攀鋼新基地欠固結(jié)土晨旋挖樁負摩阻力試驗薛寶恒;戴光旭;范柱國;錢玲玲;楊碧【摘要】攀鋼新基地工程區(qū)80%為"昔格達"土回填區(qū)，回填土將對樁產(chǎn)生負摩阻力.現(xiàn)場負摩阻力試驗表明:回填土上部在堆載情況下會有較大的固結(jié)沉降，從而使樁基產(chǎn)生負摩阻力.【期刊名稱】《云南地質(zhì)》【年(卷)，期】2010(029)002【總頁數(shù)】5頁(P215-219)【關(guān)鍵詞】"昔格達”欠固結(jié)土;負摩阻力;現(xiàn)場試驗;旋挖樁基;四川攀鋼集團【作者】薛寶恒;戴光旭;范柱國;錢玲玲;楊碧【作者單位】甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，甘肅沃水,741025;云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計院,云南，昆明,650093;昆明理工大學國土資源工程學院，云南，昆明,650093;昆明理工大學國土資源工程學院，云南，昆明,650093;昆明理工大學國土資源工程學院，云南，昆明,650093【正文語種】中文【中圖分類】T11411.3正常條件下，樁頂施加向下的力使樁身產(chǎn)生向下的壓縮位移，樁側(cè)表面的土體則對樁身表面產(chǎn)生與樁身位移相反即向上的摩阻力，即正摩阻力。由于某種原因,導致樁周土體自身下沉，且土體沉降量大于樁的沉降時，樁側(cè)土體將對樁產(chǎn)生與樁位移一致即向下的摩阻力，稱為負摩阻力。負摩阻力問題由來已久，早在土力學這門學科形成之前人們就已注意到作用于樁的下拉荷載的存在，因此，負摩阻力不但不能成為樁豎向承載力的一部分，反而變成施加在樁上的夕卜荷載，常會增加樁的沉降或不均勻沉降而導致建筑物的損害或破壞,這樣的例子在國內(nèi)夕卜有很多報道。欠固結(jié)非飽和土在浸水之后，隨著孔隙水壓力的消散土體會出現(xiàn)大量下沉，其上部在堆載情況下會有較大的固結(jié)沉降,使樁基產(chǎn)生負摩阻力，并引起不均勻沉降。因此，設(shè)計時一般需要考慮負摩阻力的影響。本文通過對攀枝花鋼鐵基地〃昔格達”欠固結(jié)土的測試研究，分析了旋挖樁的軸力和負摩阻力的變化規(guī)律。1現(xiàn)場試驗1.1工程地質(zhì)根據(jù)該工程地質(zhì)勘察資料顯示,工程建設(shè)中將產(chǎn)生7000萬方的挖填工程量，其中80%是〃昔格達”組地層。本工程區(qū)的高爐、主廠房、煙囪等荷載較大，對沉降比較敏感的重要建(構(gòu))筑物,地基土主要為昔格達組及其他第四系地層。填方區(qū)占建設(shè)總面積65%,填土厚度較大(最大約36米)。旋挖樁長度范圍內(nèi)各主要土層地質(zhì)資料從上至下為:①壓實填土:由黃褐色粉質(zhì)粘土(巖)、半成巖巖塊及粉砂(巖)組成，厚6m;是由第四系人工堆積形成;②粉質(zhì)粘土;③褐黃夾蘭灰色、硬塑狀態(tài)土，稍濕，厚9m,主要是由沖擊土形成。試樁周圍各土層的物理-力學指標如表1:表1試樁周圍各土層物理-力學性質(zhì)指標Tab.1Physical-MechanicalNatureofDifferentSoilLayeraroundExperimentPile注:由昆明勘察院科技開發(fā)公司實驗室測定土層分類取樣深度(m)飽和度Sr(%)孔隙比e含水率3(%)土粒比重GS濕密度p0(g/cm3)液限wL(%)塑限wP(%)塑性指數(shù)Ip液性指數(shù)IL內(nèi)摩擦角中凝聚力C(KPa)壓縮系數(shù)av1-2(MPa)壓縮模量ES1-2(MPa)壓實填土2820.89272.711.823632140.3614.771.20.1810.2粉質(zhì)粘土8860.99322.671.774929200.1516.858.70.513.91.2試樁參數(shù)通過地面堆載并注水強迫固結(jié)方式達到測試樁基負摩阻力的目的。注水孔布置見圖1,樁型采用旋挖樁。試樁有關(guān)參數(shù)如表2。表2試樁有關(guān)參數(shù)Tab.2ParametersofExperimentPile填方厚度樁型混凝土強度等級樁長何)樁徑(m)充盈系數(shù)樁端持力層設(shè)計厚度(m)實際厚度(m)旋挖樁C2591561.12昔格達粉質(zhì)粘土試樁鋼筋籠為通長12饑4,中部2m范圍內(nèi)箍筋①8@100，其余部分箍筋①8@200。由于鋼筋上綁扎有應(yīng)力測試元件，采用一般的澆注方式可能會對測試元件造成影響。因此，試驗采用導管灌注方式。同時，為觀測樁周土層的沉降情況，試驗采取在樁周埋設(shè)分層沉降管的方式測試樁周土體的沉降情況,尤其是填方土層的沉降規(guī)律。堆重材料采用密度較大的鋼錠，為使地面受力均勻，采用袋裝砂井和堆載聯(lián)合方式進行處理。通過專門的測試儀器，可讀取頻率和溫度值燃后將頻率換算成應(yīng)力，再根據(jù)樁的截面面積，換算出測試截面處樁的軸力。2試驗數(shù)據(jù)計算軸力計算圖1注水孔及分層沉降管分布Fig.1DistributionofWaterInjectionHoleandLayeredSinkingTube式中Qij和。(sij)——分別為第j級荷載下的軸力和應(yīng)變;Ap——樁身平均橫截面積。負摩阻力計算在樁頂不受壓的條件下，樁身軸力全部來自于樁周土層的摩阻力。根據(jù)這一原理即可求出每兩個斷面(兩組應(yīng)力計埋設(shè)斷面)間的負摩阻力，其方法是：式中Ni——第i個斷面的軸力;Qi——第i-1截面與第i截面間的負摩阻力。由此可得單位面積摩阻力為：式中Uili一樁側(cè)表面積；3試驗數(shù)據(jù)分析3.1沉降分析由于負摩阻力主要由填土及原地表表層軟土產(chǎn)生，因此沉降管的埋置深度主要為樁周沉降土層下限深度。由于受鋼錠堆置方式的影響，讀數(shù)只能采取初末兩次測讀方式。從表3看出:如果地面荷載不均勻、巖土介質(zhì)間物理-力學性質(zhì)有差異這兩方面的因素，會導致沉降管測出的沉降量略有差異。對于同一深度土體沉降差異不大，隨著距離地面越深,壓縮沉降呈遞減趨勢，即Ah1>Ah2>Ah3o表3旋挖樁樁周土層不同深度的沉降值Tab.3SinkingValueofDifferentDepthSoilLayeraroundRotationDredgePilei234分層磁環(huán)初值(mm)末值(mm)差值(mm)初值(mm)末值(mm)差值(mm)初值(mm)末值(mm)差值(mm)初值(mm)末值(mm)差值(mm)降平均值(mm)1層1607.5165143.5136441.518721905.533.5143214744240.132層3594.5361823.533513372.521.538513869.518.534083421.513.519.253層5478.51053655374958105815.5654005409.59.58.63軸力分析(1)測試樁樁頂無荷載作用時，基本不發(fā)生沉降。當對樁周地面堆載-注水-卸載等方式作用下的沉降，通過樁周土和樁側(cè)面之間的摩阻力(主要是負摩阻力)，將填土荷重傳遞到樁身。因此，實測到的樁身軸力完全是由樁周負摩阻力引起。通過埋設(shè)在樁身鋼筋上的應(yīng)力計，利用應(yīng)力計振弦頻率的變化計算應(yīng)力，通過(式1)換算得到樁身軸力。圖2恒載條件下注水前-后樁身軸力變化(P=387.467KPa)Fig.2PileAxleStressVariationPre-,Post-WaterInjectionunderConstantLoadCondition(2)樁周存在負摩阻力時，樁身軸力逐漸增大，然后減小，樁端處的軸力很小，樁身軸力最大值的位置就是中性點的位置。樁周地面荷載越大，其軸力越大。當對樁周土體注水時，軸力呈現(xiàn)陡升趨勢(圖2),最大負摩阻力由注水前的665.67KN上升至789.81KN,上升趨勢顯著。在維持樁周地面荷載不變時，軸力并未立即停止不變而呈現(xiàn)出一定的增大趨勢。表明非飽和壓實土在浸水條件下會產(chǎn)生一定沉降。這種沉降不僅發(fā)生在注水過程中，當注水完成、孔隙水壓力消散,土的有效應(yīng)力增加,將進一步引發(fā)土體的固結(jié)沉降。由于沉降的加大而導致負摩阻力和軸力增大。⑶樁身軸力明顯受樁周地面荷載的影響(圖2),樁周地面荷載越大，其軸力越大。軸力與樁周地面荷載具有高度相關(guān)性，即地面荷載每增加1KN,其樁周土體對樁產(chǎn)生約0.05KN的摩擦力。3.3負摩阻力分析本試驗中，由于樁頂不受壓，所以樁頂軸力為0KN,其余斷面的軸力大小可由應(yīng)力計測取。從圖中可看出：負摩阻力主要集中在樁深約4m以上區(qū)域，而之下以正摩阻力為主。負摩阻力主要分布在新回填土層中，且產(chǎn)生負摩阻力的極限深度略小于回填土層厚度(6m),兩者間的關(guān)系與樁端地層密切相關(guān)。本樁樁端地層為昔格達粉質(zhì)粘土(其物性參數(shù)見表1)的條件下,中性點深度ln約為樁周沉降變形土層下限深度的0.67倍。圖3旋挖樁單位面積負摩阻力曲線Fig.3NegativeFrictionResistanceCurveofUnitAreaofRotationDredgePile當樁周地面堆載達10171KN、同時注水的條件下,單位樁長上平均可產(chǎn)生225.661KN的負摩阻力(樁深3.5m范圍內(nèi))。⑶在卸荷條件下，樁的下部出現(xiàn)負摩阻力，表明此時樁上移的趨勢。這可能是卸荷時上部土體回彈，從而對樁產(chǎn)生向上的拉力所致。⑷從圖3看出,在試驗條件下岸位面積上平均最大產(chǎn)生約71.867KN的負摩阻力，主要出現(xiàn)在樁深約3.5m范圍內(nèi)。3.4恒載作用下負摩阻力變化規(guī)律在樁周荷載為387.467KPa并維持11天不變的條件下，樁身各斷面軸力均呈現(xiàn)隨時間延續(xù)而增大的現(xiàn)象。從圖4中可看出，軸力變化在前5天較快，之后僅呈微弱的上升趨勢，表明采用地面堆載的強迫固結(jié)方式可以縮短土體的固結(jié)時間;最大軸力出現(xiàn)在深3.5m斷面，至6.5m斷面軸力迅速減小,6.5m~7.5m斷面軸力變化不大而至8.5m斷面減小幅度又迅速增大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是由于表層填土的固結(jié)沉降而產(chǎn)生較大的負摩阻力,6.5m~7.5m范圍屬于原地基表層，其力學性能相對較差，提供的摩阻力相對較小，因而軸力變化較小。而深部土層的力學性能相對較好，提供的摩阻力相對較大,因而軸力較小迅速。圖4旋挖樁在恒載作用下軸力-時間曲線Fig.4AxleStress-TimeCurveofRotationDredgePileunderConstantloadCondition參考文獻【相關(guān)文獻】高大釗.土力學與基礎(chǔ)工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.孫更生，鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.1984.邱青云漲小敏.對樁的負摩阻力的研究[J].石家莊鐵路工程職