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海陆交互沉基础中管桩锤沉桩的施工效应 预制混凝土管桩（phc管桩）具有承载性高、抗弯性好、施工方便快捷等优点，近年来在施工和公路建设中得到广泛应用。由于PHC管桩沉桩施工而引起的桩土间相互作用问题均属管桩的施工效应,目前PHC管桩沉桩主要依靠静压和锤击两种施工工艺,而后者的施工效应更为复杂,涉及桩周土体的挤土效应、土塞效应、场地振动效应等。管桩施工效应对桩体可打性及承载性能有重要影响,目前主要的试验研究方法就是对沉桩过程的超静孔隙水压力、承载力变化及贯入阻力进行监测分析。已知饱和土在循环荷载作用下超静孔压将累积升高而导致液化或软化,超静孔压对桩体承载力、施工速度及邻近建筑的安全会产生不同程度的影响。唐世栋等研究认为桩土界面处的超静孔压与土的上覆有效应力有关。沉桩过程超静孔压随距桩心距离增大而减小,朱向荣等研究认为呈对数衰减规律,而雷华阳等实测表明近似为线性衰减规律。相同桩间距条件下,深度越大沉桩施工的影响范围越大。Pestana等通过现场实测表明,超静孔压随深度呈线性增长。另一方面,随着超静孔压的消散,桩周软土再固结作用使得桩体承载力得到提高。此外,对沉桩施工过程中压桩力、每米锤击数、静力触探等的分析则有利于管桩承载特性的评估。长江口北岸崇启长江公路大桥(江苏段)下部广泛分布深厚的海陆交互相新近沉积软土,在重要路段为减小工后沉降必须进行加固处理,因常规方法处理深度有限,PHC管桩在沿线重要路段得到设计应用。根据工程地质勘察报告及CPTU原位测试成果发现,工程沿线上部分布有一层较厚的粉土、粉砂层,而下部软土层中夹砂与互层现象普遍存在,研究PHC管桩在此种地层条件下沉桩施工效应具有重要的工程意义。为此,在工程沿线选择典型场地开展了一系列沉桩试验,对锤击施工条件下PHC管桩群桩沉桩过程桩周土超静孔压变化、桩体承载力增长的时间效应以及沉桩过程管桩的贯入阻力进行了系统的研究。 1 现场试验 1.1 沿线下的土层厚度 PHC管桩沉桩试验场地选择启东东互通主线桥北桥头,里程桩号为K44+080处,沿线下部软土层厚度达到27 m以上。该场地的土层剖面及土体工程性质见表1。需指出的是,该表中的土层命名仅是对宏观土层的定性划分。事实上,海陆交互沉积条件下,砂土与黏性土之间相互夹杂、互层现象比较严重,土性显示出极度非均质的特点。 1.2 混凝土预压弯矩 试验用管桩采用先张法预应力混凝土开口管桩PHC-AB500(100),混凝土强度为C80,直径500 mm,壁厚100 mm,混凝土有效预压应力5.64 MPa,抗裂弯矩检验值121 kN·m,极限弯矩检验值229.5 kN·m。打桩采用走管式ZGL60型桩机,桩锤为DD63型导杆式柴油打桩锤,锤重6.3 t,锤击落距1.3 m。收锤标准以桩长控制为主,以最后3阵每阵贯入度小于3 cm为辅助控制原则。 1.3 试桩及实验内容 为了解PHC管桩群桩施工过程及施工后桩周土超静孔压上升及消散规律,试验中在桩间距3.5 m,桩长分别为30 m和35 m 两组PHC管桩中各选择1根角桩,在其左右两侧桩长范围内分别埋设4组12个振弦式孔隙水压力计。为评价PHC管桩桩周土经施工扰动、土体再固结后PHC管桩承载力上升的时间效应,在沉桩完成时刻及沉桩施工结束30 d后,利用PDA高应变动测技术对部分PHC管桩单桩极限承载力进行了对比。试验桩共计41根,按正方形布置,基本情况及测试内容见表2,试桩的平面布置见图1。由于原位测试参数如标贯击数可直接反映土层的性质,常被用于估算桩体贯入阻力。研究中对施工场地采用多功能数字式车载孔隙水压力静力触探(CPTU)系统预先进行了原位测试。由于管桩沉桩过程每米锤击数反映了沉桩阻力,对管桩沉桩过程每米锤击数与基于静力触探计算得到的桩体总贯入阻力间相关性进行了分析。现场试验中CPTU探头锥角60°,锥底直径35.7 mm,侧壁摩擦筒表面积150 cm2。 2 结果与分析 2.1 管桩超静孔压上升与消解规律 试验选取30 m和35 m桩各1根进行孔压监测,在桩的左右两侧距桩心1 m和2 m处沿深度方向共埋设4组孔压计,孔压计具体埋设深度及对应的土层剖面如图2所示。为保证沉桩过程地基土超静孔隙水压力量测的可靠性,孔压计在管桩施工前2周预先埋设,待各深度的孔压计均已恢复到稳定状态,以此作为孔压分析的初始值。图3为自沉桩开始连续25 d桩间土超静孔隙水压力上升及消散曲线。测试表明,相同深度距管桩1 m和2 m处超静孔压上升幅值基本相同。与单桩施工不同,试验中所测超静孔压实际上是多桩连续施工条件下孔压累积与消散的综合结果。因管桩沉桩点位与孔压计的距离由远及近再至远,测点处超静孔压先累积上升,当施工孔压计临近管桩时达到峰值。此后,随着沉桩点位渐远,土体中超静孔压逐渐消散至0。因黏土结构性经历触变恢