重視管樁的負摩阻力問(wèn)題
楊光華
(廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東省巖土工程技術(shù)研究中心)
摘要:本文分析了管樁基礎在負摩阻力作用的受力和沉降機理,認為管樁基礎在負摩阻力作用下的沉降是一種工后沉降,管樁通常是一種非端承承載樁,在荷載作用下有一定的沉降,其在負摩阻力作用下的沉降要大于相同的上部結構荷載下的沉降,容易引起對上部結構的不利影響,這一現象尚未為工程師所足夠的重視,稍一不慎會(huì )留下工程安全隱患。
1 前言
最近遇到一些在軟土場(chǎng)地中存在負摩阻力的管樁基礎問(wèn)題,問(wèn)題嚴重的造成結構裂縫,拆除重新基礎加固,輕微的則多年后出現墻體裂縫。因此,有必要引起人們對管樁負摩阻力問(wèn)題的重視。
2 軟土地基中樁基的負摩阻力問(wèn)題
如圖1所示,通常在軟土場(chǎng)地上存在新填土層,軟土在填土荷載作用下存在固結沉降,從而使中性點(diǎn)以上的土體沉降大于樁的沉降而對樁產(chǎn)生向下的負摩阻力,如圖2所示。
圖1 樁基示意圖
圖2 樁基負摩阻力示意圖
這樣,在有負摩阻力作用下,樁的受力平衡方程為
(1)
—為上部結構作用在樁頂的荷載
—為中性點(diǎn)以上土體產(chǎn)生的負摩阻力
—為中性點(diǎn)以下土體產(chǎn)生的正摩阻力
—為樁底端土產(chǎn)生的抗力
而通常對樁進(jìn)行靜載荷試驗時(shí),樁的受力平衡狀態(tài)如圖3所示,此時(shí)樁的受力平衡方程為
(2)
—為靜載試驗時(shí)樁底端土的抗力
由(1)、(2)式可見(jiàn),在樁頂相同荷載N時(shí),在負摩阻力狀態(tài)下,樁底端抗力較大于靜載試驗時(shí)的樁底端抗力
,由(1)、(2)可知
圖3 靜載試驗的樁基受力狀態(tài)示意圖
這樣,即使樁頂荷載相同,但樁底壓力差異大,產(chǎn)生樁的沉降是不同的,而相同樁頂荷載下樁基沉降不同,負摩阻力狀態(tài)下樁基沉降大。這樣,在有負摩阻力條件下,樁的承載力要考慮負摩阻力的不利作用,要保證樁底端在靜載試驗時(shí)的受力要達到負摩阻力狀態(tài),才能保證樁承載力的安全,這樣,由(3)式可見(jiàn),靜載的試驗荷載就要達到,才能達到負摩阻力狀態(tài)下樁底端土在結構荷載N時(shí)的應力狀態(tài)。
3 負摩阻力下樁基的沉降問(wèn)題
通常管樁基礎不管是靜壓施工或打入式施工,都很難進(jìn)入中微風(fēng)化等較硬的巖石持力層,因此,管樁基礎通常是摩擦樁或摩擦端承樁,這種樁基礎的沉降會(huì )大于端承樁的沉降。同時(shí)對于負摩阻力,由于負摩阻力是由軟土固結的土體沉降所產(chǎn)生,可能所需時(shí)間較長(cháng)才能逐步產(chǎn)生負摩阻力,這樣,負摩阻力有可能會(huì )在上部結構施工完成后才逐步產(chǎn)生。這樣負摩阻力所產(chǎn)生的沉降應屬于是工后沉降,對結構影響大。這就是為什么有些上部結構裂縫在投入使用后才產(chǎn)生的原因。如果樁基存在剛度不均,則更會(huì )產(chǎn)生沉降差,影響上部結構的受力。從沉降機理角度,負摩阻力荷載下產(chǎn)生的沉降會(huì )較大于上部結構荷載的沉降,如圖4所示,依
圖4 樁的沉降過(guò)程
據圖3,沒(méi)有負摩阻時(shí),樁底端所受到的力為:
(4)
據圖2,如果有負摩阻力時(shí),樁底端所受到的力為:
(5)
由(4)和(5)式比較可見(jiàn),有負摩阻力時(shí),樁底端所受到的力比沒(méi)有負摩阻力時(shí)大多了,如以上式(3)所示,而非端承樁的沉降過(guò)程具有非線(xiàn)性,從而使得負摩阻力產(chǎn)生的樁基沉降?S2可以較大于上部結構荷載產(chǎn)生的沉降?S1,如圖4所示,如果負摩阻力占比較大,則可能會(huì )產(chǎn)生更大的沉降,而負摩阻力產(chǎn)生的樁基沉降是屬于工后沉降,也即結構已完成以后的沉降,其對結構受力影響更大,這就是很多有負摩阻力條件下管樁基礎易產(chǎn)生問(wèn)題的原因。因此,負摩阻力條件下管樁基礎的沉降問(wèn)題必須要引起重視,設計的樁要有足夠的承載力,還要有足夠的剛度,以克服負摩阻力產(chǎn)生的不利沉降的影響。
4 結論
(1)有負摩阻力的場(chǎng)地樁基承載力要充分考慮負摩阻力的作用,設計足夠的承載力。
(2)有負摩阻力的管樁基礎,要充分考慮負摩阻力對沉降的影響,要注意負摩阻力的沉降是工后沉降,沉降穩定時(shí)間長(cháng),其比施工期間的沉降大、影響也更大,更易造成上部結構的開(kāi)裂。
我有話(huà)說(shuō)
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