濕陷性黃土特性對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的影響

濕陷性黃土特性對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的影響王勇【摘要】Inlightofcollapsiblelooseengineeringcharacteristics,thepaperanalyzesitsimpactuponpileloadtransmittinglaw,exploresthemechanicalpropertiesofbridgepilefoundationbeforeandaftersoakinginlooseregion,summarizespilefoundationdesignmattersinloosestratum,andputsforwardtechnologicalmeasuresofdemolishingnegativefriction,soastoavoidengineeringdamageowningtocollapsibleloose.%針對(duì)濕陷性黃土的工程特性，分析了其對(duì)樁荷載傳遞規(guī)律的影響，并探討了黃土地區(qū)橋梁樁基浸水前后的受力特性，總結(jié)了黃土地層中樁基設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題，提出了消除負(fù)摩阻力的技術(shù)措施，避免濕陷性黃土給工程造成破壞?！酒诳Q(chēng)】《山西建筑》【年(卷)，期】2014(000)034【總頁(yè)數(shù)】2頁(yè)(P172-173)【關(guān)鍵詞】濕陷性黃土;橋梁;樁基;特性【作者】王勇【作者單位】山西省朔州高速公路有限責(zé)任公司，山西朔州036000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】U443.1黃土是以粉土顆粒為主的沉積堆積物，顆粒大小介于粘土與細(xì)砂之間。黃土中富含碳酸鹽，具有目視可見(jiàn)的柱狀節(jié)理和大孔隙，其天然含水量小，顏色呈黃色或褐黃色（見(jiàn)圖1）。黃土具有獨(dú)特的沉陷性，即受水浸濕后，失去本身的固結(jié)性能，黃土結(jié)構(gòu)迅速破壞產(chǎn)生顯著的下沉。根據(jù)壓力的不同，可分為自重濕陷和非自重濕陷。黃土層浸水后，土的自重發(fā)生濕陷稱(chēng)之為自重濕陷，而土的自重及附加壓力共同作用導(dǎo)致的濕陷稱(chēng)為非自重濕陷。我國(guó)是世界上濕陷性黃土分布較廣的地區(qū)之一。在我?。ㄉ轿鳎?，汾河流域和晉東南是濕陷性黃土的主要分布區(qū)域，如表1所示。據(jù)資料顯示，山西省已建高速公路里程的40%均為濕陷性黃土路基。根據(jù)我省高速公路建設(shè)規(guī)劃，很多高速公路都通過(guò)濕陷性黃土地區(qū)，如2012年8月通車(chē)的臨吉高速（臨汾至吉縣）、2012年12月通車(chē)的忻保高速（忻州至保德），計(jì)劃2016年6月通車(chē)的長(zhǎng)臨高速（長(zhǎng)治至臨汾）等。因此，在橋梁的建設(shè)工程中，了解黃土特性，避免黃土的濕陷性給工程造成損失以及破壞是非常重要的。黃土的濕陷特性，往往是局部和突然發(fā)生，且不均勻，對(duì)建筑物破壞性大，危害嚴(yán)重，是引起構(gòu)造物破壞的主要因素。因此，在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行橋梁建設(shè)，對(duì)地基進(jìn)行處理，做好樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量控制，是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。在黃土地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基礎(chǔ)施工，從樁基設(shè)計(jì)的角度看，濕陷性黃土具有以下特點(diǎn):1）大孔隙。濕陷性黃土的孔隙比一般在1.0左右，甚至更大。2）±體的承載力受含水率變化的影響顯著。濕陷性黃土在天然含水量狀態(tài)下，承載力一般高于100kPa，甚至高于200kPa。而浸水后，承載力小于100kPa，甚至小于50kPa,可以看出，浸水后的黃土地基承載力大大降低。3）水對(duì)黃土結(jié)構(gòu)的影響很大。不同濕度的黃土，如干黃土、濕黃土與飽和黃土，動(dòng)力性質(zhì)具有顯著差別。4）振陷與濕陷。當(dāng)黃土受到振動(dòng)和水的浸潤(rùn)作用后，導(dǎo)致黃土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生的附加沉陷。5）負(fù)摩阻力。濕陷性黃土地基浸水后，其沉降變形大于樁身的沉降變形時(shí)，樁體正摩擦力完全消失，產(chǎn)生負(fù)摩阻力會(huì)進(jìn)一步加大樁基沉降（見(jiàn)圖2）。黃土地區(qū)的橋梁樁基，由于受到黃土濕陷性影響，其沉降變形大于樁身的沉降變形時(shí)，樁側(cè)將出現(xiàn)向下作用的負(fù)摩阻力。產(chǎn)生的負(fù)摩阻力會(huì)將樁側(cè)土體的部分重力傳遞給樁。在此情況下，負(fù)摩阻力不僅不能成為樁承載力的一部分，還會(huì)成為給樁施加壓力的夕卜荷載。在黃土地區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，產(chǎn)生的負(fù)摩阻力會(huì)增大樁的夕卜荷載，相對(duì)降低樁的承載力，樁基沉降加大。在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行橋梁施工時(shí)，樁基礎(chǔ)浸水后出現(xiàn)沉陷，濕陷過(guò)大的沉降會(huì)造成負(fù)摩阻力的產(chǎn)生，由樁端土體承受負(fù)摩阻力。這會(huì)使得增大樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，增大施工難度，顯著降低工程效益。1） 樁浸水前后的承載力對(duì)比。工程實(shí)踐表明，樁浸水前的極限承載力要顯著大于浸水后的極限承載力。在荷載相同的情況下，樁浸水前的沉降量要比浸水后的沉降量小很多。實(shí)驗(yàn)表明，由于浸水導(dǎo)致的黃土濕陷，會(huì)使得其抗剪強(qiáng)度大大降低，從而造成樁的承載力顯著降低。2） 樁身軸力及樁端阻力浸水前后發(fā)揮的對(duì)比。在濕陷性黃土地區(qū)施工時(shí)，樁周浸水前和浸水后的軸力分布差異較大。大量的工程實(shí)踐表明，由于樁周土體浸水發(fā)生濕陷，導(dǎo)致負(fù)摩阻力產(chǎn)生。在荷載作用下，黃土地基未浸水時(shí)，樁身軸力隨入土深度的增加而減小，大部分荷載由樁側(cè)土體承受，樁端承受的荷載很小。當(dāng)黃土地基浸水后，由于負(fù)摩阻力的存在，正摩阻力消失，樁身軸力隨著入土深度的增加而增加，從而導(dǎo)致樁的沉降加大。3） 樁的側(cè)阻力浸水前后發(fā)揮的對(duì)比。大量的工程實(shí)踐表明，黃土地基未浸水時(shí)，樁的側(cè)阻力均為正摩阻力。隨著載荷的增加，樁側(cè)阻力逐漸增大至極限值。黃土地基浸水后，樁的側(cè)阻力部分出現(xiàn)負(fù)摩阻力，導(dǎo)致樁的沉降量增大?？梢钥闯?，由于負(fù)摩阻力的影響，樁浸水前樁側(cè)達(dá)到極限摩阻力的土層深度比浸水后的淺很多。4） 樁浸水沉降變形特性對(duì)比。樁在浸水后，樁的沉降變形量與樁周土體的浸水特性一致，但樁頂?shù)某两盗勘葮吨芡烈〉枚?。在工程建設(shè)中，黃土地及總濕陷量越大，對(duì)橋梁樁基等建筑物的危害越大，相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工和處理措施要求也相應(yīng)地越高。在黃土地層進(jìn)行橋梁樁基建設(shè)時(shí)，黃土特有的濕陷特性會(huì)造成樁基設(shè)計(jì)與應(yīng)用受到很大的限制。在樁設(shè)計(jì)中，一般通過(guò)增加樁長(zhǎng)，使樁端位于非濕陷性黃土層上來(lái)消除黃土濕陷性的影響。在我國(guó)現(xiàn)行公路橋梁規(guī)范技術(shù)規(guī)范中，對(duì)在黃土地區(qū)進(jìn)行樁基施工時(shí)采用的設(shè)計(jì)參數(shù)存在著不合理的問(wèn)題，造成樁埋深過(guò)大或過(guò)小。這些增加了樁的施工難度和工程造價(jià)，甚至導(dǎo)致工程隱患。結(jié)合濕陷性黃土的工程特性，對(duì)黃土地層中樁基的設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題如下：1） 樁型選擇。在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行橋梁建設(shè)，對(duì)上部結(jié)構(gòu)荷載大或地基浸水可能性大時(shí)，一般采用樁基礎(chǔ)。將一定長(zhǎng)度的樁穿透濕陷性黃土層，將荷載通過(guò)樁端傳到非濕陷性土層。即使地基受水浸濕，也可以避免濕陷的危害。按施工方法分，在濕陷性黃土地區(qū)可采用的有沉樁、灌注樁、管樁基礎(chǔ)、鉆埋空心樁及爆擴(kuò)樁等。2） 負(fù)摩阻力。設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)摩阻力驗(yàn)算樁基的承載力和沉降。在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，按照技術(shù)規(guī)范，對(duì)于自重濕陷性黃土場(chǎng)地的單樁承載力，除了不計(jì)濕陷性土層范圍內(nèi)的樁周正摩阻力外，還應(yīng)扣除樁側(cè)的負(fù)摩阻力，同時(shí)規(guī)定樁側(cè)負(fù)摩阻力的計(jì)算深度，應(yīng)自樁的承臺(tái)底面算起，到其下非濕陷性黃土土層頂面為止。3） 針對(duì)黃土的濕陷特征，并結(jié)合具體工程情況，在設(shè)計(jì)中采取一些工程措施。如為改善結(jié)構(gòu)物對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性，對(duì)地基進(jìn)行預(yù)處理，防水與排水以及采取結(jié)構(gòu)措施等。4） 設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意沉降控制。在工程設(shè)計(jì)中，通過(guò)分析計(jì)算，做到樁基的沉降和不均勻沉降實(shí)現(xiàn)可控。同時(shí)還需注意，由于黃土的振陷，承臺(tái)底面與土之間可能脫空，導(dǎo)致樁在承臺(tái)底面以下一段范圍內(nèi)發(fā)生水平斷裂。5） 單樁承載力的確定。在確定單樁豎向承載力時(shí)，通常有三種方法，一是將負(fù)摩阻力作為負(fù)的承載力；二是將負(fù)摩阻力作為一種不利因素，以原有的安全儲(chǔ)備補(bǔ)償；三是將負(fù)摩阻力作為附加荷載。第三種方法在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣。在黃土地區(qū)，負(fù)摩阻力是影響樁基承載力的重要因素。在工程設(shè)計(jì)中，通常采用以下措施來(lái)減少負(fù)摩阻力：1） 在樁基外設(shè)保護(hù)樁（隔離樁）。防止基礎(chǔ)夕卜填土或堆載弓I起的負(fù)摩阻力，保護(hù)樁承擔(dān)全部負(fù)摩阻力與填土的側(cè)向推力。2） 涂層法。在樁表面涂瀝青、樹(shù)脂、再生橡膠等物，減少負(fù)摩阻力。3） 預(yù)鉆孔法。在插入樁前先鉆孔，直徑比樁徑稍大，深度達(dá)到中性點(diǎn)。中性點(diǎn)以下則不用預(yù)鉆孔，而是打入或者其他常規(guī)方法設(shè)樁以保持樁的正摩阻力。4） 塑料膜滑動(dòng)隔離法。用雙層筒形塑料薄膜預(yù)先置于中性點(diǎn)以上的鉆孔內(nèi)，然后在薄膜內(nèi)澆筑混凝土。5） 套筒法。在樁外設(shè)置與樁身不相連的套筒，由套管來(lái)承擔(dān)負(fù)摩阻力。6） 地基浸水法。使地基先浸水，增加孔隙壓力,降低樁側(cè)負(fù)摩阻力。7） 地基加固法。在鉆孔灌注樁施工之前，先對(duì)一定范圍內(nèi)的