李光煜
（中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 武漢430071）
摘要：本文介紹了三個濕陷性黃土地區(qū)單樁負摩阻力監(jiān)測實例，試驗樁安置于浸水坑中，其直徑或邊長約等于樁長。觀測期間不停地往坑內(nèi)注水，直到樁端土體飽和時停止注水，并繼續(xù)觀測樁身應(yīng)變及地表沉降，至二者均穩(wěn)定為止。共測試了9條樁三種樁型，其中4條樁樁頂無荷載，其余樁在浸水過程中維持設(shè)計荷載。樁身應(yīng)變測試采用瑞士產(chǎn)”滑動測微計”，它是一種便攜式長標距高精度應(yīng)變儀，可連續(xù)地監(jiān)測相鄰二點之間的相對變形，二點間距為1m，儀器分辨率為0.001mm，即應(yīng)變分辨率可達1。監(jiān)測結(jié)果表明，濕陷值一般小于按室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)計算值，但負摩阻力大于規(guī)范值。
1.1黃土特征及其分布
黃土是一種第四紀沉積物，具有以下全部特征，當缺少其中一項或幾項特征的稱為黃土狀土，這些特征是：
(1)顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；
(2)顆粒組成以粉粒（0.05～0.005mm）為主，含量一般在60%以上，幾乎沒有粒徑大于0.25mm的顆粒；
(3)孔隙比較大，一般在1.0左右；
(4)富含碳酸鈣鹽類；
(5)垂直節(jié)理發(fā)育；
(6)一般有肉眼可見的大孔隙。
黃土及黃土狀土分布范圍很廣，全世界約1300萬km2，占陸地總面積的9.3%[1]，主要分布于南北美洲及歐洲中緯度干旱地區(qū)。我國黃土面積63.5萬km2，占世界黃土總面積的4.9%，主要分布在北緯34～45°之間，區(qū)域內(nèi)氣候干燥，降雨量介于250～500mm，小于250mm的沙漠地區(qū)及大于750mm的地區(qū)基本上無黃土分布。
我國黃土主要分布于黃河中下游，而黃土狀土主要分布于新疆天山南北及松遼平原，海拔高程最低為200m，最高2400m。
我國黃土面積占世界黃土面積的比例雖然不大，但最具典型性[2]，堆積厚度也最大，黃河中游，特別是洛河和涇河流域中下游，最大厚度達180～200m，而歐洲地區(qū)的黃土厚度小于10m。
并不是所有黃土都具有濕陷性，我國濕陷性黃土約占總黃土面積的60%，大部分分布于黃河中游地區(qū)，如隴東、陜北地區(qū)，隴西、關(guān)中、河南、山西地區(qū)，其厚度一般小于15m，最大30m。
隨著我國西部大開發(fā)的進展，必須在黃土地區(qū)興建大型工程，如火電站及引水工程，這些工程的基礎(chǔ)處理，一般采用樁基礎(chǔ)。因此，由于黃土濕陷導(dǎo)致的樁身負摩阻力必須在設(shè)計中予以充分考慮。我所近15年來，參加了四個工程單樁負摩阻力監(jiān)測，試驗樁位于圓形或長方形浸水坑中，坑徑或邊長一般等于或大于樁長，測試過程中不間斷地向試坑注水至樁端土體飽和度達80%為止，停水后繼續(xù)觀測至水位降至樁端，且地表停止沉降為止。
1.2負摩阻力監(jiān)測對儀器設(shè)備的要求
負摩阻力是由于土層沉降大于樁下沉量，導(dǎo)致下曳力作用于樁側(cè)面，增大了樁身荷載及下沉量，如考慮不周，有時會導(dǎo)致災(zāi)害。土層沉降可以由于地面堆載，地下水位降低，黃土濕陷，凍土融化以及欠固結(jié)軟土或水力充填土的自重等多種原因引起。有許多估算負摩阻力的公式，有的考慮土的抗壓強度，有的考慮有效應(yīng)力及抗剪強度，有的考慮標準貫入擊數(shù)，以及樁的類型和表面粗糙度等。不同公式算出的值有較大差異，因而實測具有重要意義。
負摩阻力監(jiān)測的主要目的是確定地層沉降期間樁身軸向應(yīng)力分布規(guī)律，因而對測試原理及儀器的長期穩(wěn)定性均有特殊要求。應(yīng)力不能直接測量，而是通過測定應(yīng)力作用下某種力學(xué)或物理參數(shù)的變化，如應(yīng)變，聲波傳播速度等，然后根據(jù)材料的本構(gòu)關(guān)系，進一步推算應(yīng)力，因此除準確測定相應(yīng)的敏感量以外，還需了解材料的本構(gòu)關(guān)系。
樁身摩阻力監(jiān)測中，以往一般是沿軸向安裝多個鋼筋計、混凝土”應(yīng)力計”或壓力盒。由于探頭與介質(zhì)無法作到理想匹配，以及固定埋設(shè)的電測元件或多或少存在零點飄移，實測結(jié)果在很大程度上只能是定性的。以鋼筋計為例，它是以實測鋼筋上某一點處的應(yīng)變來代替該斷面上樁身平均應(yīng)變。然后乘以樁身平均彈模，求出該斷面軸向應(yīng)力。這樣作存在一系列問題，首先，測點處的應(yīng)變由于探頭或電阻片（包括防潮層、導(dǎo)線）的介入，局部受力狀態(tài)變化，實測應(yīng)變不等于真實應(yīng)變；其次，樁身平均彈模只是一個估算值，實際上它沿軸向變化很大，特別是現(xiàn)場灌注樁，而且彈模值還與加載量級和速率有關(guān)；再者，測點有限，間距一般為3～5m，甚至更大，相鄰點之間的測值用直線連接，依據(jù)不足；此外另點飄移，注水期間土體溫度變化都無法確定。即使提供了軸向力曲線及中性點位置，但實際上它只是測值中最大值的位置，并不代表真正的中性點，因而也不可能確定負摩阻力分布曲線。
1.3線法監(jiān)測原理及滑動測微計
八十年代初，瑞士聯(lián)邦蘇黎世工學(xué)院K.Kovari教授等提出了線法監(jiān)測（Linewise observation）及相應(yīng)的測試技術(shù)，如滑動測微計、三向位移計等[3、4、5、6、7]。如前所述，鋼筋計，壓力盒等屬點法監(jiān)測（Point observation），點法監(jiān)測充其量只能獲得測點處的信息，測點之間如有某種不連續(xù)面或空洞（E值降低），則無法分辨出來。線法監(jiān)測原理是連續(xù)地測定一條線（直線或曲線）上相鄰二點間的相對位移，這樣，不僅可合理地計算軸力、摩阻力、還可揭露樁身的所有缺陷。
滑動測微計主體為一標長1m，兩端帶有球狀測頭的位移傳感器，內(nèi)裝一個線性電感位移計（LVDT）和一個NTC溫度計。為了測定測線上的應(yīng)變及溫度分布，測線上每隔1m安置一個具有特殊定位功能的環(huán)形標，其間用硬塑料管相連，滑動測微計可依次地測量兩個環(huán)形標之間的相對位移，可用于多條測線，是一種便攜式高精度應(yīng)變儀。（圖1）。
圖1滑動測微計
Sliding Micromeiler ISETH
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