软土地层中竖向分级堆载对桩基影响

黄治璟　胡舒璘　郭　庆　金一平　郭光照（.福州大学土木工程学院，福建 福州 35000；.中土集团福州勘察设计研究院，福建 福州 35000）

软土地层中竖向分级堆载对桩基影响

黄治璟1胡舒璘1郭庆1金一平1郭光照2
（1.福州大学土木工程学院，福建 福州 350100；2.中土集团福州勘察设计研究院，福建 福州 350100）

软土层铁路桥梁桩顶有竖向荷载作用时容易产生竖向沉降与横向侧移，最终可能影响行车安全。因此，研究竖向受荷桩基力学性状对滨海桩基工程具有重大意义。设计竖向堆载的钢套箱模型及加载方案，在可门港填海工程地区进行大尺寸、大比例的桥桩现场竖向堆载试验。结果表明，承台在上部荷载的作用下，桩身的轴力随着上部荷载的增加，呈现出逐渐增长的趋势，四桩承台中的两个桩桩身靠近桩顶的位置由于承台的“套箍”作用，迎土侧受压，使得其产生负弯矩。可为可门港地区填海造陆工程设计和施工提供一定参考。

竖向受荷桥桩；分级堆载；跨海铁路桥桩

1 引言

随着我国沿海地区的发展，跨海大桥建设日益增长，而其桥桩往往建与淤泥质软土层，容易产生竖向沉降与横向侧移，继而可能导致桩基础发生严重侧移、影响行车安全。如今关于跨海铁路桥梁桩顶有竖向荷载作用时桩基受力变形性状分析的现场试验研究报告较少，而桥梁桩基往往都能承担一定的上部荷载，所以研究有上部竖向荷载时桩基础的受力变形性状是必要的。目前，群桩承台竖向分级堆载试验大多都是小尺寸且现场加载，有很大的局限性和不确定性，因此进行大尺寸、大比例的桥桩现场竖向分级堆载试验，设计竖向堆载的钢套箱模型及竖向加载方案具有创造性意义。本文主要是对四桩低承台和两桩高承台先后进行竖向静载试验，得到承台沉降量及桩身的应力应变情况，来测试桩基内力及桩侧摩阻力的变化特征，分析以可门港特大桥桩基为代表的滨海地区群桩的竖向承载力性能，从而对可门港整个填海造陆工程的设计与施工提供参考。

图1 桩身的轴力-深度变化

2 承台竖向静载试验

2.1 试验过程。四桩承台钢套箱的尺寸为8.7×8.7×3.5m3，钢套箱的四边挑出承台1.5m。采用的是先将现场的砂石料装袋，再往承台上堆砂袋的方式。这种加载方式的优点是无需支挡物，无需换填桩周土跟搭建承载平台。由于现场对于砂石装袋的量难以精确控制，各个吨袋的重量大小不一，因此，根据吨袋实验所得的数据，每个吨袋的平均重量取为1.48t。而四桩承台的设计总荷载为5920kN，折算后可知该次竖向静载所需堆载的总袋数为400袋，分五级加载，每级80袋。而两桩承台的面积仅为四桩承台的一半，其设计荷载亦为四桩的一半，2960kN，仍分五级进行加载，单级加载重量为592kN。

2.2 试验数据分析。（1）四桩承台桩身轴力采用桩内部的传感器所测得的数据通过换算得到，其变化如图1所示。由图1可以看出，桩身的轴力随着上部荷载的增加，呈现出逐渐增长的趋势，每一级增加的数量大致相同，这与实际中堆载的工况相对对应；而呈对角线布置的桩（图1右图），堆载过程中会产生偏心作用，因此在轴力的变化形态上有所不一致；上部荷载引起的桩身轴力主要是分布在桩顶以下16m范围之内，在同一级荷载的作用下，轴力至上而下逐渐减少，在标高为-9m～-10m轴力迅速下降，可能是该处出现抗剪强度比较大的夹层土。（2）两桩承台桩身轴力采用桩内部的传感器所测得的数据通过换算得到，其变化如图2所示。如图2所示可以看出两桩承台在上部荷载的作用下，桩身轴力发生了变化，总体上与上部荷载呈现正比的关系，但是，这两桩承台桩身轴力变化曲线比较奇怪：桩身的曲线呈现波动的形式，但是两根桩在标高为-6m～-9m的位置轴力总体上呈现迅速衰减的现象，在-9m标高以下，桩身轴力出现增大的情况，前者的解释可能是在该位置上含有较为坚硬的土层，桩身荷载传递至周围土体，后者有可能是土体中出现负摩阻力。

图2 桩轴力-深度变化

结论

本文通过四桩承台、两桩承台的竖向静载试验，得到了以下几个结论：（1）四桩承台在上部荷载的作用下，桩身的轴力随着上部荷载的增加，呈现出逐渐增长的趋势；而桩的布局中呈对角线布置时，堆载过程中会产生偏心作用，因此在轴力的变化形态上有所不一致。（2）四桩承台中的两个桩桩身靠近桩顶的位置由于承台的“套箍”作用，迎土侧受压，使得其产生负弯矩。（3）两桩承台在上部荷载的作用下，桩身轴力发生了变化，总体上与上部荷载呈现正比的关系，但两桩承台桩身轴力曲线呈现波动的形式，其原因可能是含有较为坚硬的土层或者土体中出现向下的负摩阻力。（4）四桩承台桩身轴力主要由周围土体与桩身间的侧摩阻力承担；两桩承台桩身轴力主要由周围土体与桩身间的侧摩阻力和桩端阻力承担。

[1]张丽雪.填海工程施工期对海洋生态环境影响探析[J].现代商贸工业，2012（01）：287.

TU473

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福州大学本科生科研训练计划项目基金（19022）。