1 工程概况
    浙江国华宁海发电厂位于浙江省宁波市宁海县强蛟镇西北的团结塘海堤东侧的滩涂上，拟建电厂建设规模为4 x 600MW燃煤机组。工程地质资料显示，主厂区地表下有5m至15m厚的淤泥层，其下有粉质粘土层、粉质粘土混砾砂层和凝灰岩层等。设计采用桩基础，根据电厂总平面布置方案，厂址场地由开山及滩涂回填而成，滩涂Z大回填厚度达8m以上。在软土地基上大面积回填引起固结沉降，其对桩基的负摩阻力的影响必须通过试验进行研究。
    本次试验分为现场桩基负摩阻力试验和负摩阻力离心机模型试验两部分。试验数量均为2组4根试桩，本文着重讨论离心机模型试验情况。
    2 离心机模型试验原理
    土工离心模型试验是一种行之有效的物理模型，是以相似理论为理论基础，将原型材料按一定比例制成模型后，置于由离心机生成的离心场中，通过加大土体的体积力，使模型达到与原型相等的应力状态，从而使原型与模型的变形和破坏过程保持良好的相似性，并以此来研究原型的变形与破坏，其理论依据是相似理论的三个基本定律和应力、应变控制方程。
    相似*定律:相似现象的各对应物理量之比为一常数，且相似现象可用同一基本方程描述，定律中所指常数即为相似系数。相似 第 二 定律:表示现象各物理量之间关系的方程式都可以写成相似判据方程式，相似现象具相同的判据方程式。
     相似第三定律:具有相同文字的方程式单值条件相似，并且从单值条件导出的相似判据数值相等，是现象相似彼此相似的充要条件。
     相似理论就是通过上述三定律实现对模型试验的指导作用，*定律是数值上的要求，第二定律是物理上的要求，第三定律则是相似的充分必要条件。对于受力原型或模型结构物，其应力、应变状态由以下三个基本控制方程描述:
     平衡方程:
            
     对于加速度为ng的离心模型试验，由于
            
     即在离心模型试验中，原型与模型为等应力状态，两者的变形与破坏过程能保持相似。土工离心模型试验中主要物理量的相似关系见表1。
            
    3 离心模型试验
    3.1 试验技术条件
    本试验在香港科技大学土木工程离心实验室进行，该机有效半径4m，Z大加速度1508,Z大容重400gt，具有可在实验中操作的机器人和双向震动台(Ng, et al 2002a)。量测模型桩的应变采用了半导体应变片，其灵敏度比普通应变片高70倍;位移传感器采用PR750，测量范围土50mm;孔隙水压力传感器采用Druck" sPDCR 81，测试范围0一700kPa.
    3.2 模型试验
    试验桩1(摩擦桩)的模型桩长540mm,直径20mm，在50g作用下，模拟长27m，直径lm的原型桩。
    试验桩2(端承桩)的模型桩长540mm,直径17m m，模型桩与模型箱底部接触。在70g作用下，模拟长38m，直径1.2m 的原型桩。
    3.3 模型制作
    试验用土由粘土、砂土和全风化花岗岩构成。按宁海电厂现场土层分布情况，将粘土和全风化花岗岩通过水筛、搅拌、排除气泡等工序分层铺设在模型箱中。对粘土经过四次加载使其预固结，Z大预固结压力为60kPa。为了模拟宁海电厂现场的情况，试验中将模型桩埋入制作好的土层中，摩擦桩桩端距底部60mm，端承桩桩端则到达模型箱底部，Z后在粘土层上铺设砂土作为排水层和超载。
    3.4 固结试验过程
    将制备好的模型装入离心机平台上，试验1(摩擦桩)模型保持50g运行约13.8小时，试验2(端承桩)模型保持70g的运转速度运行约7.1小时;根据相似理论，相当于原型固结约4年(48个月)时间。
    4 试验结果分析
    为了便于理解和分析，已将离心机模型试验数据得出的孔隙水压力、沉降变形和桩身下拉荷载转化到对应原型尺度下进行论述。
    4.1 沉降变形结果与分析
    试验桩1(摩擦桩)中实测结果转化为原型，土壤和桩的沉降变形结果见图1。从图中可知，固结开始阶段，粘土沉降变形速率很快，随着固结度增加，沉降变形速率减小，大约固结40个月以后，土壤沉降变形趋于平缓。此时，实测土壤固结沉降5.4m m，相当于原型固结沉降量270mm;实测模型桩的沉降量约为0.63 m m，相当于原型桩的沉降量32mm。软粘土应时间为1.4年左右。
           
     试验桩2(端承桩)中实测结果转化为原型土壤和桩的沉降变形结果见图2。从图中可以看出，固结开始时段，粘土沉降变形速率很快，随着固结度增加，沉降变形速率减小，和大约固结16个月以后，土壤沉降变形趋于平缓。此时，实测土壤固结沉降3.6m m，相当于原型固结沉降250mm;实测模型桩的沉降量约为0.01 5mm，相当于原型尺度下桩的沉降量1.05 mm左右。由于是端承桩，桩的沉降变形非
           
    4.2 孔隙水压力结果与分析
    试验桩1中孔隙水压力、测压管水头随时间变化的过程如图3、图4所示。在增加超载后，各土层均产生了超孔隙水压力。待实验准备完毕并开机加速到固结加速度时，各孔隙水压力传感器的读数作为初始孔隙水压力。其中PPTI和PM 埋设于地表以下3.5m深处，初始孔隙水压力均为59kPa左右，实验结束时，相当于固结4年后，孔隙水压力均下降到29kPa左右。PPT3和PPT4埋设在地表以下llm和16m处，初始孔隙水压力分别为113.3k Pa和166.2kPa，实验结束时，孔隙水压力分别下降到106.Ok Pa和153.1k P a。初时，软粘土层中的超孔隙水压力比较高，测压管水头高出基准面2.5m多，全风化花岗岩层中稍小，测压管水头高出基准面不到lm。随着固结过程进行，超孔隙水压力逐渐消散，各土层中的测压管水头趋于相等，表明孔隙水压力趋于静水压力分布。试验桩2中孔隙水压力和测压管水头随时间变化规律同试验桩1。
         
          
    4.3 桩身下拉荷载结果与分析
    实验桩1中桩身下拉荷载随固结时间的变化过程和不同固结时间下拉荷载沿桩身的分布如图5所示。由图可见，软粘土固结时，在桩身产生负摩阻力，下拉荷载Z大达到420kN。桩的上部较小，在桩的中部增大，并出现峰值，端部较小。固结1年以后，下拉荷载Z大值出现在埋深12m处，8m及22m处负摩阻力相对较小，小于50kN。固结2年以后，下拉荷载Z大值仍出现在埋深12m处，但中上部和桩端附近下拉荷载显著增大。固结3年以后，下拉荷载Z大值出现在桩中上部，埋深8m处。固结4年以后，土层固结度达到了比较高的水平，土层沉降变形趋于平缓，下拉荷载Z大值出现在桩中上部，埋深8m处，由此深度向下，下拉荷载逐渐递减。
    试验桩2桩身下拉荷载随固结时间的变化过程和不同固结时间下拉荷载沿桩身的分布如
         
    图6所示。由图中可知，固结达到4年时，桩身产生的下拉荷载Z大达到673 kN，由于是端承桩，下拉荷载沿桩身从上到下逐渐增大，Z大下拉荷载位于桩端部。由于端承桩桩身与土壤沉降差比摩擦桩要大，因此由负摩阻力产生的下拉荷载也比较大。
         
          
    公式 (4 )为有效应力分析经验公式，公式(5)为总应力分析经验公式。根据实测的桩下拉荷载结果得到宁海电厂摩擦桩和端承桩的桩侧摩阻力系数Q和a的估算值如表2、表3所示。
          
    5 结论与建议
    通过对单桩负摩阻力离心机模型试验的研究，得出以下结论:
    (1)软粘土上增加超载以后，土层中产生超孔隙水压力。全风化花岗岩层渗透性高，超孔隙水压力消散快，而粘土层的渗透性小，超孔隙水压力消散得慢。大约固结4年以后，超孔隙水压力基本消散。
    (2) 在端承桩试验中，软粘土层固结度达到90%的时间为1.3年(16个月)左右，固结4年以后，地表软粘土沉降量约250mm，桩顶沉降非常小，约lmm。在摩擦桩中，软粘土层固结度达到90%的时间为1.3年，固结4年以后，地表软粘土沉降量约260mm。在固结基本完成以后，土层和桩的沉降变形也趋于稳定。
    (3)在端承桩试验中，上覆lm砂土荷载固结4年以后，下拉荷载Z大值达到673kN 。下拉荷载沿桩身向下逐渐增大，Z大值出现在桩端附近，沿桩身向上逐渐减小。在摩擦桩试验中，下拉荷载Z大值达到420kN，Z大值出现在桩的中部，桩的上部与端部较小。
    (4)在端承桩试验中，软粘土层侧摩阻力系数16估算值为0.1一0.25 ,a 值为0.9一1.0a而摩擦桩试验中，软粘土层侧摩阻力系数18估算值为0.15一0.25 ,a 值为0.9一1.0o