关于深厚填土产生的负摩阻力引起基础不均匀沉降问题的探讨论文_侯超虎

煤炭工业合肥设计研究院 安徽合肥 230001

摘要:负摩阻力是桩基问题中常见但尚未解决的问题,本文在前人理论及实践研究成果的基础上,结合工程实例,对负摩阻力引起基础沉降、倾斜以及开裂的各种原因进行了探讨,具有一定的工程实践意义。

关键词:深厚填土;负摩阻力;不均匀沉降

1、引言

负摩阻力一直以来是桩基工程中较为常见且尚未解决的问题,更是一个复杂的问题。针对这一典型的岩土工程问题,国内外学者做了大量的研究工作。

最初,Terzaghi和Peck【1】针对荷兰沿海地区一些采用桩基础的建筑物沉降问题进行了调查,并做了相关的研究,发现桩侧土的沉降值大于桩基沉降值,基桩实际应用中承受的荷载要大于设计荷载,由此在1948年首次提出了桩基“负摩阻力”的概念。Fellunius(1972、2006年)通过试验研究,认为基桩的作用是将荷载从基础上部结构传至深层土层,由于浅层土体往往较为疏松,而深层土体的力学性质相对较好,在这种情况下负摩阻力的存在是桩基工程中的一个普遍现象;Walker和Darvall(1973年)的试验表明,由于单桩周围3m高的地面堆载在地面产生的35mm沉降足以使负摩阻力发展到地下18m的位置【2】。Endo等(1969年)通过试验说明,松散土层或软弱土层的后期固结沉降也会产生负摩阻力,并且随着沉降的增加,中的中性点位置不断下移,负摩阻区也在不断扩大。国内专家徐兵【3】等,现场试验;中国地震局孙军杰认为,沉降的桩周土体某一深度以上土体的质量和该深度桩周土体相对于桩的有效沉降,是影响负摩阻力的两个主导因素,桩周土体的沉降速度,只对负摩阻力的衍生过程的节奏构成影响,而不会影响负摩阻力所能达到的极限值【4】。

以上研究说明,无论是深厚填土,还是湿陷性黄土,抑或是软土等,引起负摩阻力主要因素是桩身周围的土层性能。随着时间的推移,或者在水作用下,其发展机理均可归结为桩周土体的压密固结。当桩周土层固结下沉量大于桩身下沉量时,就会对桩身产生向下的摩阻力,这种摩阻力对于桩基而言是一种主动作用力,方向相反与常规桩侧摩阻力。

本文主要引用某一工程案例,针对深厚填土层引起桩侧负摩阻力、进而产生下拉荷载造成工程事故这一典型的岩土工程问题进行探讨。

2、工程案例

2.1 工程地质条件

①杂填土:黄色~灰黄色,主要为粉土组成的素填土,含少量植物根;局部为杂填土,呈稍湿,松散状态,含粉土、砂岩、碎石,园砾等;沟底为冲填土,含粉土、粉砂、碎石等。

②层全风化砾岩(K):黄绿色~灰绿色,未胶结,稍密~中密状态。砾石直径1-8cm,场地内广泛分布。

③层全风化砂岩(K):紫红色~灰黄色,中密~密实状态。稍湿,细粒结构,层状构造,泥质胶结,胶结较差,手锤易碎。含砾岩夹层。矿物成分以石英、长石为主。具有遇水软化,崩解,开挖后具有进一步风化的特点。

图1 工程地质剖面图

根据勘察资料分析,该建筑所在原始位置为冲沟,钻孔最大揭露填土厚度约15.1米。

2.2 基础设计方案

该建筑为三层工业厂房44*28,采用钻孔灌注桩基础,旋挖机械成孔,桩低标高1425.17m,桩长20m,桩径600mm。桩的极限端阻力标准值qpk=1600 kPa,填土极限侧阻力标准值qsik=22 kPa,全风化砾岩极限侧阻力标准值qsik=60 kPa,全风化砂岩极限侧阻力标准值qsik=60 kPa,设计单桩极限承载力1600KN,单桩承载力特征值800KN,基桩检测值820KN,满足设计要求。基桩布置图如下:

表5 桩位轴线处观测沉降曲线图

3、小结

深厚填土、湿陷性填土、欠固结土以及液化土层等场地,是产生负摩阻力的内因;另外,工程场地长期堆载、地下水位下降等外因均会引起负摩阻力作用。轻则引起桩基产生不均匀沉降、倾斜、地面沉陷、以及房屋墙体开裂等,重则引发严重的工程事故,造成重大灾难。通过以上工程案例,对深厚填土产生不均匀沉降原因分析如下:

(1)工程地质原因

①该建设工地原始地貌为较大冲沟,为半填半挖不均匀地基;

②回填土主要以风化砂岩为主,含粉土、夹砾石,砾石直径不等,约2-8cm,该风化砂岩遇水易软化崩解。

(2)施工原因

①回填土没有分层压实。

②施工单位采用的是旋挖钻施工工艺,场地无地下水,干钻成孔,没有洗孔和清孔,沉渣厚;

③下钢筋笼过程中带下侧壁泥土掉入孔底(夹泥多)

(3)设计原因

设计单位没有充分考虑15米深厚填土负摩阻产生的下拉荷载的影响。

参考文献:

[1]Fellenius B H. Unified desige of piled foundations with emphasis on settlement analysis[C]//Geo-TRANS Conference on Current Practice and Future Trends in Deep Foundations. Los Angeles:ASCE Geotechnical Special Publication,2004:253-275.

[2]王朝霞,石海岭.基桩负摩阻力基本特性及预防措施【J】施工技术,2010,6:第39卷增刊

[3]徐兵,曹国富.部分桩身在回填土中的钻孔灌注桩负摩阻力试验研究【J】.岩土工程学报,2006,28(1):56-58.

[4]孙军杰,王兰民.桩基负摩阻力研究中几个基本理论问题的探讨【J】.岩石力学与工程学报,2006,25(1):

论文作者:侯超虎

论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期

论文发表时间:2019/4/1

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