港口建筑工程設計中樁的負摩阻力問題探討

陳雄

廣州港股份有限公司 廣東 廣州 510700

前言

我國對外貿(mào)易的規(guī)模不斷擴大，沿海港口的建設如火如荼，在建設中越來越向深水港延伸，所以在港口建筑工程設計中樁的負摩阻力問題受到極大關(guān)注。

1 港口中樁基負摩阻力存在的問題

由于樁基負摩阻力特性及作用機理尚不十分清楚，工程實踐中負摩阻力的計算，負摩阻樁基承載力的評估等方面仍存在許多問題。正常使用，造成不必要的損失和浪費。目前，樁基負摩阻力的理論研究大都是在不考慮樁頂荷載的情況下進行的。國內(nèi)外實驗研究基本在此基礎(chǔ)上完成[1]。

這使得理論分析和實驗結(jié)果與樁的實際受力狀態(tài)有很大的不同，對工程實踐的指導意義不大。考慮到樁頂荷載的負摩擦阻力特性，樁土相互作用通常簡化為簡單線性關(guān)系。樁頂荷載的影響和無樁頂荷載的影響是簡單疊加的。作為線性關(guān)系分析完全簡化樁土相互作用的結(jié)果并不能反映樁土相互作用的實際狀態(tài)。

另外，迄今為止，基本上沒有研究負摩擦阻力，首次出現(xiàn)負摩擦阻力，然后施加樁頂荷載之后施加樁頂荷載的負摩擦阻力特性的差異。根據(jù)樁土相互作用的非線性特征，存在加載順序?qū)ω撃ψ枇Φ挠绊憽？紤]到實際加載順序?qū)兜呢撃ψ枇μ匦缘难芯恳约凹虞d順序影響的研究與實際工程實踐密切相關(guān)，更有利于研究成果的推廣應用。

復合地基，如樁基，通常用于地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)，如軟土。目前，對復合地基樁基的抗摩擦性能的研究主要集中在樁基對樁墊的沖擊引起的負摩阻力方面。但由于地下水位下降和未固結(jié)土沉降等因素造成的負摩阻力的研究尚未基本實施。由于緩沖墊主要用于調(diào)整樁和土的應力分布，所以一般厚度是有限的。因此，樁身進入墊層的負摩擦阻力遠小于土體沉降產(chǎn)生的負摩擦力。研究復合地基土體沉降引起的加筋樁負摩阻力特性是非常必要的。但由于實際工程中復合地基樁的強度不足導致復合地基的破壞，反映了研究土體沉降引起樁的負摩阻力的迫切要求。

負摩阻樁樁承載力的評估也是實際工程中需要解決的問題之一。報告考慮了負摩擦阻力的負面影響，并且已經(jīng)有許多樁基礎(chǔ)失效的例子已經(jīng)通過樁承載能力測試。問題是目前的代碼沒有提供具有負摩擦阻力的樁的承載能力的測試要求。問題是如何合理評價負摩擦阻力樁的承載力，確保工程的安全[2]。

2 樁的負摩阻力

2.1 復合地基中的負摩阻力

為了充分發(fā)揮復合地基的特性，黃西玲先生提出在平臺下設置墊層，以改善地基中樁間土的荷載分布，充分發(fā)揮其承載能力地基土。明明利等人。總結(jié)了墊層的作用，確保樁土承擔調(diào)整樁的荷載分擔比，緩解水平荷載在基礎(chǔ)應力集中樁上的分布。同時，由于緩沖墊的設置，樁體具有向上的刺穿變形，使得樁體產(chǎn)生部分負摩擦阻力區(qū)域。

復合地基中的負摩擦阻力應分為兩種情況。在一種情況下，在具有墊層的復合地基中，在載荷的作用下向上刺穿軟墊會在鋼筋樁頂部產(chǎn)生負摩擦阻力，這在正常使用時為負值。國內(nèi)許多學者對摩擦阻力作了綜合研究，探討了復合地基在正常使用中的緩沖機理。詳細分析了復合地基中樁體負摩擦阻力的原因。試驗中，墊層復合地基樁存在負摩擦阻力。根據(jù)試驗結(jié)果指出，對于負摩擦帶，樁間土的垂直應力較大。 “建筑墳墓處理技術(shù)規(guī)范”是對國內(nèi)復合地基理論研究和工程實踐的總結(jié)，對國內(nèi)復合地基實踐具有很強的指導作用。

在另一種情況下，由于主要在軟土地區(qū)使用復合地基，例如在地下水位下降導致土壤沉降和未固結(jié)的土壤固結(jié)和沉降的情況下，樁周圍的加固土的沉降大于由樁定居。負摩擦阻力。此時，負摩阻力的發(fā)展類似于樁的負摩阻力，其不利影響遠大于正常使用時樁身穿入墊層的負摩阻力。目前，國內(nèi)外對復合地基抗負摩擦阻力的研究較少。安春秀報道了在回填場地水泥土攪拌樁復合地基上由于負摩擦阻力引起的下拉力作用下加固樁強度不足的情況，樁導致建筑物無法使用。這表明，對復合地基土體沉降引起的負摩擦阻力效應的研究對該項目具有實際意義[3]。

2.2 樁身摩阻力分布

降水前后復合地基中樁筋摩擦阻力的分布存在較大差異。差異首先出現(xiàn)在中立位置。降水后中性點的位置明顯低于降水前的位置。這表明，對于復合地基來說，由沉降引起的負摩擦阻力比由堆積引起的負摩擦阻力大得多。其次，降雨后樁頂負摩阻值遠大于降水前的值，負摩阻樁樁長較長。

因此，由負摩擦阻力引起的下拉力具有很大的影響，并且在復合地基的設計中必須予以考慮。這是由于降雨后有效土壤應力的增加，降水引起的土壤沉降增加使得樁頂土的相對位移增大。根據(jù)有效應力原理，這兩個指標是負摩擦阻力的重要指標。第三，隨著負荷的增加，降水后中性位置的波動幅度明顯大于降雨前的幅度。在樁的中部，正摩擦阻力的分布幾乎沒有差別。在樁底部，降雨后的正摩擦阻力略大于降水前的摩擦阻力。通過地基沉降與樁頂沉降之間的差異，可以得到沉降前后樁身位移的變化。

隨著荷載的增加，樁頂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。在計算范圍內(nèi)，降雨前樁和基礎(chǔ)的沉降與荷載的增加大致呈線性關(guān)系。降水后樁沉降增長趨勢也可以看作是線性近似，而基本沉降增長趨勢更為明顯，非線性，增長速度明顯快于樁的沉降。

基礎(chǔ)沉降包括緩沖墊的壓縮，樁的沉降以及樁的穿孔變形。緩沖墊的壓縮變形較小，樁與地基的沉降差異反映了樁的變形趨勢。換句話說，降雨后，隨著荷載的增加，樁頂向上變形的變形速率加快。對于具有緩沖層和無支撐層的復合地基，使用階段地下水位下降或未固結(jié)土固結(jié)引起的樁的負摩擦阻力遠大于正常使用時的負摩阻力。

樁基沉降，樁的沉降顯著增加了中性位置，并且負摩擦阻力產(chǎn)生的下拉力也顯著增加。這可能會造成過度沉降影響建筑物功能和基礎(chǔ)樁的強度或安全系數(shù)下降的嚴重后果。在復合地基的設計中，應特別考慮在降水條件下發(fā)生的負摩擦阻力[4]。

3 結(jié)束語

對樁的負摩阻力問題的研究可以更好加固港口建筑工程的安全性及穩(wěn)定性，計算樁的負摩阻力可以提升港口的穩(wěn)定性及耐久性。

[1] 別社安,武港生.板樁碼頭結(jié)構(gòu)設計輔助計算系統(tǒng)[J].港工技術(shù),1997,(4):28-32.

[2] 李廣大,聶孟喜.板樁碼頭計算機輔助設計系統(tǒng)[J].港工技術(shù),2000,(2):28-31.

[3] 張政生.板樁碼頭的有限元解法及計算機處理切[J].水運工程,2004,(7):38-40.

[4] 王浩芬,李久旺.有錨柔性墉.的內(nèi)力與變形分析[J].巖土工程學報,1987,(6):69-74.