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单桩竖向极限承载力

已有 8527 次阅读 2009-8-26 08:31 |个人分类:岩土工程|系统分类:科普集锦

1、单桩的竖向极限承载力标准值的基本概念­

        单桩的竖向极限承载力标准值是基桩承载力的最基本参数,其他如特征值、设计值都是根据竖向极限承载力标准值计算出来的。新旧桩基规范对单桩的竖向极限承载力标准值的定义是一致的,是指单桩在竖向荷载作用下达到破坏状态前或出现不适合继续承载的变形时所对应的最大荷载,它取决于对桩的支承阻力和桩身材料强度。­

        对单桩竖向极限承载力的影响,一方面是可以人为控制的,包括桩的类型、材料、截面尺寸、入土深度、桩端进入持力层深度、成桩后休止时间以及成桩施工方法等;另一方面由桩端、桩侧土的性质决定,体现为土的极限侧阻力和极限端阻力,是决定承载力的基本因素,但其发挥受一方面因素的影响。­

        《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002和《建筑基桩检测技术规范》均规定了单桩竖向极限承载力标准值确定方法,一般根据以下几点综合分析确定:­

        (1)根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型Q-S曲线,取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。­

        (2)根据沉降随时间变化的特征确定:取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。­

        (3)某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍,或桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍,且经24h尚未达到相对稳定标准,或已达到设计要求的最大加载量,取前一级荷载值。­

        (4)对于缓变型Q-S曲线可根据沉降量确定,宜取s=40mm对应的荷载值;当桩长大于40mm时,宜考虑桩身弹性压缩量;对直径大于或等于800mm的桩,可取s=0.05D(D为桩端直径)对应的荷载值。­

        对于单桩竖向抗压极限承载力标准值应明确以下几个概念:­

        (1)它是实测值统计的结果;­

        (2)根据规范公式计算的极限承载力标准值为设定极限承载力标准值,实际值应由实测值最后确定;­

        (3)一些工程中,桩的检测没有达到极限承载力,而是根据规范公式计算出的设定值进行检测设计,达到设定值即终止检测,,而没有真正得到桩的极限承载力标准值,造成一定程度的浪费。­

2、桩侧阻力和端阻力经验参数的调整背景

        2.1 单桩侧阻力和端阻力经验参数的本质

        这两个参数的本质是经验统计值,一般按照土的类别、物理性质指标(液性指数或密实度)和桩入土深度给出。这些数值是根据大量的基桩静载试验结果经统计分析得到的。因此规范公式的可靠性如何,直接取决于作为统计依据的试桩数量、地区分布、桩长分布及统计分析方法。因此,这两个参数需要随着试桩成果的积累不断进行改进。

        桩端阻力和桩侧阻力各自的发挥规律,不仅与土层的类别有关,还与土层的结构、桩的设置及类型、桩身材料与尺寸、施加荷载的水平、时间等因素有关。

        2.2 经验参数在JGJ94-94规范中的应用情况

        JGJ94-94规范中提出了较为完整的桩的极限侧、端阻力标准值表,从其颁布至今的十年间,桩基础作为常用的基础形式,已在全国各地得到越来越广泛的应用,同时也积累了大量试桩资料和丰富的设计、施工及使用经验。这期间应用JGJ94-94规范中表5.2.8-1、5.2.8-2(分别见表7.3-1、表7.3-2)给出的值来计算单桩竖向极限承载力标准值,对桩基础的设计发挥了重要作用。同时也发现了一些问题,例如,由于所收集的资料限制,水下钻(冲)孔桩桩端阻力的入土深度分为5、10、15及大于30m,在实际应用中明显感到了不方便。因此,很有必要对两表进行补充及适当的修正,提出更为合理、适用的设计参数以适应广大设计人员的需要。

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        2.3 资料的统计分析与参数的确定

        (1)确定承载力参数的方法

        确定桩的极限侧、端阻力标准值的方法一般有两种,即解联立方程组和试算方法。一些资料分析表明,前一种方法求解常可能出现负值或一些不合理的结果,其主要原因是试桩桩侧各土层厚度和性质以及计算时采用的桩的尺寸与实际情况有出入,若利用少数几根桩建立联立方程组来求解,这种差别容易影响到计算结果的可靠性。而试算方法可以避免用前一种方法分析时出现的不合理现象,但选用试算参数时应避免任意性。

        本资助修订参数表时采用的是试算方法,即选择表7.3-1、7.3-2(即JGJ94-94规范中表5.2.8-1、5.2.8-2)作为试算基本值,计算各试桩的极限承载力并与实测值比较,不断调整表中的参数值,调整参数的同时还应参考极限状态下各土层的桩侧阻力和桩端阻力实测值,以及各地制定的地方规范中的参数表,使计算结果尽可能的接近实测值。

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3、规范修订前后的比较

        在此次规范修订过程中,共收集到437根桩的详细试桩资料,其中包括预制混凝土桩88根,水下钻(冲)孔桩184根,干作业钻孔桩165根。试桩数量、分布地区以及试桩的长度、穿越的土(岩)层等等方面与规范JGJ94-94承载力参数统计所收集的资料相比较有较大的提高。

        作为本次修订的结果,建议单桩竖向承载力采用(7.3-1)式计算时,当无实测值及当地经验时可采用表7.3-5、7.3-6所列桩的极限侧、端阻力标准值的经验值。需要指出,本文给出的承载力参数表是基于本次收集的437根试桩实测与计算值之比的平均值等于1的条件给出的。

        修订后的桩的极限侧阻力标准值表与桩的极限端阻力标准值表(即表7.3-5、7.3-6)与表7.3-1、7.3-2相比,作了如下调整:

        1)取消了有关沉管灌注桩的极限侧阻力和极限端阻力参数;

        2)根据现今各地区工程地质勘查报告的内容,在表表7.3-5、7.3-6的土的状态一栏中增加了文字描述,与各类土的物理力学指标相对应,土的分类与状态完全条例《岩土工程勘察规范》(GB5021-2001)中的规定;

        3)修订后的桩的极限侧阻力标准值表(即表7.3-5)中的水下钻(冲)孔桩和干作业钻孔桩两栏分别增加了圆砾、碎石、卵石等三种土层的极限侧阻力标准值;

        4)因缺乏红黏土的土层资料,所以表7.3-5中红黏土的侧阻力标准值未作修改;

        5)对于混凝土预制桩,因缺乏中砂、粗砂、砾砂的土层资料,表7.3-5中这几种土层的侧阻力值未作修改;其余如填土、淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土及粉细砂等几种土层的侧阻力均作了适当的提高,增幅在2-9kPa之间;

        6)对于水下钻(冲)孔桩,因缺乏粗砂和砾砂的土层资料,表7.3-5中这几种土层的侧阻力值未作修改;其余如填土、淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、粉细砂及中砂等几种土层的侧阻力均作了适当的提高,增幅在1-10kPa之间;

        7)对于干作业钻孔桩,除红黏土外表7.3-5中的侧阻力值均作了适当的提高,增幅在1-10kPa之间;

        8)修订后的桩的极限端阻力标准值表(即表7.3-6)将各类桩的入土深度改为桩长;

        9)表7.3-6中的干作业钻孔桩一栏增加了角砾、圆砾、碎石、卵石等几种土层的极限端阻力标准值;

        10)表7.3-6中的泥浆护壁钻(冲)孔桩一栏桩长的范围由原来的5、10、15、>30改为5≤l<10、10≤l<15、15≤l<30、l>30四项;

        11)表7.3-6中的干作业钻孔桩一栏桩长的范围由原来的5、10、15改为5≤l<10、10≤l<15、l≥15三项;

        12)对于混凝土预制桩的极限端阻力标准值,表7.3-6中仅对黏性土、粉土及粉砂的端阻力值作了适当提高,增幅在70-400kPa之间,其余土层均未作改变;对于干作业钻孔桩的极限端阻力标准值,表7.3-6中对各土层的端阻力值也作了适当提高,增幅在50-400kPa之间。



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