（巖土工程專業(yè)論文）管樁靜壓過程中地基孔壓變化及樁承載力時(shí)效研究.pdf

激江太堂礤土堂焦論空 管樁靜壓過程中地基孔壓變化及樁承載力時(shí)效研究 摘要 預(yù)應(yīng)力管樁是預(yù)應(yīng)力技術(shù)和離心制管技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 由于其具有工程造 價(jià)較便宜 質(zhì)量容易保證 長鷹易調(diào)整 施工速度較快 施工j j 測方便等優(yōu)點(diǎn) 在臺(tái)朋遣送多裔層建筑中褥磊廣泛應(yīng)用 本文首先結(jié)合實(shí)際工程中存在的問題 對(duì)管樁壓入地基過瑕中及施工后的孔 壓 樁端阻 壓樁力 不同休l 匕期的承載力進(jìn)行了原型試驗(yàn) 獲得了超靜孔壓產(chǎn) 生 消散 承藏力時(shí)效等的試驗(yàn)結(jié)果 然后 運(yùn)糟v e s i c 蘺籬形擴(kuò)張理論 給蠹 了沉樁驥時(shí)超懿孑l 隙水嫗力的濺論公式 結(jié)合有關(guān)超黲孔隙水壓力躺散的解攢 解 分析了瞬時(shí)超靜孔隙水壓力產(chǎn)生及消散的規(guī)律 討論了徑向距離 土體彈性 禳量 孔壓系數(shù) 土體不攤水抗蒡強(qiáng)度 土體水平固結(jié)系數(shù)對(duì)獒的影響 根據(jù)有 效應(yīng)力駐理 結(jié)含拄土接觸蘑破壞形式 推導(dǎo)出單樁極限零載力時(shí)效數(shù)理論公式 分析了不同休止期的承藏力 討論了有效內(nèi)摩擦角 土體水平豳結(jié)系數(shù) 土體不 排水抗翁強(qiáng)度的影響 娥后 將原型試驗(yàn)實(shí)測結(jié)萊與理論分析結(jié)巢進(jìn)行了對(duì)比分 輯 進(jìn) 步驗(yàn)誕了趣孑l 壓產(chǎn)生 潰教及承載力囂雩效躲翅镎 據(jù)掇勞分?jǐn)€了理論秘 實(shí)測差別的原因 為工程實(shí)際掇供了一定的理論和實(shí)踐依據(jù) 關(guān)鍵讕 預(yù)應(yīng)力管桉超孔隙水壓力有效應(yīng)力原璇單樁承載力時(shí)效性 汝題太堂醯士堂焦論窯 一 a s t u d y o np o r ew a t e rp r e s s u r ea n dt i m ee f f e c to f p h e b e a r i n gc a p a c i t yc a u s e db y p e n e t r a t i o no f p r e s t r e s s e dc o n c r e t ep 漱 a b s t r a c t p r e s t r e s s e dc o n c r e t e p i l e w a s d e v e l o p e d b a s e do nt h e t e c h n o l o g y o f p r e c o m p r e s s i n ga n ds p u n i n gc o n c r e t e f o ri t sa d v a n t a g eo fc h e a p n e s s r e l i a b i l i t ya n d c o n v e n i e n c e i ti se x t e n s i v e l ya p p l i e dn o w a d a y s f i r s t l y a s s o c i a t e dw i t hp r a c t i c a le n g i n e e r i n gp r o b l e m s i n s i t ut e s t sa r ec o n d u c t e d t os t u d yt h ep o r ep r e s s u r e t i pr e s i s t a n c e s t a t i cp i l i n gf o r c e s b e a r i n gc a p a c i t yw i t h t i m ed u r i n ga n da f t e rp i l ei n s t a l l a t i o n e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r eo b t a i n e do nt h e g e n e r a t i o na n dd i s s i p a t i o no f p o r ep r e s s u r e t i m ee f f e c to f b e a r i n gc a p a c i t y e t c s e c o n d l y b a s e do nt h ec a v i t ye x p a n s i o nt h e o r yp r e s e n t e db yv e s l c a l le q u a t i o n f o rc a l c u l a t i n gi n s t a n t a n e o u sp o r ep r e s s u r ei sp r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h es o l u t i o nf o r d i s s i p a t i o no fp o r ep r e s s u r e t h er u l e sf o rg e n e r a t i o na n dd i s s i p a t i o no fp o r ep r e s s u r e a r ea n a l y z e d t h ei n f l u e n c eo fr a d i a ld i s t a n c e e l a s t i cm o d n l u s p o r ep r e s s u r e c o e f f i c i e n t u n d r a i n e ds t r e n g t h h o r i z o n t a lc o n s o l i d a t i o nc o e f f i c i e n ta r ed i s c u s s e d a c c o r d i n gt ot h ee f f e c t i v es t r e s st h e o r ya n dt h ef a i l u r ef o r mo fs o i l p i l ei n t e r f a c e a l l a n a l y t i c a ls o l u t i o ni sp r o p o s e df o rc a l c u l a t i n gt h eb e a r i n gc a p a c i t yo fp i l ew i 也t i m e a n dt h ei n f l u e n c eo f r e l a t i v ep a r a m e t e r sa r ea l s od i s c u s s e d f i n a l l y b yc o m p a r i s o no ft h e o r e t i c a la n a l y s i s m a dm e a s u r e dr e s u l t s t h er u l e s p r e s e n t e di nt h i sp a p e rf o rt h eg e n e r a t i o na n dd i s s i p a t i o no fp o r ep r e s s u r e a n dt h e t i m ee f f e c to f b e a r i n gc a p a c i 哆a r cv e r i f i e d n l ed i f f b r e n c eb e t w e e nt h et h e o r e t i c a la n d o b s e r v a t i o n si sa n a l y z e da n da s s e s s e d t h ew o r kc o m p l e t e di nt h i sp a p e rp r o v i d e s s o m et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lg r o u n d sf o rt h ea p p l i c a t i o no fs t a t i cp i l ei n s t a l l a t i o n k e yw o r d s p r e s t r e s s e dc o n c r e t ep i t e e x c e s s i v ep o r ep r e s s u r e e f f e c t i v e s t r e s s t h e o r y b e a r i n gc a p a c i t y t i m ee f f e c t l i 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 引言 穰慕是建筑耪程終梅物豹篷要基鶿澎式 當(dāng)工程不韙聚矮天然圭蠹基露 就必須用樁基承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載 樁基有多種類型 若按沉樁與周圍土體關(guān) 系而論 樁基可分為擠土樁冪西非擠 樁 擠j 二樁指的跫沉靛時(shí)將原有土體步 攤面形成樁身 例如常見的沉管灌注樁 頸制樁等 預(yù)制槭包括木樁 鋼摭 及砼樁 頸痰力管校是頸纛力技拳與離心裂管技拳穩(wěn)縫合懿產(chǎn)物 1 9 1 5 年澳大琴 l 亞人w r h u m e 發(fā)明了離心密實(shí)混凝土成型方法 日本于1 9 3 4 年開始制造鋼 筋混凝土離心管樁 1 9 6 2 年稍成預(yù)應(yīng)力管樁 簡稱p c 樁 1 9 7 0 年俸l 造了越 離強(qiáng)預(yù)波力管樁 簡稱p h c 我國應(yīng)用預(yù)瘦力管樁最早的地送應(yīng)推臺(tái)灣省 從6 0 年代中期開始生產(chǎn)和應(yīng)用p c 樁 北京豐臺(tái)橋粱工廠是我國研制和應(yīng)用 鞭痤力謦援最早囂j 廣家之一 大終在1 9 6 8 每開始戴囊生產(chǎn)奄4 0 0 8 0 秘棗5 5 0 1 0 0 的p c 樁 在鐵路工程和橋梁工程中廣泛應(yīng)用 1 9 8 0 年臼本人在香港建 廠生產(chǎn)颥應(yīng)力高強(qiáng)度混凝 管樁 p i e 穰 年代寒交通辭三航屆 9 0 年代 祝寶鋼二十冶開始生產(chǎn)p h c 樁 目前 我國大陸生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力管樁的廠家有7 0 8 0 家 主要分布在華東地區(qū)祁廣東省 僅廣東省年生產(chǎn)能力達(dá)1 2 0 0 萬米 以上 臻l 樁拳乎也魄 年1 l 參有了綴大翳提毫叫潮 1 由于預(yù)應(yīng)力管樁具有工程造價(jià)較便宜 質(zhì)量較可靠 長度易調(diào)魁 施工 速度快 藍(lán)溺方便等俊點(diǎn) 蟊葡己廣泛應(yīng)羯予工盈與愛角建筑 鐵耱 公鼴 橋梁 港口 碼頭等工程中 以工業(yè)與民用建筑用量最大 約占總爨的8 0 預(yù)應(yīng)力管樁不僅用于多層建筑 更多的用于高層建筑 1 2 預(yù)應(yīng)力預(yù)制管樁的分類及特點(diǎn) 管樁按濕凝 強(qiáng)魔等級(jí)分為 頸應(yīng)力混凝 營穰幫嘉強(qiáng)菠預(yù)應(yīng)力混凝主 管樁 翁者簡稱p c 樁 其混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般為c 6 0 和c 7 0 后者簡稱p h c 樁 瀹凝土強(qiáng)度等級(jí)為c 8 0 以上 一般要經(jīng) j 遘高壓蒸養(yǎng)才能生產(chǎn)出來 從成 型到傻援魏最短隧聞只纛3 4 天 麗p e 管撩有些廠豢采用鬻壓蒸汽養(yǎng)護(hù) 脫 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 模后再移入水池養(yǎng)護(hù)1 5 天左右 出廠時(shí)間較長 一般要經(jīng)過2 8 天才能施打 1 2 1 我國預(yù)應(yīng)力管樁的分類 5 1 嘲 在我國 后張法預(yù)應(yīng)力管樁 鋼管混凝土管樁等尚屬研制階段 國標(biāo) 先 張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 g b l 3 4 7 6 1 9 9 9 對(duì)預(yù)應(yīng)力預(yù)制管樁進(jìn)行分類 1 根據(jù)產(chǎn)品品種 預(yù)制管樁按強(qiáng)度等級(jí)可分為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 代號(hào) p c 和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁 代號(hào)p t i c p c 樁的離心混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低 于c 5 0 級(jí) 一般為c 6 0 p h c 樁的離心混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于c 8 0 級(jí) 2 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格 管樁按外徑分為3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 8 0 0 和1 0 0 0 m m 長度7 1 5 m 3 管樁按抗裂彎矩的大小分為a 型 a b 型 b 型和c 型 其含義是管 體上混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力的大小 常用管樁的規(guī)格及主要參數(shù)見表卜1 兒 表i 一1p c p h c p t c 管樁選用表 外徑壁厚節(jié)長混凝土 張拉控 混凝土有 樁裂彎矩 極限彎豎向承載 承豎向極 種類d tl 強(qiáng)度等型號(hào)制力 效預(yù)壓應(yīng)矩不小力設(shè)計(jì)值 限載力標(biāo) 力 不小于準(zhǔn)值 肌玎 1 1 1 m 級(jí) k n k n 曲 于r o m p a k mm k n q p k k n a5 7 23 7 79 91 4 82 1 0 03 3 0 0 5 0 0 1 0 09 一1 2c 6 0 預(yù)應(yīng)力 a b8 0 45 2 51 2 12 0 0 混凝士 a7 6 34 1 81 6 42 4 62 7 0 04 1 0 0 管樁 6 0 01 0 0 1 0 1 5 c 6 0 a b1 0 7 3 5 8 3 2 0 1 3 3 2 p c a7 5 33 8 81 6 42 4 62 9 0 04 5 0 0 6 0 01 1 0l o 1 5c 6 0 a l l1 0 7 35 4 22 0 l3 3 2 a5 7 23 7 79 91 4 82 8 0 04 8 0 0 5 0 01 0 091 2c 8 0 a b 8 0 4 5 2 71 2 12 0 0 高強(qiáng)預(yù) a7 6 34 坶1 6 4 2 4 6 3 4 0 05 9 0 0 應(yīng)力混 6 0 01 0 01 0 一1 5c 8 0 凝土管 a b1 0 7 35 8 42 0 13 3 2 樁 a7 6 33 8 91 6 42 4 63 8 0 06 5 0 0 p h c 6 0 01 1 0l o 1 5c 8 0a b1 0 7 35 4 22 0 l3 3 2 b1 6 1 08 0 42 3 94 3 03 6 0 0 6 3 0 0 薄壁預(yù) 2 7 84 0 19 0 01 5 0 0 應(yīng)力混 4 0 05 59 一1 2c 6 0 3 55 5 2 4 23 5 凝土管 樁 5 0 06 09 一1 2 0 f 3 6 53 7 l5 59 01 2 6 02 1 0 0 p t c 6 0 07 0 9 1 2 c 6 0 5 7 34 2i 0 01 8 01 8 6 0 3 1 0 0 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 另外預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)承載力 樁身強(qiáng)度與壁厚 節(jié)長等還與各生產(chǎn)廠 家的生產(chǎn)能力有關(guān) 1 2 2 預(yù)應(yīng)力管樁的特點(diǎn) 一 預(yù)應(yīng)力管樁的優(yōu)缺點(diǎn)咖圈叫呻m l m 羽 實(shí)踐證明預(yù)應(yīng)力管樁有如下優(yōu)點(diǎn) 1 單樁承載力高 由于管樁的樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)在c 6 0 c 8 0 之間 樁身強(qiáng)度高 并可打入中密 密實(shí)的砂礫層及強(qiáng)風(fēng)化巖層 樁端持力層經(jīng)過 強(qiáng)大的擠壓而極大地改變受力性能 因而可以獲得較大的單樁設(shè)計(jì)承載力 如臺(tái)州廣電中心工程采用p h c a b 6 0 0 1 1 0 管樁 以卵石為持力層 單樁豎 向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值q x 5 4 0 0 k n 2 設(shè)計(jì)選用范圍廣 由于管樁規(guī)格多 常見規(guī)格中3 0 0 8 0 0 單樁承 載力從6 0 0 k n 5 5 0 0 k n 既適用于多層建筑 也適用于高層建筑 且在同一 建筑物基礎(chǔ)中 還可根據(jù)樁荷載的大小采用不同直徑的管樁 既容易解決設(shè) 計(jì)布樁問題 也可發(fā)揮每根樁的最大承載力 并使樁基沉降均勻 3 持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng) 因?yàn)楣軜豆?jié)長長短不一 搭配靈活 接長方便 可隨時(shí)根據(jù)施工現(xiàn)場持力層深度的變化來調(diào)整接樁長 度 減少截樁 節(jié)約用樁量 4 單位承載力造價(jià)便宜 管樁每米造價(jià)比沉管灌注樁貴 但單樁承載 力高 一般情況下 管樁的單位承載力造價(jià)較鉆孔灌注樁 人工挖孔樁 預(yù) 制樁均便宜 5 運(yùn)輸?shù)跹b方便 接樁快捷 6 成樁長度不受施工機(jī)械的限制 管樁成樁長度短者5 6 米 如杭州 潮鳴小區(qū)二期樁長為6 米 長者可達(dá)到幾十米以上 根據(jù)地質(zhì)條件靈活搭配 7 施工速度快 工效高 工期短 主要表現(xiàn)在 施工前期準(zhǔn)備時(shí)間短 尤其p h c 樁 從生產(chǎn)到使用最短時(shí)間只需一周 施工速度快 8 樁身耐打 穿透力強(qiáng) 由于管樁樁身強(qiáng)度高 加上有一定的預(yù)應(yīng)力 受較大的壓力或沖擊力而不破裂 可以穿透5 6 米厚的密集砂隔層 9 施工文明 現(xiàn)場整潔 浙江大學(xué)碩士學(xué)位諗文 1 0 成樁質(zhì)量較可靠 由于工廠生產(chǎn) 樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠 加上管樁的 辯打耐壓往 只要穰豢施工時(shí)操作蔑范 談爽 成穰蕨量是備釋棱熬串最可 靠的 1 1 監(jiān)理 監(jiān)測方便 另 方面 預(yù)應(yīng)力管樁也有它豹鼴阻性翻缺點(diǎn) 主要表現(xiàn)在 1 所需的生產(chǎn) 施工設(shè)備投資較大 2 鬻錘壺法麓工辯 震淤鬻熬 噪音大 不憝在蠛區(qū)斑努夔 靂靜壓 法施工時(shí) 震動(dòng)和噪音較小 但靜壓樁架進(jìn)出場搬運(yùn)不方便 預(yù)應(yīng)力管樁施 工屬擠土樁 會(huì)給周圍環(huán)境造成不秘影響 3 打樁時(shí)送樁深度受限制 在深基坑開挖后截去的條樁較多 同時(shí)基 坑開挖時(shí) 若每次開挖的深度及開挖的順序不當(dāng)時(shí) 易產(chǎn)生樁體傾斜 4 有些德蔟條舞 強(qiáng)磊獲巖遣送巖溶壤層侔稔力篡露 是不襄采凄鈴 樁的 二 預(yù)應(yīng)力管樁適宜的地質(zhì)條件嘲n 3 m 4 曲 一般情況下 軟土 粘性土 粘 i 二 砂土及風(fēng)純基巖等地層條件可采閣 警樁 魍對(duì)以下四類情況不宣采用預(yù)旋力管摭 1 障礙物 老綦礎(chǔ)及孤石較多的地層不宣采用 主要原因是容易產(chǎn)生 懿下震爨事鼓 1 管樁不能全部進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層 有的樁打到設(shè)計(jì)持力層 滿足了設(shè)計(jì) 承載力的要求 有的槭打不下去 樁長裾差較多 承載力也不能滿足設(shè)計(jì)整 濃 2 樁尖接觸到孤石或地下障礙物時(shí) 械身會(huì)突然偏離原位產(chǎn)生大幅傾 斜 甚至?xí)勰龢顿?造殘辮檻褒象 3 管樁樁尖易破損 樁頭易打爛 2 有堅(jiān)硬夾層雖不髓作待力層對(duì)不宜黷靂或慎精 有些場魂存在有一 層或多層次密實(shí)狀態(tài)的砂礫層蠛卵石夾層 幽于厚度薄或下有軟弱腠 不能 作為持力層 樁基必須穿越此堅(jiān)硬夾層到下部設(shè)計(jì)堅(jiān)硬的持力層 管樁施工 逐裂這蹙夾瑟辯 要么穿不了 要么酸損搴綴毫 不g l 保諼工程戇壤量 3 石灰?guī)r地區(qū) 巖溶發(fā)育的地區(qū) 由于石灰?guī)r地區(qū)巖溶較發(fā)育 造成 4 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 的石芽和石溝使基巖巖面起伏變化極大 并發(fā)育淺部溶洞現(xiàn)象 加上石灰?guī)r 是水溶性巖石 不存在強(qiáng)風(fēng)化層 基巖表面直接是新鮮的巖石 強(qiáng)度高 在 這樣的地質(zhì)條件下進(jìn)行管樁施工 樁長很難控制 容易發(fā)生斷樁 斜樁 樁 身跑位及樁身穩(wěn)定性差等現(xiàn)象 4 從軟弱地層突變成堅(jiān)硬地層 在上軟下硬 軟硬突變的地層中 采 用錘擊法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí) 由于缺少一層 緩沖層 樁尖一接觸硬巖 層 貫入度就立即變小甚至為零 使得管樁樁身容易破損 另外 由于樁端 進(jìn)入持力層深度淺 樁的穩(wěn)定性差 當(dāng)布樁較密時(shí) 先打的樁容易被后打的 樁擠斜 擠動(dòng)及上抬 樁基質(zhì)量得不到保證 1 3 靜壓預(yù)應(yīng)力管樁的沉樁機(jī)理及擠土效應(yīng) 預(yù)制樁較多地采用打入法施工 但其錘擊和振動(dòng)所產(chǎn)生的噪音 地層擾 動(dòng) 廢氣 漏油 煙火等公害問題愈來愈嚴(yán)重 在城市建設(shè)中 對(duì)公害污染 的限制要求愈來愈高 因此 靜壓樁以其振動(dòng)小 噪音低 對(duì)環(huán)境影響小的 優(yōu)點(diǎn) 在我國越來越受到重視 靜壓樁在江 浙 滬 奧等沿海軟土分布較 廣的地區(qū)以及人口密度大的城市的應(yīng)用很廠一 取得了良好的效果 是一項(xiàng)很 有發(fā)展?jié)摿Φ氖┕ぜ夹g(shù) 1 3 1 飽和粘土中靜壓樁的貫入機(jī)理 靜壓樁施工時(shí)采用專用機(jī)架自重和配重或結(jié)構(gòu)物自重 通過壓梁或壓柱 力 以卷滑輪組或電動(dòng)油泵液壓方式施加在樁頂或樁身上 當(dāng)施加給樁的靜 壓力與樁的入土阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí) 樁在自重或靜壓作用下逐漸壓入地基 土中 壓樁過程中 沉樁速率一般保持在 定數(shù)值以內(nèi) 故可將樁體貫入視 為勻速直線運(yùn)動(dòng) 靜壓樁在貫入過程中造成了樁周土體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng) 樁尖以 下土體產(chǎn)生壓縮變形 隨著樁貫入壓力的增大 當(dāng)樁尖處土體所受壓力超過 其抗剪強(qiáng)度時(shí) 土體發(fā)生急劇變形而破壞 樁側(cè)土體產(chǎn)生塑性流動(dòng) 粘性土 或擠密側(cè)移和拖帶下沉 砂性土 樁尖下土體被向下和側(cè)向壓縮擠開 地表 處 粘性土體會(huì)向上隆起 地面深處由于上覆土層的壓力 土體主要向樁周 擠開 使貼近樁周土體結(jié)構(gòu)完全破壞 周圍土體亦受較大的擾動(dòng)影響 而樁 身受到土體強(qiáng)大的法向抗力所引起的樁周摩擦力和樁尖阻力的抵抗 同時(shí) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 對(duì)于飽和粘性土 由于瞬時(shí)排水固結(jié)效應(yīng)不明顯 樁體的貫入產(chǎn)生超靜孔隙 水應(yīng)力 隨后孔壓消散 g n n n n 變恢復(fù) 在樁周形成硬殼層剛l 9 3 1 5 3 對(duì) 于靜壓樁 由于其貫入過程近乎勻速 因此 從理論上講 采用準(zhǔn)靜態(tài)條件 下的靜力平衡對(duì)其模擬是合適的 1 3 2 研究方法 國際上對(duì)于靜壓樁的研究方法大致可以分為圓孔擴(kuò)張理論 c a v i t y e x d a n s i o nm e t h o d 簡稱c e m 應(yīng)變路徑法 s t r a i np a t hm e t h o d 簡稱s p m 有限元分析法 f i n i t ee l e m e n tm e t h o d 簡稱f e m 滑移線理論和模型槽試 驗(yàn)五類 3 1 圓孔擴(kuò)張理論 c e m 圓孔擴(kuò)張理論首先假設(shè)土體是理想彈塑性體 材料服從t r e s c a 或m o h r c o u l o m b 屈服準(zhǔn)則 根據(jù)彈塑性理論給出無限土體內(nèi) 具有初始半徑的柱 形孔或球形孔 被均勻分布的內(nèi)壓力只所擴(kuò)張的一般解 由于樁體貫入時(shí) 一定深度處的土體逐漸出現(xiàn)半徑為樁徑的孔洞 周圍一定范圍土體進(jìn)入塑性 狀態(tài) 因此 一般采用柱形孔擴(kuò)張來模擬除去靠近樁端和樁尖土體的變形情 況 b u t t e r f i e l d 和b a n e r j e e 5 8 1 首先提出將平面應(yīng)變條件下的柱形孔擴(kuò)張 用來解決樁體貫入問題 他們假定 土是均勻的 各向同性的理想彈塑性 材料 土體飽和 不可壓縮 土體屈服滿足h l o h r c o u l o m b 強(qiáng)度準(zhǔn)則 小孔擴(kuò)張前 土體具有各向等同的有效應(yīng)力 隨著內(nèi)壓咒的增大 圍繞柱 形孔的柱形區(qū)域?qū)⒂蓮椥誀顟B(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài) 塑性區(qū)隨只的增大而不斷擴(kuò)大 以外土體仍保持彈性狀態(tài) 圖l1 為圓筒形擴(kuò)張力學(xué)模型示意圖 圖卜1 圓筒形孔擴(kuò)張問題 6 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 按照土體體積不變的原理 求出該微分方程的解答 推出o o 及徑向 位移u 的表達(dá)式 對(duì)于壓樁引起的瞬時(shí)超孔隙水應(yīng)力 則采用亨克爾的孔壓 方程導(dǎo)出 肛盯 十口 1 1 c e m 提出之后 經(jīng)過v e s i cn 9 3 c a r t e r 等乜0 1 r a n d o l p h 等 1 的發(fā)展 已 經(jīng)成為解決沉樁對(duì)周圍土體影響應(yīng)用最為廣泛的一種方法 這與c e m 形式簡 單 易于求解是密不可分的 c e m 具有以下優(yōu)點(diǎn) 徑向?qū)ΨQ的平面應(yīng)變假 定將問題簡化為一維問題 未知變量數(shù)目很少 控制方程由一套復(fù)雜的偏 微分方程減為一個(gè)一次微分方程 可直接求解 由于求解方法的簡單性 可以對(duì)該貫入問題的許多復(fù)雜方面進(jìn)行考慮 如大應(yīng)變 高梯度 多重介質(zhì) 等 近年來 c e m 還發(fā)展到可以考慮材料應(yīng)變硬化 應(yīng)變軟化 2 1 等 這反 映在土體本構(gòu)模型的采用由簡單的m o h r c o u l o m b 模型發(fā)展為可以考慮應(yīng)變 硬化的修正劍橋模型 和應(yīng)變軟化的應(yīng)力一次跌落模型 從而有利于考慮土 體的實(shí)際變形特性 如剪脹等 這是c e m 的一大進(jìn)步 在國內(nèi) 陳云敏 李月健等m 伸5 沖州2 7 1 基于球形擴(kuò)張理論得到了球形擴(kuò) 張問題的一般解 探討了靜力壓樁的臨界深度和最小厚度 分析了粘性土地 基中群樁施工引起的地基位移和應(yīng)力場 陳云敏 溫世游等 3 2 8 3 從球空腔收 縮和擴(kuò)張理論為基礎(chǔ) 分析了塑性區(qū)中彈性變形對(duì)應(yīng)力和位移的影響 采用 考慮土體應(yīng)變軟化的彈一軟一塑性模型 得到球空腔收縮時(shí)彈性區(qū) 軟化區(qū)與 塑性流動(dòng)區(qū)的應(yīng)力和位移 軟化區(qū)和流動(dòng)區(qū)半徑解答 開展了拉壓模量不同 時(shí)球孔收縮問題的研究 得到了拉壓模量不同時(shí)球空腔收縮的應(yīng)力和位移的 解析解 王啟銅 2 1 等提出考慮土體拉 壓模量不同時(shí)的柱n s l f 張解答 另 7 漸 i 大學(xué)碩士學(xué)位論文 外 施建勇 2 和蔣明鏡 5 73 等還擬將 損傷 概念引入沉樁研究中 這也是 c e m 的發(fā)展方向之一 但是 應(yīng)當(dāng)指出 經(jīng)典的c e m 具有一個(gè)很大的缺點(diǎn) 即其將一維的圓孔 擴(kuò)張解應(yīng)用于樁體貫入這樣一個(gè)三維軸對(duì)稱問題 它假設(shè)應(yīng)力只與徑向坐標(biāo) r 有關(guān) 而與豎向坐標(biāo)z 無關(guān) 忽略孔壁豎向摩擦力t 的影響 然而 如前 所述 沉樁過程中t 顯然是存在的 它對(duì)土體中應(yīng)力和位移必定要產(chǎn)生 影響 c e m 對(duì)之未加考慮即予以忽略 這是不恰當(dāng)?shù)?c e m 模擬靜壓樁沉樁有 其合理的內(nèi)核 但尚存在上述問題 應(yīng)當(dāng)在c e m 的發(fā)展中對(duì)其進(jìn)行改進(jìn) 2 應(yīng)變路徑法 s p m 為克服c e m 的缺點(diǎn) b a l i g h 提出了應(yīng)變路徑法 他假設(shè)土體變形可在 不考慮本構(gòu)關(guān)系的情況下 推廣對(duì)速度積分求得變形 然后由微分求出應(yīng)變 將樁體貫入模擬為單個(gè)邊界以速度v 擴(kuò)大的球形孔沿豎向勻速運(yùn)動(dòng) 通過對(duì) 應(yīng)變路徑的描述 即三個(gè)偏應(yīng)變e i l 2 3 的分析 從而得出樁體貫入工 程中土體位移和應(yīng)變的變化情況 并得到了一些有意義的結(jié)論 發(fā)現(xiàn)樁 周一定范圍內(nèi)土體存在 應(yīng)變反轉(zhuǎn) 和主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象 土體有可能由 壓 變?yōu)?拉 這種現(xiàn)象將對(duì)應(yīng)力和孔壓產(chǎn)生顯著影響 而c e m 忽略土 單元的應(yīng)變路徑 無法對(duì)其加以解釋 證實(shí)了沉樁時(shí)土體可分為 塑性區(qū) 和 彈性區(qū) 兩部分 c e m 對(duì)彈性區(qū)的應(yīng)力和孔壓估計(jì)較為合理 指出了考 慮土體 擾動(dòng) 后性質(zhì)變化的重要性 較之c e m s p m 優(yōu)點(diǎn)在于 一方面可以考慮豎向貫入過程中 土體變形與 豎向坐標(biāo)的關(guān)系 另一方面可以考慮勻速貫入的連續(xù)性 所以 b a l i g h 等人 的研究有其獨(dú)到之處 它可以給出貫入過程中土體應(yīng)力 位移分布的大致情 瓣扛大學(xué)磺 學(xué)位諗文 爨 但是 s p m 也有其缺點(diǎn) 它本質(zhì)上只是 磅近似翡方法 囂且詩冀較為 繁瑣 可以將之與c e m 聯(lián)合起來考慮 互為補(bǔ)充 3 有限慕元法 f e m 有限單元法廣泛讖用予樁基計(jì)算中 它麓十分裔力靜計(jì)算工其 許多學(xué) 嚳已穆之弓l 入楗體貫入過翟分析孛 摭簿驗(yàn)有限單元分析有采用小應(yīng)變j 霹大 變形模型兩種類型 1 小變形分析 在小應(yīng)變分析中 將樁俸麓入預(yù)先鉆好的孔中 閆匿 體仍處于初始應(yīng) 力狀態(tài) 然后避學(xué)增熬麴望瞧璇坯詩籜 著緩定破壞蔫載饕予羹入瓣力 該 過程并非完全正確 因?yàn)樵陟o力貫入中 在樁側(cè)將產(chǎn)生很大的側(cè)向戍力 正 如所料 所產(chǎn)生的樁側(cè)應(yīng)力將導(dǎo)致實(shí)際阻力比小應(yīng)變結(jié)果要大 靜力貫入問 題的小應(yīng)變研究首先由d eb o r s 和v e r m e e r 3 3 給出 o r i f f i t b s 4 1 對(duì)鼷有光滑 滾瑟豹爨入儀瓣力逮露了分撰 國痰瓣援毽采靂變翳絡(luò)有黢元囂羚蕊樁 沉揀 進(jìn)行了數(shù)值模擬 得到了一些關(guān)于沉樁擠土效應(yīng)和超孔壓分布的成果洳3 2 大變形分析 在以往的分析中 尤其是經(jīng)典的g e m 中 一般均基于小變形假設(shè) 但搴 實(shí)上 在樁缽羹入過程中應(yīng)交穰大 囂近柱饜裝 體孛應(yīng)變爵達(dá)1 0 2 0 1 呈現(xiàn)出材料與幾何雙重非線性 這時(shí)周小變形假設(shè)顯然不合實(shí)際 而采 用大變形有限元?jiǎng)t有可能克服上述缺陷 在靜壓樁的沉樁機(jī)理及擠土效應(yīng)研 究中 為考慮土體材料 幾何雙重非線性 以及靜力貫入對(duì)初始應(yīng)力條件的 影穗 育必要蘩滔大變形有隈元 b a n e r j e e 藕f a t h a l l a h 發(fā)震了 套歐按 方程 邋過應(yīng)力變化率卻應(yīng)變變化率之間的關(guān)系 用有限元計(jì)算褥出了沉樁 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 過程中的應(yīng)力和孔隙水應(yīng)力 s i k o r a 等 同樣在假設(shè)大變形的拉格朗曰方程 基礎(chǔ)上 用時(shí)間積分的方法得出其有限元解答 雖然b a n e r j e e 等人的工作克 服了前人的研究中不考慮幾何非線性的不足 但其所用的歐拉方法卻很不方 便 所以k i o u s i s 7 1 等對(duì)此提出了改進(jìn) 近年來 國內(nèi)的謝永利 8 1 開展了土 體固結(jié)大變形的研究 魯祖統(tǒng) 建立了空間軸對(duì)稱問題考慮大變形和彈塑性 耦合的有限元方程和采用修正l a g r a n g i a n 算法的表達(dá)式 應(yīng)用虛功原理推得 了空間軸對(duì)稱問題采用修l a g r a n g i a n 格式的b l o t 固結(jié)有限元方法 并對(duì)單 樁壓入飽和粘土中樁和土體變形情況進(jìn)行了研究 應(yīng)該說 有限元在靜壓樁的沉樁機(jī)理及擠土效應(yīng)研究的分析中顯示出很 強(qiáng)的生命力 從理論上講 有限元方法可在工程計(jì)算中較為通用 它可以全 面地反映土體中的應(yīng)力 位移 孔壓情況 大變形有限元在理論上較為完美 但在現(xiàn)階段 有限元模擬樁基貫入還存在以下實(shí)際問題 貫入過程難以精 確地模擬 有限元計(jì)算精度嚴(yán)重依賴于本構(gòu)模型的選用 以及參數(shù)的確定 而現(xiàn)有土工試驗(yàn)試樣制備難度較大 模型參數(shù)確定的難度可想而知 試驗(yàn)中 一般采用重塑土的土性指標(biāo)來代替天然土的土性指標(biāo) 而這兩者差別很大 其帶來的誤差往往比不考慮大變形要大得多 因此 對(duì)靜壓樁貫入的有限元模擬以及更廣泛意義的沉樁過程 包括打入 式 鉆入式 的數(shù)值模擬作一些探索具有十分積極的意義 但是 將大變形有 限元法的理論成果應(yīng)用于實(shí)際分析 使其研究成果得到工程界的廣泛接受 尚有待于進(jìn) 步的探索 4 滑移線理論 m a y e r h o f 等學(xué)者 提出將貫入問題視為承載力問題 并采用滑移線理論 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 來解決 k o u m o t o 13 曾運(yùn)用它對(duì)與靜壓樁類似的靜力觸探貫入問題用差分法進(jìn) 行了三維分析 雖然本方法在數(shù)學(xué)上簡便 但似乎可靠性不高 因而采用的 人也不多 5 模型槽試驗(yàn) 由于對(duì)土體中靜力貫入問題的嚴(yán)格分析難度較大 所以人們紛紛借 助于模型槽試驗(yàn) 以建立貫入阻力和土體性質(zhì)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 上 述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可分為三類 與相對(duì)密度的關(guān)系 與摩擦角的關(guān)系 與狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系 模型槽試驗(yàn)中 一個(gè)重要的問題是土體位移和應(yīng)力及超孔壓的量測 人 們已在這方面取得了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn) b a n e r j e e 5 6 j 在樁體上安裝摩擦力和側(cè)壓 力測量元件 測定模型槽中樁體貫入過程中的應(yīng)力 至于土體位移的量測 劉祖德等 2 3 提出了顯微鏡跟蹤法 應(yīng)用于模型試驗(yàn)中 河海大學(xué)巖土工程研 究所已于1 9 9 6 年建造起 座大型多功能模型試驗(yàn)槽 側(cè)面設(shè)有有機(jī)玻璃觀察 窗 丁佩明 3 1 利用該模型槽進(jìn)行了砂土中的靜壓樁試驗(yàn) 通過在土體中按一 定的距離在垂直于試槽玻璃方向埋設(shè)長度小于5 m m 的大頭針 取得了有關(guān)壓 樁產(chǎn)生的土體位移的一些成果 由于模型槽尺寸有限 土體 樁體均按比例縮小 因此所得結(jié)果與現(xiàn)場 實(shí)際將有出入 因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)果依賴于模型槽的尺寸和采用的邊界類型 試驗(yàn) 值和現(xiàn)場實(shí)測值之間的差別將十分顯著 雖然模型槽試驗(yàn)廣泛用來得到貫入 阻力和土體性質(zhì)之間的關(guān)系 它仍具有以下一些不足之處 模型槽尺寸有 限 因此 在未對(duì)其結(jié)果作修正之前 無法應(yīng)用于工程實(shí)際 在建立基于 模型槽試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系式時(shí) 土體剛度常被忽略 一種土體中所得的模型 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 關(guān)系式不能直接用于另一種土體 模型縮小之后 土體自重的影響與實(shí)際 情況不符 因此只能作為定性分析 而無法得到精確的定量成果 1 4 本文的主要工作 1 4 1 研究背景 在巖土工程中 沉樁壓力和樁基承載力研究是一個(gè)十分重要的課題 沉 樁壓力即樁基沉入土層時(shí)所需施加的外部壓力 而靜力壓樁則是指用外加靜 壓力將樁沉到預(yù)定的深度 樁基承載力是指樁基承受荷載大小的能力 它與 樁身材料 樁徑 樁長 地基強(qiáng)度和沉樁方式有關(guān) 般來說 壓樁時(shí)需要 的壓力越大 樁基承載力也越大 預(yù)應(yīng)力管樁具有施工速度快 樁身質(zhì)量易保證 施工對(duì)環(huán)境影響小 造 價(jià)適中等特點(diǎn)而在沿海軟土地區(qū)廣泛采用 軟黏土具有結(jié)構(gòu)性強(qiáng) 靈敏度高 滲透性低等特點(diǎn) 壓樁時(shí)的擠土作用使周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng) 破壞并產(chǎn)生很高 的孔隙水壓力 樁周土的恢復(fù)需要一個(gè)較長時(shí)間 大量試驗(yàn)表明 不同土質(zhì) 不同樁型 不同尺寸 不同的壓樁方式的樁 其最終的單樁極限承載力比初 始值有較大的增長 達(dá)到穩(wěn)定值所需要的時(shí)間由幾十天到數(shù)百天不等 實(shí)際 中 從壓樁到投入使用往往要經(jīng)歷較長的時(shí)間 而目前對(duì)于單樁的極限承載 力試驗(yàn) 在工程界一般參照規(guī)范按2 5 d 休止期進(jìn)行 3 3 少數(shù)工程項(xiàng)目由于 工期的原因 休止期甚至更短 取得的試驗(yàn)值往往小于實(shí)際的單樁的極限承 載力 試樁沒有達(dá)到預(yù)期的目的 給工程造成極大的浪費(fèi) 當(dāng)擠土樁在靜力作用下被壓入土體 如軟中等硬度粘土 松散飽和粉土或 粉砂土層 時(shí) 樁對(duì)周圍往往會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng) 樁周土體中會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力 和位移 同時(shí)產(chǎn)生很高的超靜孔隙水壓力 特別是在飽和軟粘土地基中打入 激菠大學(xué)酸士學(xué)位論文 大批密集的樁群 擠 效應(yīng)尤為駔顯 由于 體的滲透系數(shù)小 困兩引起的 超靜孔隙壓力消散慢 孔壓在施工后 段時(shí)間內(nèi)的消散對(duì)土體的強(qiáng)度有很大 的影響 而土體強(qiáng)度的變化直接關(guān)系到樁的極限承載力 壓樁的影響主要表 現(xiàn)在對(duì)主體強(qiáng)發(fā)鮑兩耱效應(yīng)一 強(qiáng)純 效應(yīng)秘 松驄 效應(yīng) s e e d r e e s e 濰3 釉e i d e 等 研究發(fā)現(xiàn) 當(dāng)樁愿入糙性 后樁戇承載力會(huì)隨時(shí)間露增鴦秘 認(rèn)為 這主要是由于聰樁時(shí)引起的超靜孔隙水壓力隨時(shí)間消敞引起的 因此樁基設(shè)計(jì)中分析沉樁弓f 起的超孔隙水壓力的上升及消散規(guī)律 考慮 擎樁承載力斡辯淘效應(yīng) 研究靜蘸預(yù)波力管穰壓柱力與裰限窳載力瓣關(guān)系對(duì) 王程實(shí)鼯是有羹要指導(dǎo)意義 遵過對(duì)螽刪地囂靜壓琰應(yīng)力管糖沉援引起的孔 隙水壓力及承載力時(shí)效研究 為樁基設(shè)計(jì) 設(shè)備和參數(shù)選擇 施工可行性 工程監(jiān)理提供參考 1 4 2 本文主要工作 本文主要王l 睪包攝接土枧瑾疆究 瞬時(shí)越羚孔援戇求鰓及超靜張壓消教 規(guī)律研究 承載力時(shí)效理論計(jì)簿以及它們在工程中的應(yīng)用研究四個(gè)方面 1 回顧預(yù)應(yīng)力管樁的發(fā)展歷史 分析熟使用的優(yōu)缺點(diǎn)及適用的地質(zhì)條 件 闡述了靜壓沉樁擠土梳理及國內(nèi)外研究方法 繚合臺(tái)娜實(shí)際翹矮條件 爨輯冀磷究熬羹要洼及工程意義 2 結(jié)合實(shí)際工穰存在的問題及現(xiàn)有水平 通過國內(nèi)外原型觀測方法的 分析比較 對(duì)鎊樁壓入地基過程中及施工后的孔隙水壓力 壓樁力 端阻力 不同休止期的承載力進(jìn)行了原型試驗(yàn) 獲得了超靜孑l 雁產(chǎn)生 清散 承載力時(shí) 效等熬試驗(yàn)縫鬃 分輯了耀關(guān)魂象及試驗(yàn)縫暴豹變化燕律 3 通過v e s i c 圓筒形擴(kuò)張理論 采用平面應(yīng)變軸對(duì)稱微分方程求出沉 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 樁瞬時(shí)超孔隙水壓力的理論公式 分析不排水剪強(qiáng)度隨深度的變化規(guī)律 討 論了各種影響因素 如不排水剪強(qiáng)度c u 徑向距離r 土體彈性模量e 等 對(duì) 超孔壓的影響 運(yùn)用分離變量法分析超靜孔壓消散規(guī)律 討論了各種因素 剛 度比i 不排水剪c 水平囤結(jié)系數(shù)c 等的影響 同時(shí)對(duì)理論計(jì)算與上述實(shí) 測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比 分析 驗(yàn)證了超孔壓產(chǎn)生 消散的規(guī)律 為工程實(shí)際提供 一定的理論依據(jù) 4 根據(jù)有效應(yīng)力原理 結(jié)合樁土接觸面的破壞形式 考慮超孔壓消散 變化規(guī)律 推導(dǎo)單樁極限承載力時(shí)效的理論公式 分析不同休止期的承載力 討論各種因素 如不排水剪強(qiáng)度c 有效內(nèi)摩擦角巾 水平固結(jié)系數(shù)c 等 對(duì)不同休止期的承載力的影響 同時(shí)對(duì)理論計(jì)算與上述實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比 分析 驗(yàn)證了承載力時(shí)效的規(guī)律 為工程實(shí)際提供一定的理論依據(jù) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章管樁靜壓過程中地基子l 壓變化及樁 承載力時(shí)效試驗(yàn)研究 2 1 工程試驗(yàn)概況 管樁沉樁過程中引起的孔壓上升及沉樁后的孔壓消散 使沉樁后土體強(qiáng) 度逐漸恢復(fù) 消散的超孔隙水壓力轉(zhuǎn)化為土的有效應(yīng)力 直接貢獻(xiàn)于樁側(cè)摩 阻力 而樁端阻力變化甚微 于是產(chǎn)生單樁承載力的時(shí)效性能 尤其對(duì)于4 0 多米的長樁 影響將更加明顯 為了更好地了解沉樁時(shí)超孔隙水壓力的上升 及后期的消散規(guī)律 沉樁及靜載試驗(yàn)時(shí)樁身 樁端阻力的變化規(guī)律 原型觀 測將顯得更加重要 2 1 1 概述 一 孔隙水壓力測試現(xiàn)狀 5 4 7 1 一 孔壓靜力觸探儀測試 孔壓靜力觸探儀是把測孔隙水壓力的傳感元件和標(biāo)準(zhǔn)的靜力觸探儀組合 在一起 可同時(shí)進(jìn)行孔隙水壓力和靜力觸探的原位測試 它適用予各種土層 但不適用長期觀測 二 孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)測試 1 孔隙水壓力計(jì)的類型有 液壓式 電氣式 包括粘著型電阻式 電感 式和差動(dòng)電阻式等 鋼弦式及氣壓平衡式等 其中粘著電阻式和電感式國內(nèi) 己很少應(yīng)用 1 液壓式空隙水壓力計(jì)常用的為封閉雙管式 它由測頭 傳壓導(dǎo)管和 測量系統(tǒng)組成 當(dāng)測頭埋入土中 空隙水壓力通過透水石及傳壓導(dǎo)管到零位 指示器 使水銀面發(fā)生變化 用活塞調(diào)壓筒調(diào)節(jié)壓力使水銀面回到起始位置 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 則壓力表上所示的壓力值就是測讀的空隙水壓力值 經(jīng)過計(jì)算可得地基中的 空隙水壓力值 適用于滲透系數(shù) 1 0 4 c m s 的土層 量測精度 2 k p a 測試 期 1 個(gè)月 測量范圍一4 0 k p a 6 0 0 k p a 2 氣壓平衡式空隙水壓力計(jì)工作原理是 土體中空隙水壓力作用于薄 膜上 薄膜變形與接觸鈕接觸 于是電路接通 燈泡發(fā)亮 此時(shí)從進(jìn)氣口通 入壓縮空氣壓回薄膜 燈炮熄滅 膜內(nèi)的壓力和空隙水壓力平衡 壓力表指 示的即為空隙水壓力 適用于各種土層 量測精度 l o k p a 測試期 2k p a 測試期 1 個(gè)月 4 差動(dòng)電阻式空隙水壓力計(jì)由兩部分組成 測頭部分包括外力作用 的感應(yīng)部件 膜盒 和電轉(zhuǎn)換部件 電阻應(yīng)變計(jì) 測量部分是指示器 比例電 橋 適用于各種土層 量測精度 一2 k p a 測試期 1 個(gè)月 2 儀器的埋設(shè)方法 1 鉆孑l 埋設(shè)法 在埋設(shè)地點(diǎn)用鉆探機(jī)具鉆孔 達(dá)到要求的深度或標(biāo)高后 先在孔底填入部分干凈的細(xì)砂 將測頭放入 再在測頭周圍填砂 最后用膨 脹性粘土將上部鉆孔全部封好 2 壓入埋設(shè)法 如果土質(zhì)較軟 可將測頭緩緩壓至埋設(shè)標(biāo)高 若有困難 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 時(shí) 可先成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上1 m 處 再將測頭壓入 上部嚴(yán)密封好 成孔時(shí) 原則上不應(yīng)采用水泥漿護(hù)壁 如采用泥漿護(hù)壁則以清水清孔 清除護(hù)壁泥漿 采用鉆孔法時(shí) 測頭周圍土體的原有孔隙水壓力消散 同時(shí)測頭周圍填 砂 難以達(dá)到原有土體的密度 因此測頭周圍土體將發(fā)生變形 而采用壓入 法時(shí) 對(duì)測頭周圍土體的劇烈擾動(dòng)也將引起相當(dāng)大的附加超孔隙水壓力 因 此不論哪種方法都不可避免地要改變土體中的孔隙水壓力 所以 應(yīng)在施工 前較早地埋設(shè)好測頭 測頭在埋設(shè)前后 均應(yīng)量測其初測值 即零漂值 二 樁身內(nèi)力測試現(xiàn)狀m 4 為了比較準(zhǔn)確地了解樁頂荷載作用下樁側(cè)土的阻力及樁端土阻力的變化 情況 需要在樁身中土層變化部位和樁端埋設(shè)量測元件 這些元件主要有振 弦式鋼筋應(yīng)力計(jì) 電阻應(yīng)變片 測桿式應(yīng)變計(jì)和振弦式反力計(jì) 1 振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì) 在樁頂荷載作用下 埋設(shè)于樁身中的振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì) 簡稱鋼筋應(yīng)力計(jì) 中的鋼弦會(huì)產(chǎn)生微量變形 從而改變了鋼弦的原有應(yīng)力狀態(tài)及自振頻率 鋼 筋應(yīng)力計(jì)在室內(nèi)預(yù)先標(biāo)定 不同的鋼筋應(yīng)力值得出不同的自振頻率 從而得 到應(yīng)力與頻率關(guān)系的標(biāo)定曲線 在現(xiàn)場測得鋼筋應(yīng)力計(jì)頻率的變化后 就可 按標(biāo)定曲線得出樁身鋼筋所承受的軸向力 鋼筋應(yīng)力計(jì)在埋設(shè)過程中如有損壞 應(yīng)予更換 當(dāng)鋼筋籠入孔之后 灌 注混凝土之前應(yīng)統(tǒng)測一遍 如有損壞 馬上更換 以確保鋼筋應(yīng)力計(jì)的成活 率 2 電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片主要用來量測樁身的應(yīng)變 它的工作部分是粘貼在極薄的絕緣 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 材料上的金屬絲 在軸向荷載作用下 樁身發(fā)生應(yīng)變 粘貼在樁上應(yīng)變片的 電阻絲也隨之發(fā)生變化 導(dǎo)致其自身電阻的變化 通過量測應(yīng)變片電阻的變 化就可得到樁身的應(yīng)變 進(jìn)而得到樁身應(yīng)力的變化情況 為了保證應(yīng)變片的良好工作狀態(tài) 應(yīng)選用基底很薄而且剛性較小的應(yīng)變 片和抗剪強(qiáng)度較高的粘結(jié)劑 同時(shí) 為了克服由于工作環(huán)境溫度變化而引起 應(yīng)變片的溫度效應(yīng) 量測時(shí)應(yīng)采用溫度補(bǔ)償片予以清除 3 測桿式應(yīng)變計(jì) 在國外 以美國材料及試驗(yàn)學(xué)會(huì) a s t m 推薦的量測樁身應(yīng)變的方法最為 常用 其基本方法是沿樁身的不同標(biāo)高處預(yù)埋不同長度的金屬管和測桿 用 千分表量測桿趾部相對(duì)于樁頂處的下沉量 經(jīng)過計(jì)算而求出應(yīng)變與荷載 此時(shí) 樁端阻力一般是用埋置于樁端的扁千斤頂量測得到的 4 振弦式反力計(jì) 軸力計(jì) 振弦式反力計(jì)主要用來測量基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)物的反力 靜壓樁沉樁或試 驗(yàn)時(shí)的樁端反力 它們工作部分是反力計(jì)中的鋼弦在反力作用下產(chǎn)生微量變 形 從而改變了鋼弦原有的應(yīng)力狀態(tài)及自振頻率 反力計(jì)應(yīng)預(yù)先標(biāo)定 不同 的反力值得出不同的白振頻率 從而得出反力與頻率關(guān)系的標(biāo)定曲線 三 靜載荷試驗(yàn) 9 1 3 1 4 刪 1 加載反力裝置 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)的加載裝置一般選用單臺(tái)或多臺(tái)同型號(hào)的千斤 頂并聯(lián)加載 千斤頂加載反力裝置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件采取下列三種形式之一 1 錨樁橫梁反力裝置 錨樁橫梁反力裝置一般錨樁至少要四根 用灌注樁作錨樁時(shí) 其鋼筋籠 1 8 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 要沿樁身長配置 如用預(yù)制長樁做錨樁 要加強(qiáng)接頭的連接 錨樁的設(shè)計(jì)參 數(shù)應(yīng)按抗拔樁的規(guī)定計(jì)算確定 同時(shí) 在試驗(yàn)過程中必須對(duì)錨樁的上拔量進(jìn) 行監(jiān)測 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 j t j l 0 2 4 1 9 8 5 規(guī)定 橋涵基樁兼 作錨樁時(shí) 其上拔量不得大于1 5 m m 另外 橫梁的剛度 強(qiáng)度以及錨樁鋼筋 總斷面等在試驗(yàn)前都要進(jìn)行驗(yàn)算 當(dāng)樁身承載力較大時(shí) 橫梁自重有時(shí)很大 這時(shí)它就需要放置在其它工程樁之上 而且基準(zhǔn)梁亦應(yīng)放在其它工程樁上較 為穩(wěn)妥 這種加載方法的不足之處在于它對(duì)樁身承載力很大的鉆孔灌注樁無 法進(jìn)行隨機(jī)抽樣 2 壓重平臺(tái)反力裝置 壓重平臺(tái)反力裝置 堆載材料一般為鐵錠 混凝土塊或沙袋 堆載最好 在試驗(yàn)前一次加上 均勻?qū)ΨQ地放置于平臺(tái)上 在軟土地基上放置大量堆載 將引起地面較大下沉 這時(shí)基準(zhǔn)梁要支撐在其他工程樁上并遠(yuǎn)離沉降影響范 圍 作為基準(zhǔn)梁的工字鋼應(yīng)盡量長些 但其高跨比以不小于1 4 0 為宣 堆載 的優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)試樁進(jìn)行隨機(jī)抽樣 適合不配或少配筋的樁 3 錨樁壓重聯(lián)合反力裝囂 當(dāng)試樁最大加載重量超過錨樁的抗拔能力時(shí) 可在錨樁或橫梁上配重 由 錨樁與堆重共同承擔(dān)上拔力 由于堆載的作用 錨樁混凝土裂縫的開展就可 以得到有效的控制 這種反力裝置的缺點(diǎn)是桁架或橫梁上掛重或堆重的存在 使得由于樁的突發(fā)性破壞所引起的振動(dòng) 反彈對(duì)安全不利 千斤頂應(yīng)平放于試樁中心 并保持嚴(yán)格的物理對(duì)中 當(dāng)采用兩個(gè)以上千 斤頂并聯(lián)加載時(shí) 其上下部應(yīng)設(shè)置足夠剛度的鋼墊箱 并使千斤頂?shù)暮狭ν?過試樁中心 1 9 浙江大學(xué)碗士學(xué)位論文 上述各種加載方式中 試械 錨樁和基準(zhǔn)樁之間的中心躐離應(yīng)符合表2 1 的規(guī)定 表中d 為樁徑或邊長 襲2 t 試楗 鬟壤鞫基漤棱之海審心距離 試樁與錨樁 聯(lián)重平 基準(zhǔn)樁與錨樁 反力系數(shù)試接與基準(zhǔn)樁 壓重平臺(tái)支力墩 臺(tái)支力墩逑 邊 錨摭橫梁反力裝置 4 d 4 d 4 d 壓熏平臺(tái)反力裝置術(shù)2 o m術(shù)2 o m術(shù)2 o m 2 測試儀表 蕊載露霜敬愛予予廳頸土鶼應(yīng)力強(qiáng) 應(yīng)交式壓力傳感囂蓬揍測定 亦可 采用并聯(lián)于千斤頂上的離精度壓力表測定油壓 壓力表的糖度等級(jí)一般為 0 4 并根據(jù)千斤頂?shù)呐e定曲線換算成荷載 燕要的樁基試驗(yàn)尚需在千斤頂上 放置應(yīng)力環(huán)或聰力傳感器 實(shí)際雙控校正 沉降溺量 般采臻藿分裘成毫瓣位移詩 對(duì)手大鲞徑援 應(yīng)在柱的囂令 正交直徑方向?qū)ΨQ安裝4 個(gè)位移測試儀表 中 小壹徑樁可安裝2 個(gè)或3 個(gè) 沉降測定平面離開樁頂?shù)木嚯x不應(yīng)小于0 5 倍樁徑 固定和支澈百分表 的夾具和橫梁在構(gòu)造上應(yīng)確保不因氣溫 振動(dòng)及冀它外界因素的影響而發(fā) 生釜懇變位 巍采蔫爆載反力裝置辯 免了耱止港載事l 趨懿縫蟊下沉影響鐨l 讀精度 應(yīng)用水準(zhǔn)儀對(duì)基準(zhǔn)粱進(jìn)季亍監(jiān)控 3 試驗(yàn)方法 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)根據(jù)加載方式不同有慢速法 快速法 等貫入 速率法鞠循環(huán)釉載幫載法等 1 慢速法 慢速法是慢速維持荷載法的簡稱 即先逐級(jí)加