叠溪古堰塞湖沉积物极限摩阻力现场测定分析

赵治平

（中铁三局集团桥隧工程有限公司，成都610083）

叠溪古堰塞湖沉积物极限摩阻力现场测定分析

赵治平

（中铁三局集团桥隧工程有限公司，成都610083）

采用慢速维持荷载法现场测取分级荷载及叠溪古堰塞湖沉积物钢筋混凝土桩身应变值，推导沉积物分层极限摩阻力，作为叠溪古堰塞湖工程地质的补充研究。同时，也可为后期相似古堰塞湖沉积物地层选用物理力学参数提供参考依据。

叠溪古堰塞湖；沉积物；极限摩阻力

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.118

1 概述

某新建铁路车站四线大桥和双线大桥横跨叠溪古堰塞湖尾部沉积物堰塞坝，桥梁桩基础需穿过深厚的叠溪古堰塞湖沉积物，桩长超过100m。桥位处地震动峰值加速度为0.3g，地震动反应谱特征周期为0.4s，抗震设防烈度为8度。桥址地质条件极为复杂，巨厚层古堰塞湖沉积物孔壁自稳能力极差，成孔困难。

相关文献对叠溪古堰塞湖的成因、范围[1]，消亡过程[2]，古生物演化、气候变化、河谷发育等环境变化[2]以及古堰塞湖沉积物变形构造、坝体物质粒度分布特征、沉积物结构特征[2]等进行了充分研究和分析，已有较深刻的认识；个别文献对堰塞坝自身的整体稳定性[3]也有了一定研究。但是，对该堰塞坝的工程地质环境鲜有研究，尤其是叠溪古堰塞湖的沉积物堰塞坝体桥梁桩基工程地质环境，尚未展开研究。现场通过混凝土圆形桩基础单桩竖向抗压静载试验，测试并近似推算出叠溪古堰塞湖沉积物地层的极限摩阻力参数。

2 极限摩阻力测定原理

认为古堰塞湖沉积物某一深度内桩身轴力约等于此段沉积物对桩周提供的摩阻力。运用慢速维持荷载法进行单桩竖向抗压静载试验的同时，在各级竖向荷载作用下分别测取桩身钢筋和混凝土的应变值来推导各层沉积物的极限摩阻力。

2.1 终止加载条件及单桩竖向抗压极限承载力确定方法[4]

试验终止加载条件和单桩竖向抗压极限承载力Qu综合分析确定方法分别参照《铁路工程基桩检测技术规程》(TB 10218—2008)第7.3.5款、7.4.2款相关要求。

2.2 极限摩阻力计算

1）应力与应变的关系。材料的应变与应力在弹性变形范围内服从胡克定律，即应力σ=Eε，式中，E为材料的弹性模量；ε为材料的应变。

2）截面应力计算。为了减小误差，提高试验精度，在同一断面布置多组应变测量元件，多次测读取平均；此外，同一断面相同材料应变值可相互校核，有利于剔除异常数据。理论上，在桩身同一断面测出的钢筋与混凝土应力应完全相等，但受诸多条件影响，钢筋应力σ11，σ12，…，σ1m及混凝土应力σ21，σ22，…，σ2m两两可能互不相等，则按下式计算第i截面桩身应力σi：

式中，E1、E2为桩身钢筋和混凝土的弹性模量；ε1、ε2为第截面

测得的钢筋、混凝土应变。

3）桩身轴力计算。在某级荷载作用下，第i截面轴力：

式中，Ai为桩等效平均截面积。

4）摩阻力计算。第i层沉积物摩阻力：

式中，ri为第i层沉积物中桩基换算平均半径；hi为第i层沉积物厚度。

3 极限摩阻力现场测试及数据分析

3.1 测试断面布置及应变测量元件安装

现场选取3处具有代表性且性质相似的沉积物地层作为3根试验桩的不同桩位。根据沉积物分层情况，分别将应变测量元件布设在桩顶以下1.3～1.6m，桩底以上0.5～0.6m，分层界面上、下约1m处，同时，在匀质深厚沉积物中部等间距增设2个断面，即单桩设置6个应变测量断面，应力测量元件详细布设断面如表1所示。每个断面安装钢筋应变片16片、温度补偿片2片，钢筋应变计4根，混凝土应变计4根。

表1 应力测量元件布设断面距桩顶距离m

3.2 现场试验及单桩承载力测试结果

现场利用锚桩主次梁反力装置[5]加载，运用慢速维持荷载法在桩顶逐级施加竖向荷载并测取桩顶位移和桩身应变等参数。加载按照最大试验荷载量的1/10逐级等量加载；卸载分5级进行，每级卸载量取加载分级荷载的2倍，逐级等量卸载。最大试验加载荷载及锚(试)桩的桩径、长度等根据需要经计算确定。整理分析测取数据，绘制Q-s、s-lgt、s-lgQ曲线图，分析得出单桩极限承载力Qu。各试验参数及单桩极限承载力成果如表2所示。

表2 试验参数及相关成果统计表

3.3 沉积物极限摩阻力成果及结论分析

叠溪古堰塞湖沉积物分层极限摩阻力最终推算成果如表2所示。1#、3#试桩沉积物粉质黏土层摩阻力未达到《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）参考值，且两组结果差异较小；2#试桩沉积物粉质黏土层摩阻力虽超过《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）参考值，但与另外两组结果相差较大，可信度差；3组试验沉积物碎石土层摩阻力均超过了《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）参考值，且3组结果差异不明显，相对可信。

4 结语

1）工程存在深厚叠溪古堰塞湖沉积物粉质黏土地层，对结构本身影响较大，极限摩阻力可参考1#、3#试验桩测试结果修正使用；工程仅地表浅层为古堰塞湖碎石土地层，对全桩受力影响甚微，建议该地层极限摩阻沿用规范许用值。

2）测试计算认为沉积物某一地层内桩身轴力约等于此段沉积物对桩周提供的摩阻力，但受边界约束影响，二者差异可能会很大，对计算结果影响较大。

3）试桩实体质量对测试计算结果影响较大，存在诸多不确定因素；现场灌注桩体形态存在不规则差异，摩阻力计算过程采用桩基换算平均半径ri或等效平均面积Ai欠妥，推算结果可能较实际偏大。

4）因受条件限制，现场未能展开大量古堰塞湖沉积物承载力工程试验及相关研究分析，测试结论个体性差异较大，且试验未考虑地震等动态工程环境影响因素，约束条件单一，不能有效指导同类古堰塞湖沉积物类似地层工程设计；下一步应结合工程桩基础后期观测和其他类似古堰塞湖沉积物相似地层各种动、静态等综合工况展开深入研究，进一步修正极限摩阻力等相关物理力学指标。

【1】王兰生，杨立铮，王小群，等.岷江叠溪古堰塞湖的发现[J].成都理工大学学报（自然科学版），2005，32(1)：1-11.

【2】王兰生，王小群，许向宁，等.岷江叠溪古堰塞湖的研究意义[J].第四纪研究，2012，32(5)：998-1010.

【3】段启忠，姜明月.岷江叠溪大海子地震堰塞坝稳定性分析[J].四川水力发电，2004，23 (1)：93-96.

【4】TB 10218—2008铁路工程基桩检测技术规程[S].

【5】桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册[K].北京：中国建筑工业出版社，1995.

Diexi Ancient Dammed Lake Sediments Limit Friction Field Determination Analysis

ZHAO Zhi-ping
(Bridge&Tunnel Engineering Co.Ltd.of China Railway No.3Engineering Group Co.Ltd.,Chengdu 610083，China)

In this paper,using slow speeded load method to get the strain of reinforced concrete pile in Diexi ancient dammed lake sediments, then deducing the ultimate friction resistance each layer of lake sediments,which is used as a supplement of the Diexi ancient dammed lake engineering geological.It can give reference for similar engineering choosing physical and mechanics parameters.

Diexi ancient dammed lake;sediments;ultimate friction resistance

TU473.1

A

1007-9467（2016）11-0036-02

2016-10-24

赵治平（1983～），男，四川广安人，工程师，从事桥梁、隧道施工技术与管理研究。