為正摩阻力，4～8 m為負摩阻力，隨時間增加，側摩阻力呈增大趨勢。2號樁和3號樁5 m以上主要為負摩阻力，樁下部主要承受正摩阻力。

參考文獻：

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