硫酸鹽漬土中灌注樁豎向承載力演變規(guī)律

李鏡培，趙高文，李 林，邵 偉，姚明博

(1.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系,上海 200092；2.巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))，上海 200092)

硫酸鹽漬土中灌注樁豎向承載力演變規(guī)律

李鏡培1,2，趙高文1,2，李 林1,2，邵 偉1,2，姚明博1,2

(1.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系,上海 200092；2.巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))，上海 200092)

鹽漬土中硫酸鹽含量極高，對(duì)灌注樁具有極強(qiáng)的腐蝕作用從而影響其承載特性，為明確和分析混凝土灌注樁在硫酸鹽鹽漬土腐蝕下豎向承載力的演變規(guī)律，以及樁徑、樁長(zhǎng)對(duì)灌注樁腐蝕后承載力變化規(guī)律的影響，根據(jù)硫酸鹽環(huán)境下混凝土劣化的腐蝕反應(yīng)和機(jī)理，建立了硫酸鹽漬土腐蝕環(huán)境下單樁承載力的評(píng)價(jià)模型；結(jié)合案例對(duì)硫酸鹽漬土地區(qū)混凝土灌注樁的側(cè)阻力、端阻力及樁體強(qiáng)度進(jìn)行研究，分析和對(duì)比了樁長(zhǎng)及樁徑對(duì)硫酸鹽腐蝕下灌注樁的承載特性演變規(guī)律的影響.結(jié)果表明：硫酸鹽漬土腐蝕作用下灌注樁的側(cè)阻力、端阻力及樁體強(qiáng)度均發(fā)生變化；樁側(cè)阻力受到腐蝕產(chǎn)物積累、膨脹引起的樁周混凝土劣化和樁側(cè)應(yīng)力重分布的影響，同時(shí)也依賴(lài)于樁長(zhǎng)及樁徑變化；端阻力則由于單樁豎向有效面積的減小而降低；硫酸鹽腐蝕作用下樁體強(qiáng)度降低幅度較大.由此可知，相同腐蝕條件下，增加樁徑可有效提高抵抗硫酸鹽腐蝕引起的承載力損失；實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮增加樁徑的方法抵抗硫酸鹽腐蝕引起的承載力損失.

硫酸鹽漬土；灌注樁；腐蝕機(jī)理；承載特性；演變規(guī)律

鹽漬土在中國(guó)東北及西北地區(qū)分布非常廣泛，土體含有大量的腐蝕性硫酸根離子，對(duì)處于鹽漬土中或與鹽漬土接觸的混凝土構(gòu)件都具有極大的腐蝕作用[1-4].

文獻(xiàn)[5]發(fā)現(xiàn)朔黃鐵路特大橋橋梁墩臺(tái)及鉆孔樁混凝土受到SO42-及其他復(fù)合腐蝕作用；文獻(xiàn)[6]發(fā)現(xiàn)高架橋工程鉆孔灌注樁硫酸鹽腐蝕問(wèn)題并分析了機(jī)理；文獻(xiàn)[7]發(fā)現(xiàn)含鹽量較高的西北地區(qū)地下混凝土構(gòu)件的腐蝕破壞及損傷顯著高于其他地區(qū)；文獻(xiàn)[8-9]認(rèn)為土壤和地下水對(duì)混凝土有分解性侵蝕、結(jié)晶性侵蝕及分解結(jié)晶復(fù)合性侵蝕；文獻(xiàn)[10]認(rèn)為內(nèi)陸鹽漬土對(duì)混凝土侵蝕表現(xiàn)為鹽類(lèi)析晶和鈣礬石生長(zhǎng)的膨脹性破壞；文獻(xiàn)[11-13]認(rèn)為地下環(huán)境的SO42-使混凝土喪失黏結(jié)性和強(qiáng)度；文獻(xiàn)[14-15]研究發(fā)現(xiàn)地下侵蝕性環(huán)境對(duì)混凝土材料性能具有加速退化作用；文獻(xiàn)[16-19]研究表明，腐蝕性鹽類(lèi)對(duì)混凝土有物理及化學(xué)的綜合作用.然而對(duì)于硫酸鹽漬土地區(qū)混凝土灌注樁在腐蝕作用下承載特性演變規(guī)律的研究鮮見(jiàn)報(bào)道.

本文對(duì)服役于硫酸鹽漬土中的混凝土灌注樁的腐蝕機(jī)理進(jìn)行總結(jié)，對(duì)硫酸鹽腐蝕下灌注樁的樁體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、側(cè)摩阻力及端阻力的變化情況進(jìn)行研究，分析了腐蝕反應(yīng)導(dǎo)致樁體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及側(cè)摩阻力的變化過(guò)程及互相關(guān)系，得出硫酸鹽漬土腐蝕下混凝土灌注樁承載力的演變規(guī)律，以期對(duì)鹽漬土地區(qū)混凝土灌注樁的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供一定的理論支撐.

1 灌注樁腐蝕機(jī)理

硫酸鹽對(duì)于混凝土的腐蝕可以分為4類(lèi)：硫酸根化學(xué)侵蝕、硫酸鎂侵蝕、硅灰石膏侵蝕及結(jié)晶侵蝕[20].而對(duì)于從施工到服役均處于地下的混凝土灌注樁，主要為硫酸根化學(xué)侵蝕[21]，其腐蝕產(chǎn)物主要以鈣礬石為主[22]，主要發(fā)生如下反應(yīng)：

3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，

(1)

3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O+2(CaSO4·2H2O)+

(2)

(3)

上述反應(yīng)涉及反應(yīng)物及生成物的體積變化，具體見(jiàn)表1.

表1 反應(yīng)物及產(chǎn)物的體積[23-24]

因此，根據(jù)參與腐蝕反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的變化可計(jì)算由于腐蝕反應(yīng)引起的體積變化量.

(4)

式中：V為反應(yīng)物體積，ΔV為體積增量，Ci為反應(yīng)i中鋁酸鹽化合物的濃度；wi為化學(xué)計(jì)量系數(shù)；i為前述生成鈣礬石的化學(xué)反應(yīng)(1)～(3)；mCi、mg、me分別為鋁酸鹽化合物、石膏以及鈣礬石的摩爾體積量(cm3/mol).實(shí)際上反應(yīng)產(chǎn)物將先充滿(mǎn)混凝土中的孔隙，然后才能使得總體體積發(fā)生膨脹，混凝土灌注樁腐蝕主要發(fā)生在外圍，腐蝕深度一般較淺，因此腐蝕引起的膨脹對(duì)未發(fā)生腐蝕的混凝土不產(chǎn)生壓縮，因此，最終體積膨脹比α為

(5)

式中：α為最終體積膨脹比，可利用室內(nèi)試驗(yàn)條件測(cè)定參與化學(xué)反應(yīng)(1)～(3)中的硅鋁酸鹽化合物含量及化學(xué)計(jì)量系數(shù)后確定；f為混凝土孔隙填充系數(shù)，取0.05～0.45[25-26]；Φ為孔隙體積，可通過(guò)壓汞試驗(yàn)或其他方法測(cè)定.假定腐蝕反應(yīng)膨脹量均勻地沿樁體截面徑向產(chǎn)生擴(kuò)張，并且產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)的部分不再作為樁體承擔(dān)豎向荷載；樁體截面半徑為R，腐蝕深度為l，則

Rv=R-l，

(6)

Rc=R+ΔR，

(7)

ΔR=αl.

(8)

式中：Rv為腐蝕后繼續(xù)承擔(dān)豎向荷載的樁截面半徑,Rc為腐蝕后樁截面總半徑,ΔR為腐蝕后樁體半徑增量.

2 樁體損傷模型

2.1 硫酸鹽侵蝕環(huán)境下樁身承載力計(jì)算

灌注樁成樁后服役的過(guò)程中，隨著土體中的硫酸根向混凝土樁體內(nèi)部擴(kuò)散，腐蝕反應(yīng)逐漸從混凝土樁體外圍向內(nèi)部進(jìn)行，引起混凝土外圍腐蝕開(kāi)裂，失去對(duì)豎向承載能力的貢獻(xiàn)并產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷.假定混凝土受硫酸鹽侵蝕損傷劣化后仍為連續(xù)介質(zhì)，且損傷后的混凝土為各向同性體，則腐蝕損傷度為

(9)

式中：Af和A分別為截面內(nèi)腐蝕損傷混凝土和試件橫截面的面積(m2).文獻(xiàn)[27]通過(guò)試驗(yàn)建立了硫酸鹽腐蝕損傷混凝土強(qiáng)度計(jì)算模型：

(10)

鋼筋混凝土軸心受壓樁正截面極限受壓承載力Rk[28]為

(11)

結(jié)合式(10)，可得樁身抗壓承載力R為

(12)

2.2 單樁樁側(cè)應(yīng)力計(jì)算

樁體側(cè)摩阻力一方面與樁土界面的摩擦特性有關(guān)，另一方面受到樁土界面的徑向應(yīng)力的較大影響，假定樁側(cè)土體為均質(zhì)土，則樁側(cè)土壓力水平應(yīng)力沿樁長(zhǎng)方向呈線(xiàn)性分布，且樁側(cè)摩阻力τf為摩擦系數(shù)μ與水平應(yīng)力σh的乘積，即：

σh=khγz，

(13)

τf=σhμ.

(14)

式中：kh為側(cè)壓力系數(shù)，γ為土體重度，z為計(jì)算點(diǎn)距地面距離.

設(shè)土體側(cè)向壓縮模量為Eh，則由于樁體膨脹引起側(cè)向應(yīng)力的增量及總應(yīng)力為

Δσh=EhΔR，

(15)

σu=khγz+Ehlα.

(16)

式中：Eh為土體側(cè)向壓縮模量，利用室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，Δσh為水平應(yīng)力增量，σu為最終水平應(yīng)力.

2.3 單樁豎向承載力演變模型

假設(shè)混凝土灌注樁在硫酸鹽漬土中發(fā)生腐蝕反應(yīng)的過(guò)程中，已產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)的部分樁體因膨脹脹裂不再作為樁身實(shí)體承擔(dān)豎向荷載，即腐蝕發(fā)生后的樁側(cè)摩阻力與樁端阻力均按腐蝕后的樁徑計(jì)算.樁身取dz樁單元分析，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1(圖中虛線(xiàn)為腐蝕前樁周位置).

圖1 承載力計(jì)算示意

則灌注樁的單樁豎向承載力為

Quk=Qsk+Qpk=Qsk+qpkAp，

(17)

(18)

Qpk=qpkAp=qpkπRv2=qpkπ(R-l)2.

(19)

式中：Qsk為樁側(cè)阻力，Qpk為樁端阻力，Ap為樁截面面積，Sp為樁側(cè)表面積，qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；對(duì)于大直徑樁，則計(jì)算中需對(duì)Qsk、Qpk進(jìn)行尺寸效應(yīng)修正，側(cè)阻力及端阻力的尺寸效應(yīng)系數(shù)為ψsi、ψb，查閱規(guī)范可得.

由化學(xué)反應(yīng)方程式(1)～(3)及式(17)～(19)，可得硫酸鹽腐蝕情況下，混凝土灌注樁的承載力計(jì)算公式為

(20)

式中:參數(shù)Eh、kh、μ、γ利用現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)確定，qpk根據(jù)工程勘察資料獲取，α則通過(guò)測(cè)定水泥石中反應(yīng)產(chǎn)物的含量利用式(5)得到.實(shí)際上，混凝土在硫酸鹽腐蝕后，生成物強(qiáng)度低且為松散物，因此在側(cè)摩阻力積分計(jì)算過(guò)程中，認(rèn)為發(fā)生膨脹后，樁土摩擦界面收縮至尚未發(fā)生腐蝕的混凝土外圍.

2.4 擴(kuò)散模型的選擇

目前部分硫酸鹽擴(kuò)散模型考慮擴(kuò)散系數(shù)變化但尚不能滿(mǎn)足壽命預(yù)測(cè)及耐久性評(píng)價(jià)的要求[29]，另外硫酸鹽擴(kuò)散到達(dá)的區(qū)域所發(fā)生的腐蝕反應(yīng)則與擴(kuò)散系數(shù)是否發(fā)生變化無(wú)關(guān)，因此本文選定硫酸鹽擴(kuò)散模型(式21)[30]作為本文案例的擴(kuò)散計(jì)算模型來(lái)確定時(shí)間t與擴(kuò)散到達(dá)深度l的關(guān)系.

(21)

式中：l為離子入侵到達(dá)深度，t為時(shí)間，Cs為樁周初始濃度，C0為混凝土中初始硫酸鹽含量，De為硫酸鹽擴(kuò)散系數(shù)，模型中Cs、C0、De均可利用室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定.

3 案例分析

3.1 計(jì)算方法與參數(shù)選擇

本文計(jì)算中，首先利用硫酸鹽擴(kuò)散模型(式(21))，取t步長(zhǎng)為0.05 a，再取l步長(zhǎng)0.01 mm計(jì)算相應(yīng)時(shí)間下硫酸根擴(kuò)散所到達(dá)的深度，計(jì)算至第7年，將計(jì)算所得深度代入式(12)、(18)～(20)計(jì)算對(duì)應(yīng)的樁側(cè)阻力、樁端阻力、總承載力及單樁樁身承載力.設(shè)硫酸鹽漬土中硫酸鹽均勻分布且為單層土，單樁樁長(zhǎng)L=25 m，初始樁徑d=1.2 m，樁身混凝土初始抗壓強(qiáng)度f(wàn)c=24.29 MPa，樁土摩擦因數(shù)μ取0.35.硫酸鹽滲入深度l最大值為35 mm(侵蝕時(shí)間7 a)，本案例主要考慮硫酸鹽對(duì)混凝土腐蝕，因此忽略鋼筋的影響，取Aps=A，基樁成樁工藝系數(shù)取φc=0.7.樁側(cè)土體水平壓縮模量Eh=25 MPa，土體重度γ=18 kN/m3，側(cè)壓力系數(shù)kh=1.0，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk=1 700 kPa，灌注樁混凝土體積膨脹量比α=0.018[22]，側(cè)阻力及端阻力的尺寸效應(yīng)系數(shù)為ψsi取(0.8/d)1/5、ψb取(0.8/d)1/4，硫酸鹽擴(kuò)散系數(shù)De=8.8×10-8mm2/s，假設(shè)在硫酸根擴(kuò)散過(guò)程中擴(kuò)散系數(shù)保持不變且混凝土中初始硫酸鹽濃度為零.

3.2 單樁承載力演變規(guī)律

3.2.1 樁端及樁側(cè)阻力

取l步長(zhǎng)0.01 mm，t步長(zhǎng)為0.05 a，利用硫酸鹽擴(kuò)散模型(式(21))，計(jì)算不同時(shí)間下擴(kuò)散所到達(dá)的深度，再根據(jù)案例條件及式(17)～(19)，分別計(jì)算灌注樁腐蝕進(jìn)度及樁端、樁側(cè)阻力變化情況(圖2～4).由圖2可見(jiàn)，隨腐蝕時(shí)間增加，硫酸根入侵深度逐漸增加，且最初1年的侵入速度較快，之后逐漸減緩，在第7年侵入深度達(dá)到35 mm.

圖2 擴(kuò)散深度隨時(shí)間的變化

圖3 樁端阻力隨時(shí)間的變化

由圖3可見(jiàn)，樁端阻力隨侵蝕時(shí)間的增加而降低：第一年降低較快，之后則降低趨勢(shì)基本一致.隨硫酸鹽侵入混凝土深度的增加，硫酸根與混凝土組分發(fā)生反應(yīng)生成主要以鈣礬石為主的反應(yīng)產(chǎn)物，由于腐蝕反應(yīng)由外而內(nèi)的進(jìn)行，因此產(chǎn)物在填滿(mǎn)混凝土中孔隙后，樁體混凝土就會(huì)在很小的膨脹作用下開(kāi)裂，促使硫酸鹽的進(jìn)一步侵入和腐蝕，已開(kāi)裂的混凝土使得傳遞樁端承載力的有效面積減小，因此使得樁端阻力降低，從服役至第7年，由于腐蝕引起的端阻力降低196.8 kN，為總端阻力的11.3%，其降低的趨勢(shì)與腐蝕的進(jìn)度一致.

圖4表明，在當(dāng)前工況下，樁的側(cè)摩阻力隨侵蝕時(shí)間增加，侵蝕初期增加相對(duì)較快，之后增長(zhǎng)趨于平緩，總體增加幅度較低.顯然，隨硫酸鹽擴(kuò)散深度的增加和腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，腐蝕產(chǎn)物在混凝土孔隙內(nèi)部積累.由于反應(yīng)生成的腐蝕產(chǎn)物體積比反應(yīng)物大，且腐蝕反應(yīng)由外而內(nèi)進(jìn)行，在腐蝕反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程中樁體混凝土由外向內(nèi)產(chǎn)生脹裂裂隙并發(fā)生體積膨脹.因此，隨腐蝕深度增加樁周土將產(chǎn)生壓縮并引起樁側(cè)土界面應(yīng)力增加，進(jìn)而引起樁土界面的單位面積摩阻力有所提高；另一方面則由于腐蝕使樁周混凝土松散化并使樁土摩擦界面向內(nèi)收縮從而減小了有效摩擦面積.在本算例給定的條件下，當(dāng)侵蝕深度較小時(shí)，表現(xiàn)出整體樁側(cè)阻力增加，但增加幅度極小，侵蝕到35 mm深度時(shí)，樁側(cè)阻力僅增加52.1 kN.

圖4 樁側(cè)阻力隨時(shí)間的變化

3.2.2單樁承載力演變規(guī)律

利用式(20)及案例參數(shù)計(jì)算了單樁承載力在硫酸鹽漬土腐蝕下的演變規(guī)律，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5.

圖5 單樁承載力隨時(shí)間的變化

硫酸鹽侵蝕下的腐蝕反應(yīng)一方面使得樁周膨脹引起樁土界面應(yīng)力重分布，另一方面則由于樁周混凝土在腐蝕反應(yīng)后松散化導(dǎo)致樁土有效摩擦面減小，計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)腐蝕深度較小時(shí)，樁側(cè)阻力將有所增加，隨腐蝕深度增大，樁側(cè)阻力將出現(xiàn)下降(見(jiàn)表2).另一方面則由于腐蝕反應(yīng)后使得傳遞端阻力的樁體有效面積減小，引起樁端阻力的降低且幅度相對(duì)較大，因此單樁承載力整體表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，由圖可見(jiàn)，25 m單樁在腐蝕7 a后，其整體承載力減少144.7 kN.

3.2.3 樁長(zhǎng)對(duì)腐蝕下混凝土樁劣化的影響

為研究樁長(zhǎng)對(duì)硫酸鹽漬土腐蝕下混凝土樁承載特性劣化的影響，本文另外計(jì)算了在不同樁徑對(duì)應(yīng)不同樁長(zhǎng)情況下單樁側(cè)阻力、端阻力及總承載力的變化規(guī)律，取1.2 m及0.4 m樁徑計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2(損失率即為腐蝕后承載力的損失值占原承載力的比例)，由表可知，當(dāng)樁長(zhǎng)較小時(shí)，由腐蝕引起的承載力變化主要由樁端阻力的降低引起；樁側(cè)阻力受到摩擦面積減小引起的側(cè)阻力損失和水平向應(yīng)力增加引起的側(cè)阻力增加雙重影響.由表可知，樁徑較小時(shí)樁側(cè)阻力的損失對(duì)于其總承載力影響較大，樁端阻力的降低在較小樁長(zhǎng)的情況下對(duì)總承載力起到控制作用；隨樁長(zhǎng)的增加，由腐蝕產(chǎn)物膨脹引起的水平應(yīng)力增加所占總水平應(yīng)力的比重減小，樁周混凝土松散化引起的摩擦面的減小逐漸表現(xiàn)出主導(dǎo)作用，樁側(cè)阻力出現(xiàn)較大幅度的降低，總體承載力也隨之產(chǎn)生較大幅度的降低，單樁承載力的損失率隨樁長(zhǎng)增加變化幅度較小，可見(jiàn)在實(shí)際工程常見(jiàn)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，增加樁長(zhǎng)對(duì)于對(duì)抗由硫酸鹽漬土引起的單樁承載力損失效果并不明顯.

表2 不同樁長(zhǎng)下混凝土樁承載力變化

3.2.4 樁徑對(duì)腐蝕下混凝土樁劣化的影響

取25 m樁長(zhǎng)為例分別計(jì)算在不同樁徑情況下混凝土樁在硫酸鹽漬土中腐蝕7 a后承載特性的演變規(guī)律，所得結(jié)果見(jiàn)表3.由表可見(jiàn)，樁徑對(duì)硫酸鹽漬土腐蝕下混凝土樁的承載特性影響較大，隨樁徑的增加，總承載力較腐蝕前均有所降低，但降低的幅度隨樁徑的增加明顯減?。簶稄綖?.4 m承載力降低359.5 kN，損失承載力占單樁原承載力的13.3%，樁徑為1.6 m時(shí)承載力降低51.9 kN，損失承載力僅占單樁原承載力的0.4%，可見(jiàn)，在固定樁長(zhǎng)情況下，利用增加樁徑的方式提高單樁抵抗硫酸鹽漬土引起的腐蝕劣化效果非常顯著.

表3 樁徑影響下承載力的變化規(guī)律

3.3 樁身承載力演變規(guī)律

樁基承載力一方面取決于由樁端及樁側(cè)土提供的承載力，另一方面也取決于樁體本身的強(qiáng)度值，硫酸鹽引起的腐蝕反應(yīng)使得由樁-土作用提供的承載力有所降低，另外也引起樁身混凝土由于反應(yīng)的損耗和產(chǎn)物引發(fā)脹裂最終導(dǎo)致樁身有效截面變小.由圖6可知，隨腐蝕性硫酸鹽侵蝕的深入，樁身可承擔(dān)的最大軸向力逐漸減小，腐蝕到35 mm深度時(shí)，其降幅達(dá)到3 819.5 kN，占初始值的19.3%，可見(jiàn)，由硫酸鹽引起的樁身腐蝕及樁身強(qiáng)度損失非常嚴(yán)重，即對(duì)于抵抗硫酸鹽漬土腐蝕下單樁特性的劣化，關(guān)鍵在于樁體本身抗蝕能力的提升，通過(guò)添加劑增加樁體混凝土的抗?jié)B性、抗蝕性從而降低有效服役期硫酸鹽的腐蝕深度.

圖6 樁身承載力隨時(shí)間的變化

4 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)硫酸鹽漬土環(huán)境下樁體混凝土侵蝕的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及硫酸鹽漬土腐蝕下單樁承載力變化規(guī)律的研究和分析，給出硫酸鹽漬土環(huán)境下樁基承載特性的計(jì)算公式，并結(jié)合案例計(jì)算和分析了硫酸鹽漬土腐蝕下單樁承載特性的演變規(guī)律，主要得到以下結(jié)論:

1)灌注樁混凝土樁側(cè)阻力受到腐蝕產(chǎn)物積累、膨脹引起的樁周混凝土劣化和樁側(cè)應(yīng)力重分布的影響，同時(shí)也依賴(lài)于樁長(zhǎng)及樁徑變化；樁端阻力則由于單樁有效豎向承載截面減小而降低.

2)在確定樁長(zhǎng)的條件下，增加樁徑可有效降低硫酸鹽漬土腐蝕下單樁承載力的損失，即樁徑越大承載力損失越小；樁長(zhǎng)的增加則對(duì)提升抵抗承載力損失效果不明顯，但腐蝕后整體承載力均表現(xiàn)為劣化.

3)硫酸鹽漬土中灌注樁在硫酸根入侵后發(fā)生腐蝕反應(yīng)引起樁體豎向有效承載面積變小，樁體抗壓強(qiáng)度隨硫酸鹽入侵深度的增加呈下降趨勢(shì)且幅度較大.

4)硫酸鹽漬土腐蝕引起樁基及樁身承載力減小和損耗，抗腐蝕設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮增加樁徑的方法.

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Bored piles’ vertical bearing strength evolution in sulfate saline soil

LI Jingpei1,2, ZHAO Gaowen1,2, LI Lin1,2, SHAO Wei1,2, YAO Mingbo1,2

(1.Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2.Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering (Tongji University), Ministry of Education， Shanghai 200092, China)

Content of sulfate ions is relatively high in saline soil that can deteriorate the bearing capacities of bored pile and related studies are rarely reported. To clarify the evolution rules of bored piles’ vertical bearing strength and the effects of pile length and pile radius on bearing strength after sulfate attack, bearing capacity evaluation model of bored pile was established based on the sulfate corrosive reactions and mechanism in sulfate corrosive condition. By combination with cases, the evolution rules of side resistance, end resistance and pile compressive strength were studied. The influences of pile diameter and pile length on bearing properties were analyzed and compared. The results show that the side resistance, the end resistance and the pile compressive strength change after sulfate corrosion. The side resistance of pile depends on stress redistribution and concrete deterioration around pile caused by sulfate corrosion products, and is also affected by the length and diameter of pile. The end resistance reduces with increasing depth of sulfate corrosion because the effective area decreases after corrosion. The compressive strength of pile decreases rapidly during sulfate corrosion process. It concludes that increase of pile diameter can enhance the resistance ability against deterioration, and the pile diameter increase can enhance the anti-sulfate corrosion ability for pile foundation design in saline area.

sulfate saline soil; bored pile; corrosion mechanism; bearing capacities; evolution rules

(編輯 趙麗瑩)

10.11918/j.issn.0367-6234.201605086

2016-05-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(51178341)

李鏡培(1963—)，男，教授，博士生導(dǎo)師

趙高文， 007gwzhao@#edu.cn

TU528

A

0367-6234(2017)06-0084-06