非均勻濕陷條件下黃土地區(qū)樁基力學(xué)性狀試驗(yàn)研究

董曉明，高仕趙，宋　軍，張玉偉，李　晉

(1.魯東大學(xué)　土木工程學(xué)院，山東　煙臺　264025；2長安大學(xué)　公路學(xué)院，陜西　西安　710064；3.山東交通學(xué)院　土木工程學(xué)院，山東　濟(jì)南　250023)

非均勻濕陷條件下黃土地區(qū)樁基力學(xué)性狀試驗(yàn)研究

董曉明1，高仕趙1，宋軍1，張玉偉2，李晉3

(1.魯東大學(xué)土木工程學(xué)院，山東煙臺264025；2長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安710064；3.山東交通學(xué)院土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南250023)

摘要：基于黃土非均勻濕陷發(fā)生機(jī)理和純摩擦樁基的受力特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程，對現(xiàn)場試樁采用常規(guī)樁基浸水試驗(yàn)和控制變量法樁基試驗(yàn)，對非均勻濕陷條件下橋梁樁基負(fù)摩阻力的受力特性進(jìn)行了研究。在已有單參數(shù)對數(shù)曲線模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，提出了浸水和停水期樁周土體的濕陷量與時(shí)間關(guān)系的雙參數(shù)對數(shù)曲線模型；通過繪制濕陷性黃土地區(qū)的樁頂荷載與沉降的數(shù)據(jù)變化曲線，確定了先浸水、后浸水與天然狀態(tài)下樁基承載特性，探索研究了樁側(cè)摩阻力在浸水過程中的發(fā)揮性狀。研究結(jié)果表明，該黃土地區(qū)非均勻濕陷條件下的橋梁樁基中性點(diǎn)位于0.62倍樁長范圍內(nèi)，用控制變量法比常規(guī)浸水試驗(yàn)研究樁基負(fù)摩阻力的受力特性更經(jīng)濟(jì)更合理。

關(guān)鍵詞：道路工程；樁基；控制變量法；負(fù)摩阻力；濕陷性黃土；現(xiàn)場試驗(yàn)

0引言

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，越來越多的結(jié)構(gòu)工程在我國西部實(shí)施建設(shè)，由于西部濕陷性黃土分布廣泛，且黃土層厚分布不均，差別較大，有必要對黃土地區(qū)上修建高層建筑物、大荷載構(gòu)筑物、高速鐵路和高等級公路工程的沉降量和基礎(chǔ)的承載力提出更高的要求，樁基礎(chǔ)由于承載力高、沉降小，因而成為高速公路橋梁基礎(chǔ)常用的一種基礎(chǔ)形式。雖然國內(nèi)已有部分學(xué)者[1-4]對樁基負(fù)摩阻力受力特性進(jìn)行研究，但區(qū)域特征較強(qiáng)難以直接引用，使得樁基在設(shè)計(jì)中遭遇到多方面的技術(shù)瓶頸，給橋梁結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定帶來危害。因此，弄清非均勻變形條件下的樁基受力特性，對指導(dǎo)橋梁樁基的設(shè)計(jì)與施工是十分必要和迫切的，具有重要的理論與實(shí)際意義[5-7]。依托山西河運(yùn)高速公路合同段的橋梁樁基進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，分析區(qū)域性黃土非均勻濕陷條件下的樁基承載特性，探索樁基在浸水過程中樁側(cè)摩阻力的荷載傳遞規(guī)律并確定中性點(diǎn)位置。

1概況

1.1工程概況

山西河運(yùn)高速公路起于河津賀家莊，途徑河津南、萬榮、高村閻景、臨猗北和萬榮、臨猗兩個(gè)服務(wù)區(qū)，終止于運(yùn)風(fēng)高速長江府。主線采用4車道，全線共計(jì)80多千米，共設(shè)特大橋1 527.5 m 1座(雙幅、下同)、大橋2 168.74 m 6座、中橋297 m 4座、互通式立交8座、主線上跨分離式立交2 256.52 m 18 座，橋梁總長6 837 m，占路線長度的8.74%。橋梁基礎(chǔ)全部采用樁基礎(chǔ)，總工程量近2 000余根，其中跨徑在20 m以上的大、中型橋梁多采用群樁基礎(chǔ)。

本試驗(yàn)場地選河運(yùn)高速AK0+968.618臨猗北互通立交A匝道2號橋，距臨猗縣北景鄉(xiāng)西北處209國道北景收費(fèi)站附近，地形開闊平坦，交通便利，黃土厚度大，地貌單元為黃土臺塬區(qū)，局部沖溝發(fā)育，橋梁樁基大都采用摩擦樁。

1.2地層結(jié)構(gòu)

表1　各層地基土巖性特征

2現(xiàn)場試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

取原狀土進(jìn)行室內(nèi)黃土物理性指標(biāo)試驗(yàn)[8]，測得的不同深度黃土的濕陷系數(shù)δsi和自重濕陷系數(shù)δzsi隨深度的變化規(guī)律曲線如圖1所示。經(jīng)計(jì)算確定該區(qū)20 m深度范圍內(nèi)大都為自重濕陷性黃土，自重濕陷量為373 mm，總濕陷量為1 353 mm，即該區(qū)為自重濕陷性黃土，濕陷等級為Ⅳ級。

圖1　不同深度黃土濕陷參數(shù)的曲線Fig.1　Collapsibility parameter curves of loess indifferent depths

試驗(yàn)方案根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶烊唤邓窟M(jìn)行現(xiàn)場樁基浸水試驗(yàn)，為了更充分地反映濕陷性黃土地基下橋梁樁基的受力特性，此次試驗(yàn)共由3部分組成，設(shè)3根試樁(分別命名S1，S2，S3，均為挖孔灌注樁)，其中對S1進(jìn)行單樁豎向靜載試驗(yàn)，對S2進(jìn)行浸水載荷試驗(yàn)，對S3進(jìn)行控制變量法樁基浸水試驗(yàn)，各工況見圖2～圖4。具體方案如下：

(1)對S1做常規(guī)單樁豎向靜載試驗(yàn)[9]，載荷試驗(yàn)加載不必加載到極限荷載，只需加載至試樁設(shè)計(jì)承載力，因加載噸位較小采用堆載法加載，并參照規(guī)范[10]中有關(guān)規(guī)定，加載方式采用慢速維持荷載法；

(2)對S2先做常規(guī)下的浸水試驗(yàn)，等浸水結(jié)束后，再分級加壓至與S1相同的最大加載量，滲水池布設(shè)以樁中心為圓心分內(nèi)、中、外3圈布設(shè)，坑底部沿試樁周圍正交對稱布設(shè)A，B，C，D，4條測線，在每條測線上布置11個(gè)地表沉降標(biāo)觀測點(diǎn)，見圖5；

(3)將S3懸吊在鋼梁上，并在鋼梁支撐架下安裝測力計(jì)，向浸水坑內(nèi)注水，當(dāng)樁周土浸水濕陷后使樁土產(chǎn)生相對位移，通過公式換算，即可確定單位面積樁側(cè)負(fù)摩阻力。

圖2　樁基載荷試驗(yàn)Fig.2　Loading test of pile foundation

圖3　樁基浸水試驗(yàn)Fig.3　Immersion test of pile foundation

圖4　控制變量法樁基試驗(yàn)Fig.4　Test of pile by variable-controlled method

在試樁澆注完成后，對控制變量法試驗(yàn)操作流程做簡單的介紹：首先，砌筑浸水坑，挖取滲水孔，灌滿砂礫石，鋪設(shè)砂礫石墊層，并布設(shè)正交對稱地表沉降觀測標(biāo)點(diǎn)(如試樁S2)；其次，架設(shè)鋼梁，搭設(shè)遮光棚，用于降低日照溫差對鋼梁撓曲變形的影響；第三，安裝千斤頂設(shè)備，并為樁頂沉降施加約束，通過調(diào)節(jié)千斤頂裝置控制樁頂位移量，在樁頂架設(shè)百分表對樁頂位移進(jìn)行監(jiān)控；第四，浸水前用頻率計(jì)分別讀取鋼筋計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì)與壓力盒數(shù)據(jù)，同時(shí)對樁頂、地表沉降、鋼梁撓曲及鋼梁基礎(chǔ)標(biāo)高進(jìn)行觀測；第五，向浸水坑內(nèi)浸水，每天固定時(shí)間對各標(biāo)高進(jìn)行觀測，監(jiān)測頻率為1/2 h，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；第六，當(dāng)達(dá)到浸水停止標(biāo)準(zhǔn)即停止浸水，浸水停止后繼續(xù)觀測7～14 d，監(jiān)測頻率為1/2 h，至試驗(yàn)終止。并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

圖5　浸水池布設(shè)(單位：cm)Fig.5　Layout of immersion tanks(unit:cm)

3現(xiàn)場試驗(yàn)濕陷特性

3.1黃土非均勻濕陷特性

根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓縖11]，試驗(yàn)樁浸水時(shí)間從2011年11月1日至23日(歷時(shí)23 d)，浸水期共注水4 600 m3，并于同年12月6日對地表沉降停止觀測。對浸水坑內(nèi)布設(shè)的11根沉降標(biāo)每天進(jìn)行實(shí)測沉降監(jiān)測，觀測時(shí)間為15 d，現(xiàn)場黃土滲透試驗(yàn)各沉降標(biāo)觀測點(diǎn)的濕陷量隨時(shí)間的變化曲線見圖6。

圖6　各測點(diǎn)濕陷量變化曲線Fig.6　Collapse amount curves of different measuring points

由圖6可知：1號測點(diǎn)距浸水坑中心7.5 cm，其濕陷量達(dá)113.2 mm；2，3號測點(diǎn)距浸水坑中心100 cm，濕陷沉降分別為105.6，103.6 mm，可以看出浸水坑中心100 cm范圍內(nèi)已滲透飽和；4，5號濕陷量隨時(shí)間的變化基本一致，距浸水坑中心200 cm范圍以外，對稱兩點(diǎn)的變化有明顯差異；8，9號為對稱點(diǎn)距浸水坑中心260 cm，濕陷量分別為48.9，27.4 mm；10，11號為對稱點(diǎn)均距浸水坑中心300 cm，濕陷量分別為3.8，18.9 mm，變化均比較大，說明該區(qū)黃土具有非均勻濕陷性。

從圖6中還可看出，當(dāng)浸水15天后，位于浸水坑中心100 cm范圍內(nèi)的1～3號測點(diǎn)濕陷變形量比較大，均大于100 mm，而距離注水260 cm范圍外，濕陷變形均小于30 mm，差距非常明顯，這說明濕陷沉降量主要處于浸水時(shí)間內(nèi)，黃土浸水時(shí)主要發(fā)生豎向滲透，在水平方向擴(kuò)散的范圍較小?，F(xiàn)場和室內(nèi)黃土濕陷量對比可得：(1)水平方向，濕陷變形主要發(fā)生在注水過程中，在浸水坑中心沉降量最大，離浸水坑越遠(yuǎn)變形越小，說明黃土豎直方向大于水平方向的滲透性；在同一半徑范圍內(nèi)濕陷量也有所不同，反映了黃土自重濕陷性的不均勻性。(2)深度方向，沿深度有明顯的分層現(xiàn)象，由于在現(xiàn)場人工機(jī)械設(shè)備對地表面進(jìn)行壓實(shí)等影響，使得現(xiàn)場所獲得黃土濕陷量與室內(nèi)試驗(yàn)成果有一定的差別。

圖7是各沉降標(biāo)觀測點(diǎn)的濕陷變形速度變化圖，可以看出，在注水的前兩天濕陷速度都比較大，1～3號測點(diǎn)在注水的第1天濕陷速度超過20 mm/d。3天后，濕陷速度隨時(shí)間較緩慢在1 mm/d附近變化，4號、5號測點(diǎn)的最大濕陷速度分別為17.4，12.35 mm/d，9～11號測點(diǎn)的濕陷量都比較小，濕陷速度也偏小，約在2 mm/d左右。由此可得出，該區(qū)的黃土在浸水開始時(shí)就立即發(fā)生濕陷，變形速度也在剛浸水的前幾天達(dá)到峰值，而后逐漸趨于穩(wěn)定。離注水孔比較遠(yuǎn)的地表濕陷變形量很小，濕陷變形速度也很小，這表明黃土的滲透性具有各向異性的性質(zhì)，水平方向的滲透比較小，濕陷也比較小，浸水坑浸水對水平方向濕陷的影響遠(yuǎn)小于地表浸水對豎直方向濕陷的影響。

圖7　各測點(diǎn)的濕陷速度隨時(shí)間的變化曲線Fig.7　Collapsible speed curves of different measuring points varying with time

3.2樁周土濕陷沉降特性

根據(jù)各地表沉降標(biāo)點(diǎn)每天的實(shí)測沉降結(jié)果給出S2樁和S3樁在浸水期間地表濕陷沉降隨時(shí)間的變化和平均濕陷速率隨時(shí)間的變化曲線，見圖8～圖10。

圖8　S2和S3樁浸水區(qū)濕陷量變化Fig.8　Variation of collapse amount in immersion zone S2 and S3

圖9　地表濕陷隨時(shí)間的變化Fig.9　Curves of surface collapse amount varying with time

圖10　S2樁頂沉降曲線Fig.10　Curve of pile top settlement of pile S2

由圖8可知：浸水期間S2樁、S3樁的地表平均濕陷沉降量分別為83.20 mm和92.96 mm，據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63—2007)可確定該地區(qū)為自重濕陷性黃土，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相吻合。在開始浸水的4 d內(nèi)，S2樁和S3樁地表幾乎不發(fā)生濕陷，這表明地表濕陷變形出現(xiàn)的早晚與該場地自重濕陷黃土層的埋藏深度有關(guān)，由室內(nèi)試驗(yàn)測得的從地面深度3 m附近，該黃土的濕陷強(qiáng)度屬于輕微濕陷性，造成兩者差異的原因是由于試驗(yàn)過程中人、機(jī)械及其他外部荷載等對地面踩實(shí)造成的。

當(dāng)自重濕陷性黃土發(fā)生濕陷后，浸濕范圍逐漸向水平和豎向深度擴(kuò)展，總濕陷量增加，第6～18天，濕陷的變化趨勢隨著天數(shù)增加而增加，變化趨勢比較大；第19～22天，變化趨勢較緩慢，停水后23～35天，地表平均沉降又有所增加，且停水后的濕陷速率大于停水前最后幾天的濕陷速率，隨后變化很小直至穩(wěn)定，浸水終止后的下沉量占總下沉量的14.4%～17.1%。這說明試樁周圍濕陷性黃土釋水重新固結(jié)的影響，且釋水重新固結(jié)時(shí)間較短。從整個(gè)過程看出，試樁地表土體先出于自然狀態(tài)階段，經(jīng)過浸水后逐漸變成飽和階段，最后處于停水固結(jié)階段。

圖9中是浸水區(qū)距S2樁中心濕陷量隨著時(shí)間變化的三維圖，與圖8中的S2浸水中心的沉降變化規(guī)律一致，都是先緩慢增加再迅速增加的變化規(guī)律。在浸水停止時(shí)，試樁浸水中心處的沉降量達(dá)到105.4 mm，在停水后土體固結(jié)的某一時(shí)間段，土體又有所沉降，最大沉降量為125.0 mm。浸水中心處的沉降量最大，對于濕陷性黃土在浸水過程中，都是先從積水處向兩邊滲透，在浸水中心處的沉降量是最大的，在浸水邊緣沉降量最小，整個(gè)浸水區(qū)域呈馬鞍形的變化規(guī)律。

S2浸水期間樁頂沉降隨時(shí)間變化見圖10，可看出：在浸水初期，樁頂沉降變化較快，18天后樁頂沉降越來越慢且有穩(wěn)定趨勢；停止浸水后，樁身沉降變化幅度則先增加后減小最終趨于穩(wěn)定，這是由于樁周土釋水重新固結(jié)，且重新固結(jié)時(shí)間較短。S2樁頂沉降在浸水初期變化較快，說明樁周土稍有濕陷即對樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力，同時(shí)也反映在浸水初期樁側(cè)負(fù)摩阻力發(fā)展變化較快。

圖11是兩樁平均沉降率變化曲線，從圖中看出，兩樁的平均沉降速率變化趨勢基本一致，只是峰值出現(xiàn)的位置不同，S2樁在浸水后的第9天濕陷速率達(dá)到7.8 mm/d，S3樁在浸水后第6天，濕陷速率達(dá)到8.3 mm/d，導(dǎo)致這種現(xiàn)象是由于黃土的非均勻性濕陷造成的。

圖11　兩樁平均沉降速率隨時(shí)間的變化Fig.11　Curves of average sedimentation rate of 2 piles varying with time

由于樁周土體浸水濕陷的量影響因素較多，在已有單參數(shù)對數(shù)曲線模型[12-13]的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，對平均濕陷量與時(shí)間進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)樁周土體濕陷沉降量與時(shí)間關(guān)系呈雙參數(shù)對數(shù)曲線模型，其曲線模型為：

(1)

式中，α,β均為待定參數(shù)，將式(1)進(jìn)行變換，轉(zhuǎn)換成t的函數(shù)，即：

(2)

將生成的ln[(1-S(t)·Smax-1]～t曲線運(yùn)用正交擬合軟件進(jìn)行曲線擬合，得到關(guān)系列表(見表2)：取兩樁沉降量平均值，確定該區(qū)樁周土體濕陷沉降量與時(shí)間的關(guān)系：①浸水期：S(t)=Smax(1-0.738 1 e2.257 2t)； ②停水期：S(t)=Smax(1-0.744 4 e-1.551 4t)。

表2　不同階段對應(yīng)的S(t)-t關(guān)系式

4樁的承載力性狀

圖12分別是S1和S2樁浸水后的載荷試驗(yàn)Q～S曲線，圖中并未發(fā)現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，因此S1在浸水前后和S2浸水載荷試驗(yàn)期間均未達(dá)到極限破壞狀態(tài)，極限承載力均大于1 800 kN。自然狀態(tài)下，S1在整個(gè)加載過程中，沉降隨荷載的增加呈線性變化，未出現(xiàn)明顯的反彎點(diǎn)，當(dāng)荷載達(dá)到1 800 kN時(shí)，沉降量為8.85 mm。從圖中很難確定出天然狀態(tài)下的樁基極限承載力，說明該單樁豎向極限承載力大于1 800 kN。浸水前、后兩樁均未達(dá)到極限破壞，S1和S2兩樁浸水在最大荷載下的沉降分別為16.14 mm和15.60 mm，在同荷載下浸水后比自然狀態(tài)下S1樁的總變形增加約80%，由此可推斷浸水后樁的極限承載力有所降低，但不論是樁基先浸水還是后浸水，對樁基承載力和樁基變形的測試結(jié)果影響不大。

圖12　樁基試驗(yàn)Q-S曲線Fig.12　Q-S curves of pile foundation test

在實(shí)際工程中，濕陷性黃土地區(qū)的樁頂荷載與沉降的變化關(guān)系不僅與是否浸水和土層參數(shù)相關(guān)，還受樁徑、樁長、樁型等參數(shù)的影響，本文基于該類型的工程樁基，對樁頂荷載和位移試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)兩者符合指數(shù)函數(shù)，從而確定該黃土地區(qū)樁基在天然狀態(tài)、先加載后浸水、先浸水后加載3種情況下對應(yīng)的樁頂荷載與沉降關(guān)系函數(shù)：

(3)

5浸水狀態(tài)樁基荷載傳遞特征

5.1樁身軸力與浸水時(shí)間關(guān)系

S2與S3樁浸水期間樁身軸力隨時(shí)間的變化見圖13。由圖得出：兩種工況下樁端阻力在整個(gè)浸水過程中幾乎均為零，即整個(gè)浸水過程并未對樁端阻力產(chǎn)生影響，這是由于滲水孔不夠深使浸水引起的負(fù)摩阻力未對樁端產(chǎn)生影響。不同之處是，S3樁在浸水初期樁身軸力為負(fù)值，這是由于該樁固定在鋼梁上，受到鋼梁的向上拉應(yīng)力，在樁身上部的軸力表現(xiàn)為負(fù)值，土體沉降量隨著浸水量增加而增加，對樁側(cè)附著的負(fù)摩阻力也增大，所以在樁頂位置樁身軸力絕對值也變大。

圖13　樁身軸力的分布曲線Fig.13　Curves of axial force distribution of test piles

5.2側(cè)摩阻力與浸水時(shí)間關(guān)系

依據(jù)樁身軸力與摩阻力的換算關(guān)系，確定S2與S3樁浸水期間樁身摩阻力隨時(shí)間的變化見圖14。

圖14　樁側(cè)摩阻力的變化曲線Fig.14　Curves of side friction resistance of piles

從圖中看出：兩樁側(cè)負(fù)摩阻力均隨浸水時(shí)間的增加逐步增大，控制變量法樁基浸水試驗(yàn)不僅要比常規(guī)狀態(tài)下浸水試驗(yàn)產(chǎn)生更大的樁身負(fù)摩阻力，而且其發(fā)展變化也較快，同時(shí)中性點(diǎn)深度也較深。在浸水初期，樁側(cè)負(fù)摩阻力增加幅度較大，不同浸水期間樁側(cè)負(fù)摩阻力的間距變化較大，隨著浸水量的增加，負(fù)摩阻力增幅減小，隨后接近于穩(wěn)定；停止浸水后，樁身負(fù)摩阻力又有比較大的發(fā)展變化，其后變化很小，很快趨于穩(wěn)定，這是由于樁周濕陷性黃土釋水重新固結(jié)的影響，且釋水重新固結(jié)時(shí)間較短。中性點(diǎn)以下樁身正摩阻力與樁身負(fù)摩阻力的變化趨勢一致。

從浸水期間的S2和S3樁側(cè)摩阻力變化曲線中看出：S2樁側(cè)負(fù)摩阻力最大值為17.5～28.8 kPa，S3樁側(cè)負(fù)摩阻力最大值為41.5～76.5 kPa。從兩樁相同浸水時(shí)間的樁側(cè)負(fù)摩阻力最大值來看，用控制變量法試驗(yàn)測得的最大負(fù)摩阻力遠(yuǎn)大于常規(guī)的樁基浸水試驗(yàn)測得的最大負(fù)摩阻力。兩種方法均能測得樁側(cè)負(fù)摩阻力，僅取決于樁頂位移是否受限制，結(jié)合實(shí)際工程，考慮到實(shí)際情況及工程費(fèi)用和時(shí)間等因素。從兩種方法確定的樁基負(fù)摩阻力的數(shù)據(jù)來看，可以得出用控制變量法試驗(yàn)測樁側(cè)負(fù)摩阻力能夠減少資金，縮短工期，是一種比較合理科學(xué)的解決方法。

6中性點(diǎn)位置的確定

中性點(diǎn)的位置是樁側(cè)負(fù)摩阻力為零或樁土相對位移為零位置處，從S2和S3樁浸水過程的樁側(cè)摩阻力變化趨勢中可以看出，兩樁負(fù)摩阻力最大值均在4.8～6.4 m范圍內(nèi)，中性點(diǎn)的位置分別位于11.3～12.0 m和11.9～13.2 m，位于樁長的0.57～0.66位置范圍內(nèi)。其中《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)規(guī)范中提到的對于粉土、黏性土的中性點(diǎn)的位置可取0.6，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場試驗(yàn)測得的中性點(diǎn)的位置與規(guī)范方法算得的中性點(diǎn)位置誤差相差不大，平均誤差控制在10%范圍內(nèi)，這說明可以對規(guī)范值進(jìn)行修正，修正系數(shù)為k取0.1。因此，可確定對于該類似黃土非均勻濕陷條件下的橋梁樁基，中性點(diǎn)的位置約為0.62l，其中l(wèi)為樁長。

7結(jié)論

(1)用現(xiàn)場樁基浸水載荷試驗(yàn)和控制變量法試驗(yàn)分析了樁側(cè)摩阻力隨浸水時(shí)間的變化關(guān)系，兩者的區(qū)別取決于實(shí)際工程中樁頂位移是否受限制，結(jié)合實(shí)際工程，對兩種不同方法的實(shí)測數(shù)據(jù)對比，得出用控制變量法能夠有效地減少資金，縮短工期，是一種比較合理、科學(xué)的確定樁基負(fù)摩阻力的方法。

(2)采用數(shù)據(jù)處理軟件對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，建立浸水和停水期地表沉降和時(shí)間的對數(shù)曲線模型，提出了樁周土濕陷量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式：ln[1-S(t)·Smax-1]=ln(α)-βt。

(3)相同荷載下，浸水后樁基沉降總變形大于常規(guī)狀態(tài)下80%左右，無論是先濕還是后濕，對樁基承載力影響不明顯，得出在該類似條件下，Q和s符合指數(shù)函數(shù)式Q=Ae-sα-1+B，并提出了先浸水、后浸水與天然狀態(tài)下樁基承載力的函數(shù)關(guān)系。實(shí)際工程中，樁土的作用機(jī)理非常復(fù)雜，由于條件受限，此結(jié)論還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

(4)根據(jù)樁側(cè)摩阻力的變化曲線，確定浸水期間兩試樁中性點(diǎn)的位置位于樁身11.3～13.2 m，并與規(guī)范值對比，得到該類似黃土區(qū)非均勻濕陷條件下樁基中性點(diǎn)位置為0.62l。

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Experimental Study on Mechanical Property of Pile Foundation in Loess Area under Condition of Non-uniform Collapsibility

DONG Xiao-ming1, GAO Shi-zhao1，SONG Jun1, ZHANG Yu-wei2, LI Jin3

(1.School of Civil Engineering, Ludong University, Yantai Shandong 264025, China;2. School of Highway, Chang’an University, Xi’an Shaanxi 710064, China;3. School of Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan Shandong 250023, China)

Abstract：Based on the mechanism of loess non-uniform collapsibility and the load characteristics of pure friction piles, the conventional water immersion test and the pile foundation test by the method of variables-controlled are carried out, and the characteristics of negative friction resistance for the bridge pile foundation under the condition of non-uniform collapsibility are analyzed combining with practical engineering. On the basis of the existing single parameter logarithmic curve model and the measured data, a double-parameter logarithm curve model that indicates the relationship between collapse amount and time of soil around pile during and after water immersion is proposed. By achieving the curves of pile top load changing with settlement in collapsible loess area, the load characteristics of pile foundation under conditions of nature, water immersion before and after loading are ascertained, and the action of pile side friction during water immersion is explored. The result shows that the neutral point of bridge pile foundation locates in the range of 0.62 times of the pile length in the non-uniform collapsibility loess areas, and the research of the load characteristics of pile foundation negative friction resistance by means of the variable-controlled method is more economic and reasonable than using the conventional water immersion method.

Key words：road engineering; pile foundation；variable-controlled method; negative friction; collapsible loess; field test

收稿日期：2015-01-20

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51108255)；山西省交通建設(shè)科技項(xiàng)目(201036000Z08D406)；魯東大學(xué)引進(jìn)人才啟動基金項(xiàng)目(LY2014028)

作者簡介：董曉明(1982-)，女，山東煙臺人，博士.(dongxiaoming01@163.com)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.06.006

中圖分類號：U443.15

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-0268(2016)06-0032-08