1、1深水厚层软土桥基离心模型试验摘要 通过离心模型试验，对比无桩条件和不同桩间距条件下的桩土应力比和基础整体沉降量，研究深水厚层软土地基的沉降特性，为跨海大桥等实际工程的设计提供参考。 关键词 离心模型试验；复合桩基；桩土应力比 中图分类号： U448.33 文献标识码：A 一、引言 随着我国沿海地区经济的快速发展，对跨海大桥的建设需求也不断增长。但由于深水地基软弱覆盖层极厚，桥梁基础底面无法直接到达强度大、变形小的基岩上，这给跨海大桥的修建提出了新的难题。因此，研究深水厚层粘土地基基础的承载力和变形机理非常重要。 本文运用离心机模型试验采集的数据，通过对无桩条件和不同桩间距条件下桥梁基础沉降和
2、桩土应力比的对比，得出的结果对深水软土桥基设计有一定的参考价值。 （一）试验方案 离心机模型试验通过离心力产生的重力场，在模型中产生和原型相当的应力水平，故可以以模型表现原型，目前离心模型试验已广泛应用于土压力测定，基础沉陷与软土固结问题1，离心模型试验能得到常规实验无法达到的效果。 22.1 实验装置 本次试验采用 TLJ-2-100g-t 大型土工离心机。模型尺寸为80cm*60cm*45cm。本次试验包括 3 组实验，考察有桩和无桩条件下、不同桩间距条件下桥基沉降量和桩土应力比的变化。模型选取的桩径为8mm，桩长 18cm；一组无桩，一组 3 倍桩间距（24mm）和一组 5 倍桩间距（4
3、0mm） ；承台为圆形，并当做刚性承台考虑进行研究。具体方案见表1。 表 1 离心机模型试验详细情况 图 1 2.2 模型地基 每组实验考虑到取深水原型地基土比较困难，而且成本太高，均采用成都当地粘土，控制模型地基土体处于过饱和状态，采用分层填筑法，以一定的击实功分层击实，击实之前每层土厚 3.5cm，击实之后厚 3cm。每层土击实之后用刀片刮成毛面。 将晒干的粘土粉细，取样测含水率后室内干燥条件下保存； 根据粉细干土的含水率计算配水量，人工将土伴湿，含水量控制在28%附近，装进密闭塑料桶封存 24 小时以上； 戴橡胶手套，用切菜器 5mm 孔器将上述湿土加工成细条，装入密闭塑料桶闷料 24
4、小时以上； 3按照每层 3.5cm 厚度装填，一定击实功击实后厚 3cm；直至设计模型尺寸；同时在设计布置有土压力盒和孔隙水压计的坐标处埋设元件。 2.3 模型桩 离心模型中桩应该采用和实际工程（原型）相同的材料，但是由于模型桩尺寸太小，难以精准控制细部尺寸、制作困难，故本试验采用 8mm直径铝合金管，表面粘细沙，作为模型桩。 因本次只是模型试验，没有具体参照体，在不同离心加速度下相似比不同，但可根据相似比和模型桩尺寸反推得原型尺寸。 模型地基填筑好以后，先用电钻在设计位置钻 6mm 直径的孔，然后将桩夯进模型土体之中。以 3 倍桩间距为例，模型桩布置的平面示意图如图 2，剖面示意图如图 3.
5、 图 2 平面布置示意图 图 3 剖面示意图 2.4 模型砂垫层 桩顶铺设 2cm 厚度的细砂，盖满整个模型地基，砂垫层和桩共同组成复合桩基。见图 3 所示。 42.5 模型水环境层 模型顶层加 2cm 深的自来水，在 40g、70g、100g 的离心加速度下分别代表 8m、14m、20m 深的实际工程水环境。 图 4 真实模型 2.6 模型桩顶荷载 以承台自重作为荷载，承台为直径 15cm，重量 5kg 的圆形钢杯。在不同离心加速度下，可换算成不同大小的荷载。见图 1 所示。 2.7 实验过程 本试验各组离心模型试验均由以下五步组成： 用吊车将填筑好的模型箱吊装到位，在 100g 离心加速度
6、下运行 1 小时，同时由数据采集系统记录数据，完成固结处理，模拟天然地基状态；在 40g 离心加速度下运行 35 分钟，同时由数据采集系统记录数据，完成第一级加载； 在 70g 离心加速度下运行 35 分钟，同时由数据采集系统记录数据，完成第二级加载； 在 100g 离心加速度下运行 35 分钟，同时由数据采集系统记录数据，完成第三级加载； 离心机停止运行，拆除模型箱。 5实验结果分析 3.1 基础整体沉降分析 有桩条件和无桩条件对比，有桩时能明显减少地基沉降量； 不同桩间距条件对比，5 倍桩间距比 3 倍桩间距下沉降量略大，但差别不大，分析其原因，因为此时桩布置过密，桩间土体作用没得到充分发
7、挥。 3.2 桩土应力比分析 （1）40g 离心加速度下，桩土应力比较小，因为此时在砂垫层的调节总用下，桩顶向砂垫层刺入，桩的作用还没体现出来； 随着离心加速度的增大，桩顶向砂垫层的刺入量趋于稳定，桩的作用逐渐体现出来，桩土应力比逐渐增大； 70g 离心加速度和 100g 离心加速度下桩土应力比增量小于 40g 到100g 下桩土应力比的增量，分析原因为，荷载过大时，桩底土体产生塑性变形，桩底开始刺入土体，使桩的作用相对减弱。 结论 过密的桩间距会阻碍了土体发挥作用，合理的桩间距有助于减小基础沉降，因而，合理确定桩间距可以取得很好的综合经济效益。 参考文献： 1 郑人龙. 离心模型试验在土工上的应用J. 郑州工学院学报,61983 年第 2 期.
