桩承载力范文（精选11篇）
桩承载力 第1篇
预应力混凝土空心竹节桩 (以下简称竹节桩) 是一种采用离心成型的新型先张法预应力混凝土空心桩。该桩型沿桩身外侧每隔一定距离分布有类似竹节的环状突起, 混凝土强度等级一般不低于C80。竹节桩作为一种新型带肋预应力管桩与相同桩体外径、相同桩长的预应力管桩相比, 节约了一定的混凝土材料, 单桩竖向抗压极限承载力有一定的提高, 具有十分显著的技术经济效益[1]。竹节桩外形结构示意图见图1。
日本早在上世纪30年代对预应力管桩截面进行改进, 形成植入工法, 目前形成的植入工法较多[2~3]。国内史玉良、熊厚仁、董全杨等通过对预应力管桩和新型带肋预应力管桩的现场静载对比试验, 对带肋预应力管桩的承载性状进行了分析研究[1,4,5];杨淼等对螺旋成孔植入法进行了承载性能的试验和理论分析[6]。以上试验研究一般针对一种植入工法, 未对不同植入工法进行系统研究, 未对竹节桩与相同外径的普通预应力管桩进行对比。
该桩型虽然已在沿海部分地区得到试用, 但对该桩的研究还不成熟, 整体上仍处于技术开发和研究阶段。本文选取天津典型地层场地, 对不同植入工法施工工艺条件下竹节桩的单桩竖向抗压极限承载力进行了原型试验, 并与普通预应力管桩进行了对比分析。
1 试验场地地质条件
试验场地位于天津市汉沽区内。场地地处华北平原, 属冲积、海积低平原。试验场地地势较平坦。场地埋深30m范围内, 地基土按成因年代可分为6层, 按力学性质可进一步划分为12个亚层。地下水位埋深1.20m。各地基土层分布及主要物理力学指标见表1, 场地典型静力触探曲线见图2。
2 试桩规格和数量
本次试验共完成了10根桩的静载荷试验, 其中, 采用锤击法施工的普通预应力管桩2根, 桩长26m, 桩体外径400mm, 壁厚95mm;采用锤击法、锤击灌砂法、潜水钻法和高压旋喷法施工的竹节桩各2根, 桩长26m, 桩体外径400mm, 环状凸肋直径500mm, 环状肋间距1000mm, 壁厚65mm, 肋顶宽75mm, 肋底宽175mm, 肋厚50mm。桩端均开口, 不采用桩靴。桩端持力层为粉土层 (地层编号82) , 桩身进入试验地面以下26m, 桩顶与试验地面齐平。试验桩编号及施工工艺见表2。
3 竹节桩植入工法
3.1 锤击法
锤击法沉桩是利用桩锤自由下落时的瞬时冲击力锤击桩头, 产生冲击机械能克服土体对桩的阻力, 破坏桩土静力平衡, 促使桩体下沉的方法。试验使用Klb-6.3T型导杆式柴油打桩机进行锤击沉桩。ZCJ1和ZCJ2两根试验桩总锤击数分别为225击和238击, 最后三阵击每阵击贯入度分别为30mm和27mm。锤击法沉桩曲线见图3。
3.2 锤击灌砂法
在锤击沉桩过程中, 每沉入一节, 利用人工在竹节与地基土的间隙中填入细砂, 使竹节桩之间的空隙由细砂填满, 直至整个桩身沉入地下。与锤击法相同, 试验使用Klb-6.3T型导杆式柴油打桩机。ZCG1和ZCG2两根试验桩总锤击数分别为262击和251击, 最后三阵击每阵击贯入度分别为22mm和25mm。锤击灌砂法沉桩曲线见图3。
3.3 潜水钻法
试验利用KQ-90型潜水钻机预成孔, 成孔直径600mm, 然后将注浆管插至孔底, 利用注浆泵按设计方量进行注浆, 水泥浆液水灰比为0.5。注浆完成后, 在水泥浆初凝前, 利用吊车提起桩身, 调整桩身垂直度, 利用桩体自重完成沉桩过程。
3.4 高压旋喷法
试验采用MG-50型高压旋喷桩机, 先将喷射注浆管贯入土中达到预定深度, 再开始喷射注浆, 水灰比为1.0, 旋喷注浆体设计直径600mm。旋喷完成后, 水泥土初凝前, 清除地面泥浆, 利用锤击设备协助沉桩, 桩端对准旋喷桩中心, 调整桩身垂直度, 先利用桩身自重沉桩, 自重沉桩停止后, 再使用重锤锤击, 直至完成沉桩过程。
4 试验方法及结果
考虑场地深厚饱和软粘土土质特征及浆液的养护龄期[7], 本次试验采用锤击法、锤击灌砂法工法植入的试验桩休止期为30d, 采用潜水钻法、高压旋喷法工法植入的试验桩休止期为35d。
静载荷试验采用压重平台提供反力, 试验方法按照《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ106-2003) 中的慢速维持荷载法[8]。依据该规范取值方法, 各试验桩试验结果见表3。
5 普通预应力管桩试验结果分析
普通预应力管桩试桩Q-s曲线见图4。
从图4可以看出, 预应力管桩PG1和PG2试桩达到最大加载量3000kN时, 桩顶最终变形分别为40.87mm和51.39mm。PG1试桩的Q-s曲线呈陡降型, 破坏特征点明显, PG2试桩在极限荷载前有缓变特征, 当荷载超过极限荷载后, 也出现陡降, 桩沉降速率明显增大。两桩均表现出端承摩擦桩的特征。
根据实测结果, 确定2根试桩的单桩极限承载力均为2800kN, 对应的累计沉降量分别为13.04mm、33.68mm。采用锤击法施工的2根普通预应力管桩, 单桩竖向抗压极限承载力测试结果曲线稍有区别, 但极限承载力数值较稳定。
6 竹节桩不同植入工法承载力分析
6.1 锤击法
采用锤击法植入的竹节桩与普通预应力管桩载荷试验Q-s曲线见图5。锤击法植入的ZCJ1竹节桩的Q-s曲线与PG1、PG2普通预应力管桩的Q-s曲线相比, 在承受较小的荷载时就出现了拐点, 在荷载小于2000kN范围内, 竹节桩的沉降均大于普通预应力管桩, 反映出桩侧阻力较小, 提供的极限承载力也就小。由于环状凸肋直径较桩身直径大, 施工时环状凸肋对桩周土产生扩孔效应, 致使部分桩身与土体脱离, 桩身侧摩阻力不能完全发挥, 导致单桩竖向抗压极限承载力降低。
采用锤击法植入的2根竹节桩, 单桩竖向抗压极限承载力分别为2000kN和2800kN, 测试值变化较大, 测试结果不稳定, 承载力较普通预应力管桩低28%。
6.2 锤击灌砂法
采用锤击灌砂法植入的竹节桩与普通预应力管桩载荷试验Q-s曲线见图6。锤击灌砂法植入时, 竹节桩环状凸肋对桩侧灌入的砂产生挤压作用, 使得竹节桩桩径较桩身桩径变大[9], 肋部的承压作用导致桩侧土挤密, 使得土体抗剪强度提高, 土体的压缩量减小。
从图6可以看出, 当竹节桩承受的荷载较小时, 沉降量较大, 而当荷载较大时, 沉降量却相对较小, 极限承载力提高, 说明砂土挤密效应明显, 但挤密效应的发挥需要有一定的沉降才能发生。对比锤击灌砂法植入的竹节桩与普通预应力管桩Q-s曲线, 破坏变形特征大致相同, 说明产生的桩端阻力接近, 而竹节桩在承受较大的荷载后才出现拐点, 说明桩侧产生的摩阻力较大, 因而竹节桩具有的极限承载力增大。采用锤击灌砂法植入的2根竹节桩, 单桩竖向抗压极限承载力分别为3600kN、4000kN, 测试值变化不大, 测试结果相对稳定, 承载力较普通预应力管桩提高28%。
6.3 潜水钻法
采用潜水钻法植入的竹节桩与普通预应力管桩载荷试验Q-s曲线见图7。由于潜水钻成孔后, 注入水泥浆液, 竹节桩植入后水泥浆液凝固, 使竹节桩承载特性得以较好发挥, 从图7可看出, 潜水钻法植入的竹节桩与普通预应力管桩Q-s曲线相比, 破坏变形特征大致相同, 说明产生的桩端阻力接近, 而竹节桩在承受较大的荷载后才出现了拐点, 说明产生的桩侧摩阻力较大, 因而竹节桩具有的极限承载力增大。
采用潜水钻机预成孔植桩法施工的2根竹节桩, 单桩竖向抗压极限承载力分别为3200kN、3400kN, 测试值变化不大, 测试结果相对稳定, 承载力较普通预应力管桩提高14%。
6.4 高压旋喷法
采用高压旋喷法植入的竹节桩与普通预应力管桩载荷试验Q-s曲线见图8。由于采用高压旋喷注浆引孔, 使桩周土形成水泥土, 竹节桩植入后水泥土环抱桩体, 类似插芯高压旋喷桩, 比单独的高压旋喷桩刚度提高较大, 竹节桩承载特性得以较好发挥。从图8可看出, 高压旋喷法植入的竹节桩与普通预应力管桩Q-s曲线相比, 破坏变形特征大致相同, 说明产生的桩端阻力接近, 而竹节桩在承受较大的荷载后出现了拐点, 说明产生的桩侧摩阻力较大, 因而竹节桩的极限承载力提高幅度较大。
采用高压旋喷注浆预成孔植桩法施工的2根竹节桩, 单桩竖向抗压极限承载力分别为3800kN、4200kN, 测试值变化不大, 测试结果相对稳定, 承载力较普通预应力管桩提高35%。
7 竹节桩与预应力管桩承载力对比
从以上分析看出, 不同植入工法对竹节桩单桩的竖向抗压极限承载力有较大影响, 不同植入工法竹节桩与普通预应力管桩单桩的竖向抗压极限承载力之差值与提高比例对比分析结果见表4, 不同桩型、不同植入工法单桩的竖向极限承载力按试验桩的最小值确定。
从表4可以看出, 除锤击法植入的竹节桩承载力较普通预应力管桩小28%外, 其余3种植入工法竹节桩, 均大于普通预应力管桩, 单桩竖向抗压极限承载力提高幅度在14%~35%之间。
8 经济性及综合评价
统计本次不同植入工法的竹节桩及不同植入工法成本费用, 得到综合单价费用如表5所示。
锤击法施工的竹节桩的单桩竖向抗压极限承载力差异大, 较普通预应力管桩承载力低, 单位承载力综合成本偏高, 综合分析认为该工法适宜性较差。
锤击灌砂法植入的竹节桩, 由于环状凸肋的存在, 在打入地基过程中对灌入的砂产生挤压作用, 桩侧摩阻力有一定幅度的提高, 承载力得以更好的发挥, 综合单价较低, 但实际施工过程中操作较困难, 存在安全问题, 质量不易掌握, 综合分析认为该工法适宜性一般。
潜水钻法植入的竹节桩存在着与钻孔灌注桩一样的问题, 有排浆、对环境影响大、桩身垂直度和桩顶标高控制困难等问题。因该工法存在桩顶部位灌浆水泥凝结面下沉而需要反复补浆的缺陷, 且承载力提高幅度也不大, 相比高压旋喷法水泥用量较大, 综合单价偏高, 且施工速度慢, 综合分析认为该工法适宜性较好, 但性价比不高。
高压旋喷法植入竹节桩具有对环境影响小、桩的垂直度和桩顶标高都可以准确控制和调整、综合单价低、施工速度快等优点, 综合分析认为该工法适宜性好, 是四种工法中性价比最高的工法。
9 结论
综上所述, 得出如下结论:
(1) 锤击法植入的竹节桩单桩竖向抗压极限承载力较普通预应力管桩低28%, 离散性较大, 适宜性较差。
(2) 锤击灌砂法、潜水钻法和高压旋喷法植入的竹节桩单桩竖向抗压极限承载力较普通预应力管桩分别提高了28%、14%、35%, 承载力离散性较小。
(3) 从综合单价、施工效率及施工难易程度等综合比较, 高压旋喷法植入竹节桩的综合单价最低, 性价比最高。
摘要：通过10根桩的原型试验, 对不同植入工法条件下预应力混凝土空心竹节桩单桩竖向抗压极限承载力进行了对比分析。不同植入工法对单桩竖向抗压极限承载力有较大影响。与同桩长、同直径的预应力管桩相比, 适宜工法植入的竹节桩可提高单桩竖向抗压极限承载力。高压旋喷法较锤击法、锤击灌砂法和潜水钻法在施工工艺上更适宜, 单桩竖向抗压极限承载力提高幅度达35%, 性价比最高。
关键词：竹节桩,植入工法,单桩竖向抗压极限承载力,载荷试验
参考文献
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[2]侯宝隆.介绍几种日本埋入桩工法[J].工业建筑, 2003, (4) :90~91.
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[7]王美云, 顾国荣, 陈晖.软粘土中单桩承载力时间效应的研究[J].工程勘察, 2005, (1) :7~9.
[8]中华人民共和国行业标准.建筑基桩检测技术规范 (JGJ106-2003) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
竖向承载力与沉降有哪些群桩效应？ 第2篇
1、桩间距对群桩效应的影响很大，其它因素不变时，随桩间距增大，效率系数会提高而沉降比下降;当桩间距增大到一定程度后，其对群桩效应的影响会变得不显著，
2、桩数对群桩效应的影响较大。当桩间距等其它条件相同时，桩数越大，效率系数越低而沉降比越高。
3、当承台面积一定时，增加桩数的同时会使桩间距变小，将导致效率系数显著下降，
当其它因素相同时，桩越长，群桩效率系数越低而沉降比越大。
4、地基土越硬，效率系数越小而沉降比亦越大。
5、群桩排列形式、桩上荷载水平对效率系数及沉降比也有一定影响。
桩承载力 第3篇
关键词:桩端后注浆桩承载力影响因素
0 引言
钻孔灌注桩基础是目前国内外广泛使用的一种深基础型式。钻孔桩基础能够适应各种地质条件,兼之各种施工工艺。钻孔灌注桩具有造价低,工期短,可做成较大尺寸,钻入较深土层,能提供较大承载力等优点,但单一工艺的灌注桩,由于成孔工艺的固有缺陷,导致桩底沉渣和桩周泥膜等隐患,为此国内外把地基处理灌浆技术引用到桩基,采取对桩端和桩侧实施压力注浆措施,即所谓的后注浆技术。钻孔灌注桩后注浆技术是成桩时在桩底或桩侧预置注浆管路和注浆装置,待桩身达到一定强度后,通过注浆管路,利用高压注浆泵压注以水泥为主剂的浆液,对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化,以达到提高桩的承载力、减少沉降量的一种科学先进的技术方法。
1 外界条件因素
1.1 上部结构荷载特性 建筑物上部结构的特点决定了其荷载传递的规律,也决定了对地下基础的设计与处理。灌注桩桩端后注浆可以改善地基土的性状,增大桩基础的承载力并可以减少基础的沉降量,因此在注浆的设计与施工时应充分考虑上部结构的荷载特点和沉降要求,从而保证建筑整体的安全地承载和均匀稳定的沉降。
1.2 地质条件 根据前面大量实测资料的分析,地质条件对注浆桩承载力有着很大的影响。桩端为粗粒土等地层时,浆液渗透率高,通过渗透、部分挤密、填充及固结等作用,使桩端条件得到改善,并在桩端形成扩大头,增大了桩端面积,使桩的承载力得到较大地提高;当桩端为细粒土时,浆液渗透率低,通过劈裂注浆,桩端土体被网状结石分割加筋成复合土体,可有效地传递和分担荷载。此外,桩端注浆之后桩承载力提高的幅度与桩端持力层岩土的堆积状态密切相关,桩端岩土的初始孔隙越大、结构越松散,浆液的渗透效果就越好,桩端和桩侧阻力提高的幅度就越大。
1.3 环境条件 采用桩端注浆方法时还要充分考虑场地周围的环境因素,因为水泥浆液注入土层后,在地层中渗透、扩散,可能会导致附近土层的污染,注入水泥量较大时还可能沿着桩侧壁爬升至地表面处。因此,在环境保护要求较高的工程中应做好相应的预防处理措施。
1.4 经济可行性分析 在基础中采用桩端注浆的方法,其最大的优点就是既可以提高桩基的承载力,又可以减少沉降量。注浆要增加部分费用,但增加了单桩的承载力又在设计时可以减少部分桩或减少桩长的设计值而降低工程造价。
2 桩自身的因素
2.1 桩长对桩端注浆桩承载力的影响 根据试验结果和计算结果的分析,在其他条件相同的时候,桩端注浆之后,短桩比长桩承载力提高的比例要高。在一般情况下,当桩长较短时,桩侧阻力在总荷载中所占的比例较小;当桩长较长时,桩侧阻力在总荷载中所占的比例较大。由于桩端注浆对桩端阻力提高的幅度较它对桩侧阻力提高的幅度大。
表1不同桩长条件下注浆桩前后承载力计算结果。
2.2 桩径对桩端注浆桩承载力的影响 桩径对桩端注浆桩的承载力有着一定的影响。当桩径较小时,注浆桩承载力提高的幅度大,随着桩径的增加,注浆桩承载力提高的幅度减小。(如表2)
表2不同桩径时桩端注浆前后承载力对比
3 注浆施工因素
3.1 浆液种类对桩端注浆桩承载力的影响 实现渗入性注浆的前提是浆液材料颗粒的尺寸要小于土体孔隙的尺寸。普通水泥最大颗粒尺寸在60～100μm(0.06～0.10mm)之间,其浆液难以进入渗透系数k<5×10-2cm/s的砂土孔隙或宽度小于200μm的裂隙。国外采用把普通水泥浆材再次磨细的方法,从而可以获得平均粒径小于3～4μm的超细水泥。由这种浆材配制的浆液渗透系数可以从原来的k<5×10-2cm/s(粗砂)提高到10-3~10-4cm/s(细砂层)。
3.2 注浆量对桩端压力注浆桩承载力的影响 在其他条件相同时,注浆量越多,桩基承载力提高的幅度就越大。在实际工程中应控制注浆量使其达到一个经济合理且符合工程承载力的要求。(见图1)
3.3 注浆压力对桩端压力注浆桩承载力的影响 经过实际注浆工程的观察发现,在其他条件相同时,桩端注浆桩的承载力随着注浆压力的增大而增大。
兩根试桩,桩径为800mm,桩长为56m,桩端为中密粉砂,桩端注入水泥浆量500kg,注浆压力分别为0.3MPa和1.2MPa,Qu分别为14000kN和15000kN。
图2为只有注浆压力不同时桩端注浆桩承载力的对比,可以看到随着注浆压力的增大桩的承载力也增大。
4 结语
综上所述,影响桩端注浆桩承载力的因素十分复杂,实际工程中我们要全面考虑外界条件因素,桩自身因素以及注浆施工因素对桩承载力的影响,充分发挥桩端后注浆方法的优势,提高桩的承载力,有效的节约工程成本。
参考文献:
[1]现代灌浆技术译文集[M].北京.水利电力出版社.1991.
[2]张晓炜,黄根生.钻孔灌注桩后压浆技术理论与应用[M].武汉.地质大学出版社.2007.
桩承载力 第4篇
1 试验设计
1. 1 试件制作
1. 1. 1 模型桩及承台参数
本次试验共制作两组模型桩,桩长均为900mm,直径均为45 mm; 两组承台尺寸均为155 mm ×155 mm × 155 mm。其中一组模型桩( 编号为P-1 )桩顶嵌入承台45 mm( 1D) ,另一组模型桩( 编号为P-2) 桩顶嵌入承台10 mm( 0. 22D) 。承台及模型桩均采用TJ—1 型早强微膨胀灌浆料浇筑而成。试验模型桩及承台在浇筑时均留置同条件养护的标准试块,实测桩身强度相当于强度等级C60 的混凝土,承台强度相当于强度等级C40 的混凝土。承台及模型桩配筋如图1 所示,经计算均满足混凝土结构设计规范［4］构造要求。
1. 1. 2 砂土参数及土工槽
借鉴国内学者［5］桩基室内模型试验的经验,本试验的地基土采用砂土。试验前,用3 mm筛子将砂土过筛,除掉大颗粒及杂质,然后风干。实测砂土级配如表1 所示。d60= 0. 755 mm、d10= 0. 132 mm,不均匀系数Cu= 4. 972。
土工槽采用薄钢板焊接而成,并在四周焊有角钢用于增加土工槽的刚度,防止试验过程中土工槽发生变形。土工槽长、宽、高均为1 200 mm。
试验时先在土工槽内均匀铺埋100 mm厚的砂土并夯实。然后将模型桩临时固定于土工槽的正中心,桩底距离槽底100 mm。为保证填土的均匀性,砂土每填埋200 mm厚夯实一次。实测砂土的平均密度为1. 75 g /cm3。
1. 2 测点布置
为了研究桩身应力、桩顶位移随着加载位移的变化,在桩身加载方向对称粘贴7 对14 片应变片。应变片自承台下桩身处开始粘贴,沿着桩长方向每隔100 mm对称粘贴一对。为了防止应变片在土体填埋过程中损坏,在应变片粘贴完毕后用环氧树脂和聚酰胺按1 ∶ 1 配比对应变片进行覆盖保护。另外,在加载点位置及加载架两侧架设位移计。测点具体布置见图2。
1. 3 试验加载方案及装置
试验采用水平方向拟静力试验方案［6］,采用沿X方向双向往复循环加载,位移控制,分十五级加载,每一级加载分3 个循环,每级位移增量相同,均为1 mm。首先往+ X方向推1 mm,加载完成后持荷5 min,记录各测点数据,之后卸荷至初始位置,卸荷完成后持荷5 min,记录各测点数据,此时完成+ X方向单向循环; 然后往- X方向拉1 mm,加载完成后持荷5 min,记录各测点数据,之后卸荷至初始位置,卸荷完成后持荷5 min,记录各测点数据,此时完成- X方向单向循环; 以上过程为一个循环,依次循环三次为一级,整个加载过程循环十五级。
浇筑承台的同时,在承台中预埋两个螺栓用于固定加载架。假定加载架与承台之间不发生相对滑动,即承台与加载架视为一刚体。试验采用作动器对试件进行加载,作动器固定在反力钢柱上,反力钢柱用地锚螺栓与地面固定。具体试验加载装置见图3。
2 试验结果分析
试验采用的是沿X方向双向往复加载的方式,仅对- X方向加载时桩身弯矩进行分析。
2. 1 桩身弯矩分析
本试验通过在桩身上粘贴应变片测得各测试断面处的拉、压应变。根据公式M = EcIΔε / b0［7］计算各测试断面的弯矩,式中b0为测试断面拉、压应变测点的间距( m) ; Δε 为测试断面的拉、压应变差;EcI为模型桩抗弯刚度。
图4、图5 分别为桩P-1、桩P-2 桩身弯矩随加载位移变化的曲线。两者弯矩随加载位移的变化趋势基本相同: 最大弯矩均出现在桩与承台的结合部位; 随着埋深的增加,桩身弯矩不断减小; 桩身各断面弯矩均随加载位移的增加而增加; 桩身弯矩主要集中在埋深小于0. 4 m( 8. 9D) 的范围内。从图5 可还以看出,对于桩P-2 在加载至第五级以后桩身弯矩几乎不再随加载位移增加,说明当加载位移为5mm时桩与承台结合处出现裂缝,并在后续循环过程中裂缝不断发展,致使桩身混凝土退出工作,在单桩与承台的节点部位形成塑性铰,导致以后的加载过程弯矩不再增加。当埋深大于0. 5 m时,桩身弯矩接近于0。而图4 中,对于桩P-1 桩身弯矩随着加载位移的增加仍有大幅增加,桩身未出现裂缝,仍处于工作状态。通过继续加载,当加载至11 mm时桩P-1 桩与承台结合处出现裂缝。当埋深大于0. 6m时,桩身弯矩接近于0。比较两者的零点弯矩位置,桩顶嵌入承台1D较桩顶嵌入承台0. 22D的零点弯矩位置有一定下移。
表2 列出了桩P-1 和桩P-2 的开裂加载位移、开裂荷载、开裂弯矩的大小。
从表2 中可以看出桩顶嵌入承台1D的开裂位移比桩顶嵌入承台0. 22D的开裂位移增加了120% 、开裂荷载提高了88. 9% 、开裂弯矩增大了509% 。证明了桩P-1 较之桩P-2 有更好的抗弯承载力,说明桩嵌入承台的深度对桩身的水平受力性能有明显的影响,桩嵌入承台一定深度有助于提高桩身的抗弯承载力。
2. 2 桩顶位移分析
通过在加载架两侧架设位移计对加载架位移进行量测。假定加载架与承台为一刚体,不发生相对位移; 在桩身未开裂前桩头与承台一起转动,承台底部中心位移即为桩顶位移。由以上对桩身应力的分析得知,桩P-2 在加载到5 mm时桩身开裂,因此仅分析前五级桩顶位移变化。图6 为桩顶位移随加载位移变化曲线。
由图6 可以看出,桩顶位移随加载位移几乎呈线性增加。在相同加载位移条件下,桩顶嵌入承台1D的桩顶位移小于嵌入0. 22D的桩顶位移,且在加载初期两者桩顶位移相差不大,但随着加载的进行,桩P-2 的桩顶位移较桩P-1 有明显增加。
在给承台施加水平荷载时,承台不仅产生平动,也有相应的转动,在桩身未开裂时,承台将带动桩一起平动和转动,反之,桩对承台的平动和转动也有一定的约束作用。当桩顶嵌入承台深度较大时,桩对承台平动和转动的约束有较好的发挥。使得桩顶嵌入承台1D的桩顶位移比桩顶嵌入承台0. 22D的桩顶位移要小。说明桩顶嵌入承台的深度对桩顶位移的大小有显著影响。
2. 3 桩身弯矩与桩顶位移对比分析
当桩顶嵌入承台的深度不同时,承台对桩的约束作用也有不同。正如以上分析可知,桩顶嵌入承台1D的桩身弯矩比桩顶嵌入承台0. 22D的桩身弯矩要大,但是其桩顶位移却要小。当桩顶嵌入承台深度较大时,桩对承台的平动与转动约束作用明显,这样在相同加载位移条件下,承台的平动和转动较桩顶嵌入承台深度较小时的平动和转动均要小,承台中心的位移相应就较小,如以上假设,承台中心位移即桩顶位移,也就是说,桩顶位移相应较小。但是,在相同加载位移条件下,桩顶位移小,就意味着桩身的抗力大,因此要承受更大的弯矩。反之亦然,当桩身抗弯承载力较大时,能够更好的限制承台的平动和转动,使得桩顶位移较小。
3 结论
( 1) 桩顶嵌入承台1D相比嵌入承台0. 22D,桩的整体性更好,桩的水平受力性能普遍得以改善。
( 2) 桩顶嵌入承台的深度对弯矩分布趋势影响不大,弯矩均在桩与承台结合处最大,但桩顶嵌入承台1D桩的桩身弯矩零点位置较桩顶嵌入承台0. 22D有所下移。
( 3) 桩顶嵌入承台1D桩的开裂加载位移、开裂荷载、开裂弯矩均比桩顶嵌入承台0. 22D要大。桩顶嵌入承台一定深度明显提高了桩身的抗弯承载力。
( 4) 桩顶嵌入承台1D较桩顶嵌入承台0. 22D,桩身弯矩大,抗弯承载力高,对承台平动及转动的约束作用明显,相同加载位移条件下,桩顶位移小。
参考文献
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[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构试验方法标准.北京:中国建筑工业出版社,2012:23-25Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the Peoples's Republic of China.Standard for test method of concrete structures.Beijing:China Architecture&Building Press,2012:23-25
桩承载力 第5篇
建筑地基基础设计规范确定单桩竖向极限承载力方法如下：
作荷载-沉降(Q-s)曲线和其他辅助分析所需的曲线，
当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。
当出现变形过大中止加荷时，取前一级荷载值，
Q-s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。
按上述方法判断有困难时，可结合其他辅助分析方法综合判定。对桩基沉降有特殊要求者，应根据具体情况选取。
参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的30% 时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。注：对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，取最小值。
桩承载力 第6篇
作者单位：饶平县明太建筑工程有限公司
关键词：旋挖钻孔灌注桩成桩工艺；提高单桩承载力；应用及效果
华南沿海地区地带通常地质构造比较复杂，通常地质揭示层情况是粘土、粉土、粉细砂土、淤泥质土、粘土、全风化层、强风化层和中风化和岩层。对于承载力要求较高，建构筑物沉降位移值小且要求极为严格的地基处理提出了难题，采用端承摩擦桩，需要进行密集的地质勘探，几乎每根桩基基础要严格计算，或需要穿过中风化层进行崁入岩层，给施工带来不便。故设计中一般采用摩擦端承桩，有些特殊建筑不能采用PHC桩的情况下，只能选择采用灌注桩。华南沿海复杂地层中花岗岩的风化特性，最典型的是风化层厚，且厚度不均匀，岩质软弱，手捏碎散，遇水崩解，采用旋挖成孔，对桩孔周围破坏最少，不容易塌孔。成桩后，基桩受力时能充分发挥不同地层与桩身之间的侧壁摩阻力，从而提高桩基承载力。实践证明，旋挖钻孔灌注桩工艺对提高摩擦端承桩的承载力有着十分明显的效果。
1、工程概况
在大唐潮电早期桩基工程中，经检测，1#、2#炉各179根桩的单桩承载力都达不到设计要求。1#炉实施补桩方案，2#炉实施高压水泥浆旋喷方案。紧接下来的主厂房、集控楼、主变压器的桩基旋挖钻孔灌注桩的施工工艺克服了传统灌注桩成孔工艺易造成桩底沉渣和桩侧泥皮等固有缺陷，导致桩端阻力和桩侧摩阻力显著降低的缺点，取得了成功。
2、1号、2号锅炉基桩检测结论及分析
1#锅炉基桩施工由中铁19局完成，共179+66根，静载试验与高应变的检测结论反映：该基坑的单桩承载力特征值为3500kN。据了解，中铁19局的桩基成孔机具主要为冲击钻成孔，该种钻具成孔的特点是适合于本场地地层，护壁泥皮相对较薄，基桩受力时能充分发挥不同地层与桩身之间的侧壁摩阻力，从而达到提高桩基承载力的效果。
2#锅炉基桩施工由中铁16局完成（共179根），静载试验结果反映：该基坑的单桩承载力特征值在1500kN～2260 kN之间。据了解，中铁16局的桩基成孔机具全部为旋转钻成孔，该种钻具成孔的特点是适合于本场地地层，特别是考虑到该场地上部砂层较厚，容易塌孔的情况，护壁效果好。但如果泥浆配制不好，则容易形成护壁泥皮相对较厚，基桩受力时不能充分发挥不同地层与桩身之间的侧壁摩阻力，从而降低桩基承载力。本次2#锅炉基桩开挖检测出的泥皮厚度一般为3～4cm，最厚达9cm的事实充分说明了该基坑基桩承载力极低的原因是由泥皮及孔底沉渣过厚造成的（从静载试验的Q-S曲线也可看出）。
3、主厂房试桩结论
主厂房桩基的静载试验工作已完成，共3根试桩。初步试验结果分析，10#桩的极限承载力为7904kN，承载力特征值为3952kN；11#桩的极限承载力为6097kN，承载力特征值为3048.5kN；12#桩的极限承载力为7958kN，承载力特征值为3979kN。
根据监理提供的资料，3根桩的成桩情况如下：
10#桩：成桩编号为A-11-2，普通钻孔灌注桩，回转钻成孔，桩长45.0m，桩径1000mm，桩端进入风化花岗岩14.00m；
11#桩：成桩编号为A-12-3，普通钻孔灌注桩，回转钻成孔，桩长43.0m，桩径1000mm，桩端进入风化花岗岩14.50m；
12#桩：成桩编号为A-18-2，普通钻孔灌注桩，冲击钻成孔，桩长36.0m，桩径1000mm，桩端进入风化花岗岩5.0m。
4、目前急需解决的问题
⑴ 因已有3根试桩的单桩承载力特征值远低于5000kN，需重新考虑主厂房的布桩方案；
⑵ 选择何种桩型成孔、成桩工艺及合适的施工技术参数。
因工期紧迫，主厂房、集控楼的桩位图不能进行调整。建设方不同意再进行钻孔灌注桩的试桩工作
根据设计计算书及岩土工程资料，设计认为桩径1000mm、桩长35.0m的钻孔灌注桩单桩承载力取5000kN是合理的。但取值5000kN是在桩身侧壁摩阻力能充分发挥的前提下，而从目前的试桩及基桩的检测结果来看，都没有达到这一效果，除了施工原因外，不管是冲击钻还是旋转钻机具都不能达到应有的效果。
解决这一问题的办法是采用旋挖钻孔灌注桩，根据这种地层条件，以旋挖钻孔灌注桩成桩最快。
5、实施效果：
紧接下来的主厂房、集控楼、主变压器、前后导标基础等的桩基工程由北京振冲工程股份有限公司采取旋挖钻孔灌注桩工艺，发挥了优势，取得了成功。
⑴ 主厂房、集控楼、主变压器、前后导标等的桩基还是采用灌注桩，桩径和桩长大致不变，全部采用旋挖钻孔灌注桩工艺，单部旋挖机每天成孔成桩平均5根，大大提高了效率，抢回耽误的工期，使原定网络计划顺利实施。
⑵ 另外因为南方沿海地区花岗岩的风化特性，最典型的是风化层厚，且厚度不均匀，岩质软弱，手捏碎散，遇水崩解，采用旋挖成孔，对桩孔周围破坏最少，不容易塌孔。成桩后，基桩受力时能充分发挥不同地层与桩身之间的侧壁摩阻力，从而提高桩基承载力。经检测，采用此工艺成桩的承载力都达到设计要求。
单桩水平承载力数值研究 第7篇
桩的水平承载力计算方法共有三种,分别是弹性分析法、地基反力法和数值计算方法。Poulos的弹性分析法在地基处于弹性阶段时计算结果与实际较为相符,但在荷载较大时,地基土的表层会产生塑性变形,而且还可能会产生桩与桩周土体脱离的情况,与假定不相符。地基反力系数法应用Winkler地基模型,把桩周土离散为一个个单独作用的弹簧。某一弹簧受力时,仅该弹簧发生与作用力成正比例的压缩而和其他弹簧无关。
随着计算技术的迅速发展,人们将注意点转移到数值计算上来,将多种更加灵活实用的数值计算方法引入到水平荷载桩的分析计算中,使水平荷载桩的特性研究和设计分析技术水平取得了长足进展。所应用的数值计算方法主要有有限差分法、有限单元法和边界单元法。
FLAC3D是基于快速拉格朗日的有限差分法,有限差分法能适应成层土、变截面桩以及地基反力的任意分布形式,并使一些先进的本构模型在有限差分法的基础上得以应用和发展,使得水平承载桩的特性在分析中能被充分考虑,故更适于桩的水平承载力的分析。
1 FLAC3D模拟
土层采用上层为软土、下层为硬土的地基模型,本构关系采用Mohr-Coulomb模型,桩用实体单元来模拟。持力层都为硬土层,这里改变软土层的厚度和软土层的抗剪强度指标,计算出其在不同情况下的侧向位移(见图1)。
2 桩、土相互作用的三维性状分析
2.1 软土层厚度
软土层厚度分2.5 m,3.5 m,5 m三种情况计算,水平力均为100 kPa,计算参数见表1。由图2可见,随着软土层厚度的加大,桩顶侧向位移明显加大,从8.8 mm增大到12.5 mm。
2.2 软土层模量的变化
软土层土的压缩模量分别为1 MPa,2 MPa,3 MPa,4 MPa,水平力均为100 kPa,计算参数见表2。由图3可见,随着软土层压缩模量的加大,桩顶侧向位移明显减小,从17.5 mm减小到9.8 mm。
2.3 土的C,φ值变化
如表3所示,分别对土的C,φ值变化进行计算,当C值为8 kPa,12 kPa,18 kPa,24 kPa,φ值为2°,6°,10°,14°,18°时,而桩顶侧向位移却几乎没有变化,均为12.5 mm左右。
3 结语
本文对影响桩的水平承载力的几个因素进行了研究,结果表明:减小软土层厚度和加大软土层的压缩模量能明显地加大桩的水平承载力,但改变土的C,φ值却起不到作用,这对于很多工程实践,特别是通过地基处理来加大桩的水平承载力,提供了重要的参考依据。
参考文献
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单桩极限承载力灰色预测 第8篇
近年来,随着国民经济的发展,大量的高层建筑、高速公路等工程均需要优质的桩基础。静压管桩具有无噪声、无振动、无泥浆及无油烟等优点,并且在施工过程中,自始至终能够显示和记录压桩阻力,可以定量观察整个沉桩过程,且桩的承载力有保障,所以得到越来越广泛的应用,目前,我国静压桩应用的数量居全世界第一[1]。
根据有限的实测数据准确地预测桩的极限承载力有重要的现实意义[4,5],基于这一点,本文探讨了以灰色模型GM(1,1)预测单桩极限承载力的可行性。
1 灰色GM(1,1)模型
GM(1,1)模型是邓聚龙教授提出的灰色预测模型[6],其基本思想是对无规则的数据序列作一定变换,得到比较有规律的序列,从而可以用曲线比较准确地逼近。其优点是所需数据少,通常只要4个以上数据即可建模。
灰色理论是利用那些有限的、不完全确切的、表示系统行为特征的原始数据序列作生成变换后建立微分方程,推求或预测系统特征的全貌或发展趋势的方法。灰色预测模型(Grey Model)为一阶微分方程且只有一个自变量,记为GM(1,1)模型。对于桩荷载与沉降的关系,由于只有一个自变量,故可采用灰色预测模型GM(1,1)。
1.1 单桩极限承载力灰色GM(1,1)模型的建立
通过单桩静载试验,得出每级荷载下沉降的实测值,如果把沉降S看作为广义时间上的沉降,则可建立荷载序列的一阶动态微分方程GM(1,1)模型。记原始荷载序列和沉降序列为:
Q
S
累减荷载序列和沉降序列为:
Q
S
根据灰色系统的建模方法,建立一阶微分方程,记为GM(1,1)为:
其中,a为发展系数,mm-1;b为灰作用量,kN/mm。由最小二乘法,可得[a,b]T=(ATA)-1ATYn。
其中,
微分方程的解为:
式(7),式(8)即为P—S曲线的灰色模型公式,在进行单桩极限承载力预测时,a一般为正数,故当S→∞时,
1.2 模型精度的检验
记残差为:
残差的均值为:
残差方差为:
原始数据方差:
其方差比为:
C=S2/S1 (13)
小误差概率p为:
依据后验差比C和小误差概率p判定预测值的精度,精度标准[7]见表1。其中,C和p中只要有一个符合标准,就认为满足相应的精度要求。如果不满足精度要求,可根据残差序列建立带有残差的Verhulst模型进一步修正,直至满足精度要求为止。
2 工程实例
根据福建某工程试桩中的4根PHC管桩静载荷试验数据,建立灰色GM(1,1)模型,预测单桩极限承载力,计算结果见表2,图1～图4即为4根PHC管桩静载荷试验数据与预测结果的P—S曲线,结果显示预测值能够很好的接近实际监测值,在初步估计的情况下,模型的误差是可以接受的。从预测与实测结果对比看出,在最初的阶段两者有较大的误差,这与最初的沉降量较大、沉降没有规律有关,预测值反映出了沉降的实际规律。模型参数及模型精度检验结果见表3。
从表3中可见,灰色预测法预测的单桩极限承载力接近载荷试验破坏的荷载,而且预测精度较高,证明了灰色模型预测单桩极限承载力的可行性和合理性。
3 结语
1)从预测结果可知,灰色GM(1,1)模型能够较好的预测单桩承载力与沉降的关系,而且误差小、精度高,减少了常规方法的工作量,可以在类似工程中推广应用。
2)灰色GM(1,1)模型能有效削弱原始数据中随机项的影响,因而有较强的适应性。本文根据GM(1,1)模型预测单桩承载力,预测精度均属好。
3)运用灰色GM(1,1)预测方法,其可靠性好,具有较高的精度,能及时指导施工。但在实际工程中,一旦预测结果发生而成为实测,应用新陈代谢法则,即每补充一个新信息,去掉一个老的信息数据,以提高预测精度,反映实际情况。
参考文献
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[6]邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉:华中理工大学出版社,1988.
试桩及工程桩竖向承载力检测 第9篇
1 相关规范条文
与试桩和工程桩检测相关的规范条文如下:《建筑桩基技术规范》 (JGJ 94—2008) [1]第5.3.1条、第9.4.3条、第9.4.4条;《建筑基桩检测技术规范》 (JGJ 106—2003) [2]第3.3.1条、第3.3.5条、第3.3.6条;《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007—2011) [3]第8.5.6条、第8.5.8条;上述条文整理后见表1、表2。表中所列是试桩及工程桩单桩竖向承载力检测最主要的内容, 在实际工程中以上条文应结合项目的具体特点理解运用, 做到桩基工程安全适用、经济合理、确保质量。
2 实践应用
依据规范条文, 结合实践经验, 以下就试桩点布置、静载加载方式、静载数量、检测桩选择等等方面阐述一些具体应用方法。
依据已有勘察报告, 综合考虑成桩工艺、桩径、桩长、穿越土层、桩端进入的持力层、地下水位、对环境的影响, 结合上部建筑物初步设计方案, 可以选择的桩基类型会有若干种, 需要设计单位在综合比较后提供进行的试桩类型及桩位, 采用试桩施工图表示。试桩点一般选择临近单体基础所在区域, 试桩点处的土层分布应具有代表性。由于初步设计计算桩基时采用平均土层厚度, 而实际施工场地土层分布不可能均匀, 可根据地勘报告剖面, 选择侧阻力高值土层分布较薄, 侧阻力低值土层分布较厚的点位布置试桩;试桩竖向承载力静载试验一般为堆载;当单桩竖向承载力较高或现场平面位置有限无法布置堆载时, 可在试桩周边布置锚桩 (一般为4根) , 安装反力架。是否布置锚桩应事先确定, 由设计单位在做试桩设计时一并设计并出图。
为设计提供依据的试桩, 应加载至破坏, 这里的破坏是地基土对桩支承阻力的破坏, 卸载后的试桩承载力因土受到压密而增强, 不会对桩的正常使用造成不利影响。当桩的竖向承载力由桩身强度控制时, 静载试验要求加载不小于单桩承载力特征值的2.0倍。如果试桩按照单桩承载力特征值的2.0倍加载, 卸载后的试桩承载力因土受到压密而增强, 桩身也没有破坏, 可以在工程桩设计桩位上施工试桩, 试验后作为工程桩使用[4]。对于嵌岩桩, 如试桩后岩体破坏将不能恢复, 此时作为工程桩使用将达不到试桩的承载力, 试验后不能作为工程桩使用;对于侧、后压浆桩, 由于后注浆不属原土体的一部分, 试桩后浆体不能恢复, 试验后不能当做工程桩使用。
检测桩应按桩基检测规范相关规定选择;通过查询桩基施工记录确定施工质量有疑问的桩, 这些工程桩应做试验检测;在设计时单桩竖向承载力计算值偏低的桩, 在施工图中可注明为检测桩;如果桩基所在区域土层分布比较均匀, 检测桩应均匀随机选择;工程桩验收检测的静载试验一般为堆载, 要求加载不小于单桩承载力特征值的2.0倍;当单桩竖向承载力较高或现场平面位置有限无法布置堆载时, 可在施工图中注明检测桩位, 在检测桩周边布置锚桩, 同时应要求施工时加强非检测工程桩质量控制。
当工程桩与试桩成桩工艺一致且施工全过程无质量异常现象发生, 可将设计用试桩和工程验收用检测桩合并进行[4];在具体工程中, 如果桩基施工场地地质条件简单, 桩侧穿越土层分布均匀, 桩端持力层判断明确, 桩施工质量可靠性高, 可以通过有关单位组织专家论证会, 经各方认可, 将设计用试桩和工程验收用检测桩合并进行, 能够有效节约桩基工期和检测费用。
高应变检测的基本原理是在桩顶轴向施加一个冲击力, 使桩产生足够的贯入度, 实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应, 通过波动理论分析, 判定单桩竖向抗压承载力。大直径扩底桩、大直径端承灌注桩、大直径摩擦端承灌注桩, 桩长大于40m大直径摩擦桩在桩顶锤击时难以实现足够的贯入度, 不宜采用高应变进行竖向抗压承载力检测, 除此以外的桩基可采用高应变进行竖向抗压承载力检测。
3 结论
试桩和工程桩竖向承载力检测是桩基工程的重要内容, 鉴于桩基的重要性以及实际项目的多样性、复杂性, 为做到桩基工程安全适用、经济合理、确保质量, 论文归纳了现行国家规范中的相关规定, 结合实践经验阐述具体应用, 供相关工程人员参考。
参考文献
[1]JGJ 94—2008.建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]JGJ 106—2003.建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
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某项目碎石桩复合地基承载力分析 第10篇
碎石桩, 顾名思义是在进行复合地基处理时, 以碎石等粗颗粒砂石为主要原材料, 进行地基处理的一种方案。碎石桩按其桩体材料划分属于散体桩, 即无粘结强度的散体材料构成桩体。
碎石桩由于其是散体桩的一种, 一般按工艺可分为干法成孔碎石桩和湿法成孔碎石桩, 干法和湿法的主要区别在于成孔的工艺不同, 在无水的条件下通过振动、锤击等方法成孔统称为干法;而湿法主要工艺是在施工过程中采用边振动边加水冲的成孔工艺。
我国于1977年开始引入振冲法碎石桩工艺, 至今已有几十年的历史, 该方法也在我国各个建筑领域得到了广泛的应用。随着时间的发展, 以及现代工艺技术水平的提高, 从成桩工艺到桩体材料都进行了很大的改进。各种干法碎石桩施工技术蓬勃发展, 与湿法碎石桩并存, 是碎石桩技术发展的特色之一。碎石桩目前一般主要用于处理软弱地基土, 尤其是液化场地的软弱地基土, 它不仅具有提高承载力的功能, 而且能够提供液化排水通道, 有效的处理场地地基土液化。
2 工程简介
2.1 工程概况
拟建的某工程地上为框架结构, 梁板式筏形基础, 地上6层。考虑该建筑的结构形式, 结合场地地勘报告, 场地地面以下为饱和粉土, 场地经计算液化等级为严重, 同时, 由于该建筑没有地下室, 基础开挖后基底位于填土层或粉土层, 地基承载力不够, 故综合分析拟采用振冲挤密碎石桩, 在工程桩施工前, 在场地内先进行试桩。
2.2 地质情况
根据地勘报告桩长深度范围内土层特征分述如下:
第 (1) 层填土 (Q42m L) :分为两个亚层。第 (1) -1层杂填土 (Q42m L) :杂色, 堆积物成分主要为灰渣、砖块、砖屑卵石、碎石等, 松散状态, 具有高压缩性。平均层厚0.70 m。第 (1) -2层素填土 (Q42m L) :黄褐色, 含云母、氧化物、砖屑、煤屑、姜石, 湿, 稍密, 中等~高压缩性。平均层厚0.90 m。
第 (2) 层粉土 (Q41al) :黄褐色, 含云母、氧化物, 夹有粉细砂薄层, 湿, 中密~密实, 中等压缩性, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 干强度低, 韧性低。实测标贯击数介于2.5击~4.0击, 平均值N=3.2击。平均层厚2.0 m。
第 (3) 层粉土 (Q41al) :褐黄色, 含云母、氧化物, 夹有粉细砂薄层, 湿, 中等压缩性, 密实, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 干强度低, 韧性低。实测标贯击数介于2.7击~3.8击, 平均值N=3.0击。平均层厚2.64 m。
第 (4) 层粉土 (Q41al) :褐黄色, 含云母、氧化物, 夹有细砂薄层, 湿, 中等压缩性, 密实, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 干强度低, 韧性低。实测标贯击数介于4.0击~9.0击, 平均值N=6.3击。平均层厚2.44 m。
第 (5) 层粉土 (Q41al) :褐红~褐黄色, 含云母、氧化物, 夹有粉质黏土薄层, 湿, 中等压缩性, 密实, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 干强度低, 韧性低。实测标贯击数介于3.0击~8.0击, 平均值N=5.8击。平均层厚4.56 m。
第 (6) 层粉质粘土 (Q41al) :褐红~褐黄色, 含云母、氧化物, 夹有粉土、粉细砂薄层, 可塑~软塑状态, 中等压缩性, 无摇振反应, 光泽反应稍有光泽, 干强度中等, 韧性中等。实测标贯击数介于11.0击~15.0击, 平均值N=12.7击。平均层厚3.9 m。
3 试桩情况
3.1 试桩概况
本建筑工程桩施工前, 在场地内先进行3组试桩, 根据场地地勘情况, 确定拟施工的碎石桩试桩桩径为400 mm, 桩间距为1.0 m, 正方形布桩, 有效桩长8.5 m, 要求处理后地基承载力特征值达到130 k Pa, 液化指数小于4。试桩施工工艺采用振动水冲法成孔, 属于湿法工艺。
3.2 试桩结果
试桩正方形布置, 每组试桩为9根, 3组试桩共27根, 试桩检验是对复合地基最中间的试桩进行检验, 检验共分两部分, 一部分是对3组试桩进行单桩复合地基静载荷试验, 判断其承载力是否满足要求;另一部分是对3组试桩桩间土进行标准贯入试验, 通过标贯击数确定其液化处理效果是否满足要求。
3.2.1 单桩复合地基承载力检验
本次试桩检验采用以下检验方案:
1) 反力提供方式。
采用压重平台反力装置。
2) 试验设备。
a.提供试验所需配重不小于1 000 k N;
b.100 t手动千斤顶2台;
c.50 mm高精度百分表8只;
d.0.4级精密压力表2只;
e.基准梁4根, 基准桩8根;
f.正方形钢筋混凝土承压板两块 (边长1.0 m) 。
3) 试验目的。
检测复合地基承载力是否满足设计要求。
4) 试验加载装置。
采用油压千斤顶加载。
5) 荷载用放置于千斤顶上的压力传感器测定油压, 复合地基沉降采用位移传感器测量。
6) 试验加载方式。
采用慢速维持荷载法, 即逐级加载, 每级荷载达到相对稳定后加一级荷载, 直至满足终止加载条件之一, 然后分级卸载到零。
7) 加卸载与沉降观测。
a.加载分级:每级加载为26 k Pa, 具体分级见表1。
b.观测沉降:每加一次荷载, 在加载前后各读记承压板沉降量一次, 以后每0.5 h读记一次。
c.沉降相对稳定标准:当1 h内沉降量小于0.1 mm, 即可加下一级荷载。
d.卸载与卸载沉降观测:卸载分五级等量进行。每卸一级, 间隔0.5 h, 读记回弹量, 待卸完全部荷载后间隔3 h读记总回弹量。
k Pa
本次试验满足终止加载条件第c条:当达不到极限荷载, 而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。
3组试桩单桩复合地基静载荷试验结果见表2。
根据3组工程桩的单桩复合地基静载荷试验结果, 其平均值69.3 k Pa, 极差39 k Pa, 极差大于平均值的30%。根据《建筑地基处理技术规范》相关规定, 该复合地基承载力特征值无法评价。
3.2.2 液化处理效果检验
3组试桩的桩间土液化处理效果检验见表3。
根据3个标准贯入试验孔试验结果, 依据GB 50011—2001建筑抗震设计规范 (2008年版) 相关规定计算:在碎石桩处理深度范围内液化指数最大值为6.79, 最小值为4.70, 平均值为5.89, 液化指数均大于5, 小于15, 不满足设计要求。
4 二次试桩情况
4.1 试桩概况
第一次试桩完成后, 由于处理效果很不满意, 不仅液化没有处理好, 而且地基承载力也没有提高。考虑该种施工工艺在本场地无法达到预期的处理效果, 故必须进行2次试桩, 且要更换施工工艺, 考虑以前试桩采用湿法振动水冲成孔, 二次试桩采用振挤干法工艺成孔。
二次试桩桩身参数不变, 桩间距、布桩方式、有效桩长仍然同上一次试桩, 仅将成孔工艺由湿法振动水冲成孔改为振动挤密干法成孔。检验方法也同前一次试桩, 分为两部分, 对复合地基承载力和桩间土处理效果进行检测。
4.2 试桩结果
1) 承载力检验结果。
3组试桩单桩复合地基静载荷试验结果如表4所示。
根据3组工程桩的单桩复合地基静载荷试验结果, 其平均值130 k Pa, 极差0 k Pa, 极差不大于平均值的30%。根据《建筑地基处理技术规范》相关规定, 取130 k Pa为该复合地基承载力特征值, 满足要求。
2) 液化处理效果检验。
3组试桩的桩间土液化处理效果检验见表5。
依据GB 50011—2001建筑抗震设计规范 (2008年版) 相关规定计算:在碎石桩处理深度范围内液化指数最大值为1.76, 最小值为1.23, 平均值为1.52, 液化指数均大于0, 小于5, 满足要求。
5 结语
1) 碎石桩工程桩施工前, 应该在场地内部进行试桩, 试桩满足要求后方可进行工程桩施工。如试桩不满足要求, 应及时调整施工工艺。
2) 应根据场地地基土情况等因素综合分析确定碎石桩成孔工艺, 不当的施工工艺无法达到理想的处理效果。
3) 在软土地区, 尤其是承载力较低且液化场地选择碎石桩来提高承载力且处理液化, 是非常有效的手段。
参考文献
[1]赵明华, 姚琪阳, 陈昌富, 等.碎石桩复合地基模型试验[J].公路, 2003 (9) :13-17.
[2]吴廷杰, 杨志红.干振碎石桩的特性和设计计算研究[J].岩土工程学报, 1996 (10) :55-58.
支盘桩极限承载力预测方法的比较 第11篇
目前,对单桩极限承载力的确定,仍应根据规范通过现场静载荷试验确定。但是实际工程中由于静载荷试验要耗费大量的试桩费用和时间以及受试验终止条件等限制,在工程实践中往往未能将试桩压至破坏,从而给单桩竖向极限承载力的评价和确定增加了困难。因此,如何根据未达到极限荷载的单桩实测Q-s曲线,借助数学的方法推求单桩极限承载力,成了广大岩土工作者关心的课题。对此,国内外学者进行了大量研究,提出了多种数学模型预测方法如二次趋势曲线法[1]、双曲线法[2]、调整双曲线法[3]、指数曲线法[4,5]、灰色GM(1,1)预测法[6]等,它们均属于曲线拟合法,因其简单直观,且计算结果往往令人满意,因此在实际中运用较广。
挤扩支盘桩是从普通混凝土灌注桩衍生出来的一种新型变截面桩。与普通桩相比,它能够大幅度提高单桩承载力,在地下结构的基础设计中已经有着广泛的应用[7]。然而,挤扩支盘桩因其受力性状复杂,目前对其试桩极限承载力预测方面的研究内容尚不多见。前述几种常用于直杆桩的曲线拟合法是否再适用于支盘桩的极限承载力预估,用这些曲线拟合法预测的结果究竟是否可靠,都不得而知。因此,这方面的研究显得具有十分重要的现实意义。为此,本文结合笔者收集的支盘桩试桩资料,对几种常用的曲线拟合法和灰色GM(1,1)预测法进行初步的计算比较分析,以探讨各曲线拟合实际试桩资料的适应性情况。
1 常见的承载力预估方法
1.1 双曲线法
双曲线法由马来西亚Chin Fung Kee提出,其根据试验研究成果假定桩的Q-S曲线为双曲线,即[2]
则极限承载力为
式中,a、b均为待定参数,求出后由式(2)可得到单桩理论极限承载力。
1.2 调整双曲线法
调整双曲线法的方程为[3]
式(3)中,a、b、c均为待定参数;sm-1为倒数第二级荷载下的实测桩顶累计沉降量。s→∞时,Q趋于1/a,为单桩理论极限承载力。
1.3 指数曲线法
指数曲线法是在荷兰学者Van der Veen提出的指数形式方程的基础上而增加一个模型参数后形成的一种曲线拟合法,其方程形式为[5]
式(4)中,Qu为当s→∞时的理论极限承载力,a、b均为待定参数。这样,共有3个未确定参数。
1.4 二次趋势曲线法
二次趋势曲线法函数表达式为[1]
式(5)中:a、b、c为模型待定参数。取式(5)的极值,令:ddQs=0,解得s=s0,则Qu=Q(s0),即得到理论极限承载力Qu。
1.5 GM(1,1)预测法
由静载荷实验得到的Q-s曲线一般具有灰色指数特征,若把沉降s看作广义时间,则可建立荷载的一阶动态微分方程。设累计施加的荷载序列为{Q(1)(k)|k=1,2,…,n}、累计沉降序列为{s(1)(k)|k=1,2,…,n},则按照灰色系统的建模方法,可以得到一个一阶线性动态微分方程,记为GM(1,1),即
式(6)中,a为发展系数;b为灰作用量。
解方程式(6)可得用于单桩沉降预测的离散时间响应式为
式(7)中,^Q(1)(k)为第k级桩顶荷载的预测值。当s→∞时,^Q(1)(k)→b/a,即单桩的理论极限荷载预测值为Qu=b/a。
2 模型参数确定方法
上述几种模型的理论极限承载力Qu及待定参数a、b、c可根据单桩的m对试桩实测数据{Qi,si},利用最小二乘法原理,建立实测Qi与理论计算值^Qi的残差平方和最小化函数,即构建式(8)使得函数f达到最小时所计算出的Qu、a、b、c值即为所求待定参数
式(8)所示问题为一个优化问题,可采用优化算法确定。
单桩的理论极限承载力Qu的求法是假定沉降s趋于无穷大时对应的荷载。对工程应用而言,宜根据拟合曲线推定的桩顶沉降为40 mm时所对应的承载力Q40为确定的单桩极限承载力。
3 实例计算分析
以武汉动力市场大厦工程[7]为例,该工程地上17层,地下一层。基础试桩为挤扩支盘桩,主桩径为0.62 m,承力盘直径1.4 m,4个承力盘,有效桩长31 m,混凝土标号C30。
现根据1#和3#试桩静载荷试验实测数据{Qi,si}确定各模型的理论极限承载力Qu、参数a、b、c值及其它指标见表1所示。利用表1中各模型参数可以根据各曲线预估法确定理论预测值^Qi,结果见表2和表3,并可计算出桩顶沉降为40 mm时所对应的承载力Q40值及其它指标情况。由表1可见,对1#试桩,双曲线法与实测结果偏差最大,其计算荷载与实测荷载的累计残差平方和高于106,而指数曲线法与实测结果偏差最小,GM(1,1)预测法次之;对于3#试桩,与实测结果偏差最大的仍然是双曲线法,而调整双曲线法与实测结果偏差最小,指数曲线法次之。从拟合相关指数r来看,指数曲线法、调整双曲线法及GM(1,1)预测法对于1#和3#试桩均达到了0.99以上,均高于双曲线法的拟合相关指数;且由表中平均相对误差e可知,这三种方法均好于双曲线法和二次趋势预测法。
注:表中二次趋势曲线法数据来源于文献[1],表2和表3同。
为便于进一步比较,可绘制出各方法计算1#和3#试桩的Q-s曲线,分别如图1、图2。可见,各方法计算的Q-s曲线后期部分均落在了实测Q-s数据点的内侧,说明各方法预测的结果是偏于安全的。其中双曲线法预测结果最为保守,其它四种方法计算所得Q-s曲线后期趋势较为一致,与实测数据较为吻合。这里需要特别指出的是,对于3#试桩,双曲线法拟合计算所得整体Q-s曲线偏离实测数据点值较远,已难以反应Q-s曲线的整体发展趋势。可见,由于支盘桩受力性状的复杂性,适用于直杆桩承载力预估的双曲线法有时并不适用于支盘桩承载力预估。因此,双曲线法用于支盘桩试桩实测数据拟合计算时应慎用。而其它四种方法在实际应用中表现出了相对灵活性高和适应性强的特点。
通过比较发现,指数曲线法和GM(1,1)预测法拟合实测数据情况近于一致,这是因为GM(1,1)预测模型实际上隐含着指数特征,它有着与指数方程较为一致的指数增长趋势。
4 结论
(1)对几种曲线拟合法用于支盘桩单桩静载荷试验数据进行拟合计算,结果显示,对于支盘桩,由于其受力性状复杂,双曲线法有时效果不理想;指数曲线法、调整双曲线法及GM(1,1)预测法相对比较适用。
(2)各曲线拟合预估法作为辅助方法,均以假定的Q-s曲线为某一方程式,然后通过数学外推方式判定单桩极限承载力,使用时对于实际工程都有一定的风险,不易评价哪种方法具有绝对优势。因此,应避免单独采用某种方法判定单桩极限承载力,而应合理计算并综合比较多种方法选择较优者加以推定。
摘要：为探讨曲线拟合法用于挤扩支盘桩单桩极限承载力预估的适应性,将双曲线法、调整双曲线法、二次趋势预测法、指数曲线法及灰色GM(1,1)预测法5种预估方法应用于实际工程的试桩Q-s数据拟合计算中。结果表明,双曲线法计算结果有时偏差较大;指数曲线法、灰色GM(1,1)预测法及调整双曲线法的计算结果较为一致,与实测数据较为吻合且偏于安全,这三种方法具有较好的适应性,可供工程应用参考。
关键词：挤扩支盘桩,单桩极限承载力,曲线拟合法
参考文献
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[4]许小健,钱德玲,黄小平.差异演化算法用于单桩承载力指数曲线模型优化.岩土工程学报,2009;31(2):265—270
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[6]赵岚,王国体,许小健.微分进化算法在单桩极限承载力灰色优化预测中的应用.合肥工业大学学报(自然科学版),2009;32(2):245—248