沿海工程中樁基水平向承載力可靠指標(biāo)的影響因素分析

洪群芳，鐘 操

（浙江四維水利設(shè)計有限公司，浙江 溫州 325011）

沿海地質(zhì)構(gòu)成較為復(fù)雜，軟土地層是主要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。此種類型的地質(zhì)具有以下特點(diǎn)。如滲透系數(shù)不高，在高壓縮性情況下，天然抗剪強(qiáng)度不高，此外有較高的含水量孔隙比較大。該類型的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要分布在沿海地帶，正是由于此種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，給沿海工程樁基礎(chǔ)設(shè)計施工帶來一定影響。本文主要從沿海地質(zhì)結(jié)構(gòu)和分灌注樁、預(yù)制樁等施工環(huán)節(jié)上對影響樁基水平向承載力進(jìn)行分析。

1 沿海地質(zhì)樁基水平承載力計算

P-y曲線（見圖1）是樁基水平承載力的計算模型，該曲線的得出經(jīng)過了反復(fù)的模型實(shí)驗(yàn)，以及對P-y曲線不斷的調(diào)整、外延。P-y曲線適用于海洋工程項(xiàng)目中大直徑長樁的計量。水平向荷載的設(shè)計計算是樁基礎(chǔ)抵抗力主要的來源，樁基礎(chǔ)在設(shè)計過程中需要具備承受靜和側(cè)向循環(huán)荷載的要求，其中樁基礎(chǔ)在設(shè)計過程中的最大影響因素為地面附近的側(cè)向抗力。針對此種問題，樁基礎(chǔ)水平承載力在計算過程中需要將樁安裝作業(yè)中由于擾動和沖刷對土抗力產(chǎn)生的影響充分考慮進(jìn)去，以此獲得沿海地質(zhì)樁基水平承載力的計算方法。

P-y曲線初始計算方程：

由以上兩式導(dǎo)出公式:

式中:χ為斜樁極限抗力的比值；α為斜樁傾斜角；S（a，z）為深渡z處的面積；β0為深渡z處的β值。

圖1 x向樁身水平位移分布曲線圖

1.1 硬粘土水平承載力

硬粘土水平承載力與側(cè)向靜荷載不同，Pmc在8C～12C之間遵循硬粘土（C＞96 kPa）的極限承載力特點(diǎn)，在設(shè)計周期性荷載力時需要將極限靜抗力降低，原因在于在硬粘土的水平承載力的周期性荷載作用下強(qiáng)度迅速降低。其中硬粘土與軟黏土的相同點(diǎn)在于，硬粘土也具有非線性的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系，但是與軟黏土不同的是硬粘土的脆性較大。因此針對此種特點(diǎn)需要在建立硬粘土的應(yīng)力應(yīng)變曲線和P-y曲線時，迅速而又準(zhǔn)確的判斷大變形情況下承載力的迅速減小情況。

1.2 軟黏土水平承載力

Pmc在8C～12C之之間變化是軟黏土的極限水平承載力的變化特點(diǎn)。水平靜荷載力淺層土受到上覆土的影響，導(dǎo)致淺層土壓力較小。水平承載力會在循環(huán)荷載力作用下下降，并比靜荷載下的數(shù)值要低。因此目前在軟黏土水平承載力計算準(zhǔn)則缺失前，可以采用以下的方式進(jìn)行計算。比如，X自0增加到XR時，可以采用以下公式從3C增加到9C：Pmc=3C+rX+JCX/D；當(dāng)X大于XR時，可以采用公式Pmc=9C（X≥XR）。其中以上公式中Pmc為極限抗力，單位為kPa；未受擾動的黏土土樣的不排水康健強(qiáng)度為C，單位為kPa；樁直徑為D，單位為mm；土的單位有效質(zhì)量為r，單位為kg/m3；依靠現(xiàn)場試驗(yàn)確定的出J，并且J的變化范圍在0.25～0.5之間，屬于無量綱經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；泥面以下深度為X，單位為mm；泥面以下到土抗力減小區(qū)底部深度為XR，單位為mm。

1.3 砂土水平承載力

砂土的水平承載力的計算，當(dāng)給定深度一定時，可以采用下式計算：

式中: 極限抗力為 Pmc，N/m；rt為有效土重量，N/m3；X 為深度，mm；C1、C2、C3為系數(shù)；D為從泥面到給定深度的平均樁直徑，mm。

2 沿海地質(zhì)樁基水平承載力的影響因素

2.1 施工擾動軟土觸變對樁基水平承載力的影響

沿海工程樁基成孔施工時，會將原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，在土層受到強(qiáng)大力量擠壓下，會促使孔壁土體內(nèi)空隙水壓力在短時間內(nèi)上升，有效應(yīng)力相對減小，樁周和樁端強(qiáng)度也極大下降，此時樁基承載力達(dá)到最低。但是伴隨時間的延長，地基情況會有所好轉(zhuǎn)。當(dāng)土強(qiáng)度恢復(fù)成樁后，樁基承載力也會逐漸上升。但是針對影響樁基承載力因素較多的問題，目前沿海工程施工中不能準(zhǔn)確計量出承載力的增大數(shù)值。在實(shí)際測量中常以樁靜荷載試驗(yàn)做參考。沿海工程中對群樁有較大影響的是施工擾動。沉樁帶來的擠土效應(yīng)會在群樁影響下，程度不斷加強(qiáng)，由此對土層造成的擾動作用會更大，可能出現(xiàn)（1）樁基強(qiáng)度伴隨時間的流逝，呈現(xiàn)強(qiáng)度不斷增加的趨勢；（2）固結(jié)過程中的土體，逐漸形成一層硬殼，該層硬殼緊密與樁基表面貼合，由此增加了樁基承載表面積，在土體密度不斷增加的基礎(chǔ)下，促使樁基承載力較之前有了顯著提高，乃至超過原始樁基承載力強(qiáng)度[1]。再者，影響樁基水平承載力的另一種因素為在擠土施工過程中，施工區(qū)域會發(fā)生地表隆起的問題，促使樁和樁周土體也出現(xiàn)不同程度的位移，給樁基和周圍建筑帶來不好的影響，影響樁基水平承載力，造成水平承載力急劇下降，或者廢樁問題，會對施工帶來較大影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此針對以上存在的問題需要制定防治對策，設(shè)計方面可以采用非擠土樁，盡可能增加樁基水平承載力。

2.2 液化土層對樁基水平承載力的影響

樁基施工中遇到液化土層時，會使液化土層樁段的側(cè)阻力極大降低，造成樁基不穩(wěn)定的問題。針對以上問題需要在樁基設(shè)計時，嚴(yán)格規(guī)劃設(shè)計圖紙，采取有效措施降低液化土層對樁基水平承載力帶來的不良影響。其中液化土層影響樁基水平承載力可以從兩方面分析：（1）液化層液化后再次固結(jié)對樁產(chǎn)生的負(fù)摩擦力；（2）液化層側(cè)阻力取值為零時對樁基水平承載力的影響。

2.3 淤泥土層對樁基水平承載力的影響

當(dāng)施工場地淺層為淤泥地質(zhì)時，可以在施工過程中將基坑開挖以及維護(hù)方案考慮進(jìn)去，這樣的設(shè)計原則可以減少對樁基承載力的影響。比如施工設(shè)計中需要采取針對性的措施，對樁基進(jìn)行合理布置，可以將鋼筋籠長度適當(dāng)延長，并將樁的配筋率適當(dāng)提升等等，這樣具體化的施工操作可以避免因?yàn)闄C(jī)械開挖對樁頭產(chǎn)生影響造成基坑周圍土坍塌等問題，從而影響樁基水平承載力[2]。

3 結(jié)語

沿海地區(qū)在進(jìn)行樁基工程設(shè)計時，需要針對本地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，嚴(yán)格按照建筑樁基設(shè)計規(guī)范進(jìn)行，充分利用本地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)樁基施工的有利條件，并嚴(yán)格按照灌注樁、預(yù)制樁等施工要求進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上，不斷促進(jìn)沿海樁基建設(shè)工程技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高樁基水平向承載力。