次固結影響下浙東沿海吹填場地樁基負摩阻力現(xiàn)場試驗研究

楊艷婷，李翠鳳，鄭學淵，俞嘉輝，胡慧峰

（寧波市電力設計院有限公司，浙江 寧波 315211）

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，社會發(fā)展對土地資源的需求進一步加大。圍海造田已成為解決沿海地區(qū)土地供需矛盾最簡單有效的途徑之一，如海上機場、沿海碼頭、海底隧道和沿海城市等。近年來，所有沿海城市都開始大量投資土地圍墾項目，特別是在天津、廣州、大連、?？诘鹊貐^(qū)。截至2019年，中國通過圈地的方式形成了3 200多平方公里的土地。一般來說，圍海造地的理想方式是砂石填埋，但開荒和填海的成本很高，由此造成山地過度開發(fā)和環(huán)境問題越來越嚴重。國家禁止任意開采砂石的規(guī)定也使得填海造地的原料變得稀缺。正是這種現(xiàn)狀催生了一種新的土地復墾方式——吹淤，將大量難以處理的疏浚泥漿作為吹淤材料，變廢為寶。

在吹填土地上進行地基預處理時，常采用排水板+樁基加載或真空預壓的方式進行預處理，但由于沿海地區(qū)存在海床淤泥等各種軟土地基，地基預處理后的施工沉降依舊很大[1-3]。另一方面，地基處理對于后期建筑結構的建設仍然是必需的，其中樁基因承載力高、施工快捷、成本低、對不同地質條件適應性強被廣泛采用。我國地基處理和樁基等相關規(guī)范[4-5]指出，當基樁的沉降量小于樁基周圍土層時，應考慮樁側負動阻力對樁基承載力的影響，導致其承載力計算過程較為繁復。而且，樁側負摩阻力嚴重降低了樁基承載力及安全儲備，給結構帶來一定的安全隱患[6-10]。

本文以浙東沿海某電力基礎工程項目為背景，針對浙東沿海吹填場地基樁負摩阻力進行了現(xiàn)場試驗，分析了基樁在原位條件下的負摩阻力、樁身下拉荷載及樁土相對位移隨時間的發(fā)展變化規(guī)律，并探討了次固結影響下浙東沿海吹填場地樁基負摩阻力發(fā)展趨勢。該研究成果可為浙東沿海地區(qū)快速成陸的吹填場地基樁工程設計和施工提供參考。

1 工程概況

該電力基礎工程位于浙江省寧波市周邊的規(guī)劃圍墾區(qū)。該場地為近海灘涂和水下淺灘，經(jīng)過吹填成陸后，采用排水板預處理軟土地基和預壓堆土及堆土預處理的方法。

2 現(xiàn)場試驗內容及方案

本次現(xiàn)場試驗主要是對4根預埋鋼筋的試驗樁在樁頂施加工作荷載，在65 d的穩(wěn)壓過程中，監(jiān)測樁的軸向力和樁周圍土體的沉降情況，研究樁的軸向力和負摩阻力在樁頂荷載的作用下隨樁周圍土體的固結和沉降的變化情況。在該試驗場，地基的預壓固結處理在2根大樁上進行，其中在吹砂到2.6 m高程時開始建樁，2020年11月第二根樁完成到8 m高程后，在滿足卸荷條件的情況下，于2021年2月18日卸荷到4.8 m高程，4月15日開始進行本次現(xiàn)場試驗。以1號樁為例，從4月25日到4月30日在樁頂逐級施加荷載至2 000 kN后，穩(wěn)定樁頂荷載至6月15日，監(jiān)測期為45 d。

在第一階段大樁加載開始前，提前預留了場地，以保證4根試驗樁的頂部沒有樁的加載，從而保證在本次試驗開始前，樁的頂部是沒有加載的。此外，試驗樁之間的樁距為10 m，以避免群樁效應對試驗的影響。試驗方案見表1。

表1 樁基現(xiàn)場試驗方案

3 現(xiàn)場試驗結果

3.1 樁身軸力與負摩阻力

圖1和圖2分別為本次現(xiàn)場試驗中樁基的樁身軸力-深度和樁身側摩阻力-深度的典型關系曲線。對于樁端以凝灰?guī)r層作為持力層的管樁，樁頂施加荷載之后，樁身軸向力-深度的分布變化隨時間呈現(xiàn)出與加載前不同的規(guī)律；3月10日，裝側軸向力在約34.8 m的深度處達到其最大值2 480 kN，樁身同一深度的軸向力隨時間的推移逐漸增大。樁身同一深度的軸向力隨時間逐漸增大。樁側阻力隨樁身分布而交替變化，深度范圍為2.58~56.31 m，3.25~34.8 m為負阻力，約16 m以上側阻力隨時間先正后負，5月20日負阻力達到最大值約-22 kPa，深度約為8.64 m。樁頂受力時中性點的最淺位置為30.8 m，比未受力時高出4.0 m。樁頂加載時中性點位置比卸載時略高，其中性點位置隨時間變化并不明顯。

圖1 樁身軸力-深度曲線

圖2 側摩阻力曲線

3.2 樁頂與樁周土地表沉降

圖3是典型的樁頂沉降和沉降率隨時間變化的關系曲線。分析表明，從3月16日到3月20日，隨著樁頂荷載的增加，樁身沉降也隨之增加；在荷載穩(wěn)壓期，樁頂沉降增加緩慢，沉降率較小。

圖3 樁頂沉降值及沉降速率

4 試驗結果分析

4.1 下拉荷載隨時間的變化關系

圖4顯示了下拉荷載、樁頂和樁周圍土體的沉降率隨時間變化的關系曲線。分析結果表明，在穩(wěn)壓階段，樁周土體的沉降率基本一致。在分步加載過程中，樁頂沉降率迅速增加，在穩(wěn)壓階段，樁頂沉降率為0.01 mm/d。

圖4 下拉荷載

4.2 軸力增長速率與樁頂沉降速率的關系

通過分析不同深度樁的軸力增長率與樁頂沉降率隨時間變化的關系曲線。對試驗結果進行分析表明，在樁頂逐步施加荷載的過程中，樁頂?shù)某两邓俾瘦^大，其沉降速率值最大約為1 mm/d；施加荷載結束后，樁頂沉降變化趨于穩(wěn)定，沉降速率保持一個較小的數(shù)值，約為0.01 mm/d。在樁頂逐步施加荷載的過程中和加載完成后的穩(wěn)定初期，樁身軸向力的增加明顯，增長速率最大約為200 kN/d，隨著時間增加該值逐漸減小，趨向穩(wěn)定。

4.3 中性點位置的變化

表2 對樁頂未施加荷載時的中性點位置與樁頂施加荷載作用時的位置進行了比較。分析試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在樁頂未施加荷載時，樁身周圍的土體由于預壓其中性點位置相對較深，這與規(guī)范推薦的中性點深度基本一致。當樁頂施加工作荷載時，樁身產(chǎn)生明顯沉降，導致中性點位置上移；在樁頂荷載穩(wěn)定的階段，樁身沉降值逐漸趨于穩(wěn)定，保持在一個很小的范圍內，但樁身周圍土體的沉降速率依舊保持不變，這一現(xiàn)象導致中性點位置開始下移。

表2 樁身中性點位置對比

5 結論

通過在原現(xiàn)場試驗的基礎上繼續(xù)進行樁頂工作荷載的現(xiàn)場試驗，研究了穩(wěn)壓65 d內樁身軸向力和樁身側摩阻力隨時間發(fā)展變化的規(guī)律，分析并得到了以下若干結論。

（1）在本試驗樁頂施加荷載的過程中，樁頂沉降速率最大約為1 mm/d；隨后，在樁頂沉降趨勢逐步趨向穩(wěn)定后，其沉降速率約為0.01 mm/d。

（2）樁頂加載過程中及加載完成后的穩(wěn)定初期，樁身軸向力增長率較大，且隨著穩(wěn)定時間的增加，沉降速率值逐漸減小并趨向于穩(wěn)定。

（3）在穩(wěn)定期，樁身周圍的土體沉降速率約為0.65 mm/d，樁頂沉降速率逐漸趨向于0.01 mm/d。樁身沉降速率隨時間逐步趨向穩(wěn)定，但樁身周圍土體的沉降速率隨時間推移依舊維持不變，這一現(xiàn)象導致了樁側阻力中性點位置逐漸向下移動。