港口建筑工程设计中桩的负摩阻力问题探讨

2018-02-17陈雄

建筑与装饰 2018年8期

关键词：摩擦阻力垫层桩基

陈雄

广州港股份有限公司广东广州 510700

前言

我国对外贸易的规模不断扩大，沿海港口的建设如火如荼，在建设中越来越向深水港延伸，所以在港口建筑工程设计中桩的负摩阻力问题受到极大关注。

1 港口中桩基负摩阻力存在的问题

由于桩基负摩阻力特性及作用机理尚不十分清楚，工程实践中负摩阻力的计算，负摩阻桩基承载力的评估等方面仍存在许多问题。正常使用，造成不必要的损失和浪费。目前，桩基负摩阻力的理论研究大都是在不考虑桩顶荷载的情况下进行的。国内外实验研究基本在此基础上完成[1]。

这使得理论分析和实验结果与桩的实际受力状态有很大的不同，对工程实践的指导意义不大。考虑到桩顶荷载的负摩擦阻力特性，桩土相互作用通常简化为简单线性关系。桩顶荷载的影响和无桩顶荷载的影响是简单叠加的。作为线性关系分析完全简化桩土相互作用的结果并不能反映桩土相互作用的实际状态。

另外，迄今为止，基本上没有研究负摩擦阻力，首次出现负摩擦阻力，然后施加桩顶荷载之后施加桩顶荷载的负摩擦阻力特性的差异。根据桩土相互作用的非线性特征，存在加载顺序对负摩阻力的影响。考虑到实际加载顺序对桩的负摩阻力特性的研究以及加载顺序影响的研究与实际工程实践密切相关，更有利于研究成果的推广应用。

复合地基，如桩基，通常用于地质条件恶劣的地区，如软土。目前，对复合地基桩基的抗摩擦性能的研究主要集中在桩基对桩垫的冲击引起的负摩阻力方面。但由于地下水位下降和未固结土沉降等因素造成的负摩阻力的研究尚未基本实施。由于缓冲垫主要用于调整桩和土的应力分布，所以一般厚度是有限的。因此，桩身进入垫层的负摩擦阻力远小于土体沉降产生的负摩擦力。研究复合地基土体沉降引起的加筋桩负摩阻力特性是非常必要的。但由于实际工程中复合地基桩的强度不足导致复合地基的破坏，反映了研究土体沉降引起桩的负摩阻力的迫切要求。

负摩阻桩桩承载力的评估也是实际工程中需要解决的问题之一。报告考虑了负摩擦阻力的负面影响，并且已经有许多桩基础失效的例子已经通过桩承载能力测试。问题是目前的代码没有提供具有负摩擦阻力的桩的承载能力的测试要求。问题是如何合理评价负摩擦阻力桩的承载力，确保工程的安全[2]。

2 桩的负摩阻力

2.1 复合地基中的负摩阻力

为了充分发挥复合地基的特性，黄西玲先生提出在平台下设置垫层，以改善地基中桩间土的荷载分布，充分发挥其承载能力地基土。明明利等人。总结了垫层的作用，确保桩土承担调整桩的荷载分担比，缓解水平荷载在基础应力集中桩上的分布。同时，由于缓冲垫的设置，桩体具有向上的刺穿变形，使得桩体产生部分负摩擦阻力区域。

复合地基中的负摩擦阻力应分为两种情况。在一种情况下，在具有垫层的复合地基中，在载荷的作用下向上刺穿软垫会在钢筋桩顶部产生负摩擦阻力，这在正常使用时为负值。国内许多学者对摩擦阻力作了综合研究，探讨了复合地基在正常使用中的缓冲机理。详细分析了复合地基中桩体负摩擦阻力的原因。试验中，垫层复合地基桩存在负摩擦阻力。根据试验结果指出，对于负摩擦带，桩间土的垂直应力较大。 “建筑坟墓处理技术规范”是对国内复合地基理论研究和工程实践的总结，对国内复合地基实践具有很强的指导作用。

在另一种情况下，由于主要在软土地区使用复合地基，例如在地下水位下降导致土壤沉降和未固结的土壤固结和沉降的情况下，桩周围的加固土的沉降大于由桩定居。负摩擦阻力。此时，负摩阻力的发展类似于桩的负摩阻力，其不利影响远大于正常使用时桩身穿入垫层的负摩阻力。目前，国内外对复合地基抗负摩擦阻力的研究较少。安春秀报道了在回填场地水泥土搅拌桩复合地基上由于负摩擦阻力引起的下拉力作用下加固桩强度不足的情况，桩导致建筑物无法使用。这表明，对复合地基土体沉降引起的负摩擦阻力效应的研究对该项目具有实际意义[3]。

2.2 桩身摩阻力分布

降水前后复合地基中桩筋摩擦阻力的分布存在较大差异。差异首先出现在中立位置。降水后中性点的位置明显低于降水前的位置。这表明，对于复合地基来说，由沉降引起的负摩擦阻力比由堆积引起的负摩擦阻力大得多。其次，降雨后桩顶负摩阻值远大于降水前的值，负摩阻桩桩长较长。

因此，由负摩擦阻力引起的下拉力具有很大的影响，并且在复合地基的设计中必须予以考虑。这是由于降雨后有效土壤应力的增加，降水引起的土壤沉降增加使得桩顶土的相对位移增大。根据有效应力原理，这两个指标是负摩擦阻力的重要指标。第三，随着负荷的增加，降水后中性位置的波动幅度明显大于降雨前的幅度。在桩的中部，正摩擦阻力的分布几乎没有差别。在桩底部，降雨后的正摩擦阻力略大于降水前的摩擦阻力。通过地基沉降与桩顶沉降之间的差异，可以得到沉降前后桩身位移的变化。

随着荷载的增加，桩顶沉降和地基沉降均增加。底部表面的沉降速度比沉淀前后的沉降速度快。在计算范围内，降雨前桩和基础的沉降与荷载的增加大致呈线性关系。降水后桩沉降增长趋势也可以看作是线性近似，而基本沉降增长趋势更为明显，非线性，增长速度明显快于桩的沉降。

基础沉降包括缓冲垫的压缩，桩的沉降以及桩的穿孔变形。缓冲垫的压缩变形较小，桩与地基的沉降差异反映了桩的变形趋势。换句话说，降雨后，随着荷载的增加，桩顶向上变形的变形速率加快。对于具有缓冲层和无支撑层的复合地基，使用阶段地下水位下降或未固结土固结引起的桩的负摩擦阻力远大于正常使用时的负摩阻力。

桩基沉降，桩的沉降显著增加了中性位置，并且负摩擦阻力产生的下拉力也显著增加。这可能会造成过度沉降影响建筑物功能和基础桩的强度或安全系数下降的严重后果。在复合地基的设计中，应特别考虑在降水条件下发生的负摩擦阻力[4]。