（交通运输工程专业论文）无承台高强预应力管桩在罐基础中的应用研究.pdf

抽要 摘要 传统的工程实践中一旦采用桩基础，天然地基的原有承载力随即放弃。不加利用。由于 基桩工作于线性段，桩顶刚度很大，致使承台底土沉降很小，远小于地基土发挥作用所需的 变形。因此在线性范围内的桩土共同作用的长期研究难以形成有实用价值的结果。 本文根据桩土共同作用的研究理论和高强预应力管桩的应用成果，对在罐基础设计施工 中采用无承台高强预应力管桩进行了较为深入的探索。本文的主要工作有； i 、根据工程地质资料进行p c 4 0 0 ( 9 0 ) a - c 7 0 高强预应力管桩的试压，采用静压法施工， 了解静压管桩的过程特性，特别是对终压力进行记录。 2 、对试压桩进行静载荷试验，确定单桩竖向极限承载力，找出压桩终压值与桩的极限 承载力的对应关系，作为设计施工的依据。 3 、根据桩土体系之间的关系，取消承台，对罐基础采用高强预应力管桩的桩土复合地 基设计。在桩基施工后进行桩基承载力的检测分析工作。 4 、对施工结束后的罐实体进行原型观测，了解桩土分别承载上部荷载的受力状态和罐 基础的沉降状态。将原型观测结果与设计和规范要求进行对比分析。 本文探索研究的结论是罐基础设计旌工采用无承台高强预应力管桩，充分发挥了桩间土 的承载荷载的能力。无承台桩土复合地基在罐基础中具有实用价值。 关键词：无承台高强预应力管桩储罐基础试桩试验变形沉降土压力 a b s t i 己a c t o n c ep i l ef o u n d a t i o nb 。u s e d 证拄a d i f i o n a le n g r a f t i n gp r a c t i c e , n a t u r a lg r o u n d sa b i l i t yo f b e a r i n l gw e i g h tw i l lb cg i v e nu pa sp i l ew o r ko nl i n ep h a s ea n di n f l e x i b i l i t yo f p f l e st o pi sv e r y l a r g e , e a r t h sd e s c e n tu n d e rt h es l a bi sv e r yl i t t l em o r el e s st h a nt h en e c e i t yo f l e t t i n g e a r t hb r i n g i n t o a c 舡o nt h e r e f o r e ，i t i s d i f f i c u l t t o f o r m p r a c t i c a l v a l u e t o l o n g t i m er e s e a r c h o f a f f e c t i n gb y p i l ea n de a r t ht o g e t h e ri nl i n ep h a s e b a s e do nt h er e s e a r c ht h e o r yo fa f f e c t i n gb yp il ew i t he a r t ht o g e t h e ra n da p p l i e d o u t c o m eo fh i g hi n t e n s i t yp r e s t r e s s e dp i p ep i l e ，t h i st h e s i se x p l o r ed e e p l yo nu s i n g n ou n d e r g o i n gf o r c es l a bh i g hi n t e n s i t yp r e s t r e s s e dp i p ep i l ea sc o n t a i n e rb a s e t h e m a i nw o r k so ft h i st h e s i sa r e ： 1 b a s e do ne n g i n e e r i n gg e o l o g yd a t u m ，t r yp r e s s i n gh i g hi n t e n s it yp r e s t r e s s e d p i p ep i l ep c a 0 0 ( 9 0 ) a - c 7 0b yq u i e tp r e s s u r et ok n o wi t sc h a r a c t e r ，e s p e c i a l l yt h e l a s tp r e s s u r e 2 d oq u i e tl o a de x p e r i m e n to nt e s t - p r e s s e dp il et od e f i n et h ep il e sm a x i m u m b e a r i n ga b i l i t y f i n dt h er e l a t i o no fp i l e sl a s tp r e s s u r ea n dp i l e sm a x i m u m b e a r i n ga b i l i t y i ti st h eb a s eo fd e s i g n 。 3 b a s e do nt h er e l a t i o no fp i l ew i t he a r t h ，c a n c e lt h es l a bt od e s i g nc o n t a i n e r f o u n d a t i o na d o p t i n gh i g hi n t e n s i t yp r e s t r e s s e dp i p ep i l e e x a m i t i ea n da n a l y z ep i l e s a b i l i t yo fb e a r i n gw e i g h ta f t e rp i l e sw o r k 4 s u r v e yo nt h ep r o t o t y p eo fc o n t a i n e rt ok n o wt h eb e a r i n gw e i g h t ss t a t u sa b o u t p i l ew i t he a r t h ，k n o wt h ed e s c e n ts t a t u so fc o n t a i n e r sf o u n d a t i o n c o n t r a s t t h e r e s u l tw i t hr e q u i r e m e n to fd e s i g na n dc o d e t h er e s e a r c hr e s u l to ft h i st h e s i si st h ee a r t hb e t w e e np i l e sp u t t i n gi n t oe f f e c t o fb e a r i n gw e i g h ti nt h e c o n t a i n e rf o u n d a t i o nu s i n gn os l a bh i g hi n t e n s i t y p r e s t r e s s e dp i p ep i l e 。t h ef o u n d a t i o no fp i l ew i t he a r t hu s i n gn os l a bh a sp r a c t i c a l v a lu eint h ec o n t a i n e tf o u n d a t i o n k e y w o r d s ： n ou n d e r g o i n gf o r c es l a b h i g hi n t e n s i t yp r e s t r e s s e dp i p ep i l e c o n t a i n e rb a s et e s t - p i l et e s t d i s t o r t i o n d e s c e n te a r t hp r e s s u r e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：名丝日 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 导师签名： i 5 6 1 3 87 0 08 0 01 4 0 01 9 2 4 i 7 5 ，1 9 2 7 0 0 8 0 01 4 0 01 9 4 3 i 7 5 熬表孛霹嚣，鞍性串翡静压茬在藏王宪或詹豹萃援承载力魄施工黪段豹终基费载撬蓬 7 许多。另一王稷试往，破坏试验静棱瓣投戳蘅载运丈子雅工终援力，可觅后麓承载力壤长 较大。 当预制桩在瓣畿静压力作用下沉入粘性土层时，桩周土体套发生剧烈的挤压扰动，土中 孔隙水压力急速增大，桩周土体在一定范围内产生重塑区，土的抗剪强度降低，此时桩身喾 易下沉，压桩阻力主要来自桩失向下穿避土层时直接冲剪桩端土体的阻力，该阻力不愆随 桩入土深度豹增嬲搿增大，燕是驻桩尖土体的软硬疏密程度不阏瓣波动，遇土层变化对余发 生突变，瑟穗鞠辩蒺本缳持不交。蠹予燕璇过程孛柱铡瓣痒麓秀敷较枣，困魏垂耱辍力 主要来自桩尖隧力。压桩力越大可敬说嬲该桩所受到酶桩端骚驰阻力及下爵土层静强度越 大。桩端土层的建承力强，其单桩极限承载力也大。压桩力与单桩极限承载力中的端献力具 有一致性。问蹶的必键是极限桩侧摩阻力的确定，沉桩过程中桩侧摩阻力比较小，沉械结束 后它会随土层类溅的不同而呈现不同程度的增长。 分析一下压桩过程，当桩挤开周围土体目寸，土体中的总应力程增加；同时，桩周体幽 子夔露纛重塑，露效应力在增大或减夸( 猿款子夔韬曩| 藩麓予膨胀或收缩k 正常露结旗 主不撵承夔餐嚣雩趋予毅缩，藏箕毒效应力躐夸。擐器骞效痘力琢壤霹躲，踅弦骧承莲秀簿乎 总应力与有效应力之差。因此，正常网络粘土中孔隙永压力程增加。沉桩完成后，我睬承鹾 力将从较高的孔服区向较低的孔压力区消敞，这将使桩周土体产生固结。所以，静力聪桩问 题也是一个固结问题。在固结过程中土体骨架的压缩性是非线性的。要反映土体固结的非线 性性状，求出沉桩过程中的土体位移分布，应该采用建立在有限变形理论基础上的大变形固 结理论，比如b l o t 露嚣理论。 薅定单桩承载力熬主要方法毒静载试验法与魂瓣法等。静载试验终秀最基本的方法，其 可靠性箍离，毽窘豹缺点是费瘸裹，时阉、大力滂耗大，试棱数豢有蔽造成霹整俸样零的反 映性欠佳等。在静聪法施工中，静力压桩终压标准的确定实际上鼹变换方式的承载力的问题， 具有重要的工程意义。终压标准的合理确定，一方面关系到静力压桩的成桩质量，另方面 关系到降低工程溉价，减小施工难度。终腿力降低了，对桩身的簧求就低，这样可节约材料， 还可合理地使用施工机械，选用较小吨位的捱桩机。小吨位的妊i 桩机及其附属设备的白班赞 年 蔓二墨矍矍 。 餐宣，觳攘藏疆力也小，辫场戆祭静静簧求也低 幽终匿力推算极限承载力的两种方法。静压桩偿为挤土桩，可以用常规的确定承载力的 方法，麴掰潦萋磷搬隈承载力豹公式羚算、雉静鸯魁撵缮标诗冀笛。毽静疆糖黢够擞暴匿接 力，这是它不同于其他桩型的地方，它完全可以用采推算承载力。誊按寻求臌桩力岛单搬极 鞭承载力间的普遍关系鼹蔚鲻罐以实观，嚣强靠简苹的鼯、三个参数并不能精如冀羚她艇炊 毽辕嫒、接截覆哭曹、耱溅熬端靼节磐主嚣静缌或傍攘敷瞧蒋薤莓复杂缎綮e 燕嚣越南与 摹穰扳壤承载秀瓣瓣蠹亵鹱象怒褰黪毒在黪，毒菝毽激下强辩蠢法探索终疆宓每稷袋承载鸯 熬美慕 l 、嚣麴送域蛙鹣缀耱麓斌，这静方法装巍鬻爝，公式缓毪燕黎套蔡耱其律麴主联 特定条忭提出。使用这些区域性的缎验公式，有时w 以满足工程精度要求的嫡暴；2 、遇过 分析桩的承载力的固结特性、时效性等提出的计算肖i 去，即所谓的理论方法。比如，首先把 终鹾却嚣建广义援辍零簸鸯。瀵避黉撬试骏求霉爨嶷举瑟时錾鹣广义援鞭承羧两，敲出承黢 力撵簿熬全程燕缝，最嚣攘铹最载力。 在蜜酝王程建爝审，豁盘援穗终壹驻走与镁嵇攀桩囊袭鸯褥茬魏乏滗，舔搿簸裟 藜建疆羲磊数。絮鹣联德范爨变纯毅丈，褰羞较大豁藏觳链。露天瓣黎个蟪震条箨举蘑，穰 长、桩激不同的实际桩基工程赞料数据统计后认为；程软土地鬣，当桩长怒淑2 0 m 时，愿桩 系数瑕镶建l 。3 l 。8 之麓鞍为溅寰；当桩妖小予嬲m 瓣，压壤袋数联辕藏旗舞，豢l ，2 。o 左右；灏匿桩系数犬于2 时，艨验簿桩身抗鹾强度，巍臌考虑剥制桩时搬身的缺陷封桩身抗 压强度的损失。还有人建议撩制吖不小于1 1 。般情况1 ：不小予1 3 t 对予桩长小于 2 魄鹣短桩鞑不褒枣于l 。4 ，瓣鼹裁蔡考纛蠡载力不是酌可髓，亨 痊徽承载力检验；瓣蝼承 棱，霉苓考瘫囊攘籍整鼹谶度羧笺、攘囊零疆力提瘫酶蠹靛，彩是簌整露在零参予2 ，筹 馥会檬您辅助接戮，疆骥稼糖囊避入持秀豢，骑正窭瑰援尖在遮裂持交震域魏遇到爨都硬援 或雀转力层弄蕊娥匿桩力一艇肖嘲靛增长印停压的情形。对寿较菇的桩尖持力艟鳓情形，瘴 擦、端承兼而有之且桩长雀2 0 m 以上的桩，要求介于掰者之间，建议控制吖凡不小于i 5 。 瓣癣题桩终难力的确定凝综合考痿箕类型、撼艇，毽羼主爰敏褴、撼畿土壤嚣等逸豢。 对簿撩黻，桩爝较软弱、鬟簸魔罐鲑，要求的吖鞍小。辩鞴承桩，嬲蹦鹣婺袋较态t 毽遮鬻2 跬羔懿穗援较多。 i ，2 。4 燕翳莰诗篱贪 1 2 毒i 被鹃竣诗纂举赘求 棱基匏安垒拣。酋先桩姆地基土之间的穆耀是稳定的，即嚣犍基受到糍筑物话米的嚣靴 葡载律厢瞄，瓣每静褥苴律爝碰缳证校蠢足够的承戟力；弼辩应傈诞桩蒸举骧产生过文静 沉降釉沭均匀沉降，水平荷载作用下一致产生过大的姆矩和挠曲变形，上拨荷载作用聪不毁 产生过犬上拔鬃等；其次是皴爨努瓣靖梅强度是忍够鹣，帮接萋的结构内力必须程挂糕强度 弱容诲蕊霞肉。 橙蘧谩诗簿食建犍。蓉凳燕攘爨袭蘧z 方蘧靛遥撵，应壤据建襞耪瓣稽裁鞫撬簿赫要求 爱攀磁茂寸逡强龠遥静被塑。海虑捌各释黉整翡裢帮箕壤穰穷法都骞逶瘸懿主瑟条昝，妊簧 的岩土勘察资料将是桩蒸设计的主要依据，如地下水水位深度和腐蚀性、备士层的物理力学 指标、砂土豹标准贯入整数等掷是必颁壹明的指标。蝌= 臻条件怒影确施王努浃的燕要嗣素之 一，鳓撼互掰繁来熬掇韵帮噪声、菠嚣浆魏簿弃芍郡企霹强辘鼹澄韵垮缝造艄染。舅努， 整王麴搜术力薰、藏王设鍪辫糖辩供癍懿w 藏挂瞧会影啭楗型辩施工方法酌选择；箕次燕疆 翁死舞足专帮较熬舞嚣。穰缀耨攘彀燕蛙基襞诤翦掰个垂要撂鞣，受控溪赞载将馁、戆矮条 锌，校鳓黉型及残蓰方法簿多种魏素影跨；裁径的寒夺应辗据筑壤条髂、被蘩逢侨与攀靛承 载力之比、桩的长径比簿鼹豢综台确定；械长的确定关键在持力层的选择上，另辨，确定桩 长葚孛髅鸯虑琏纂圭特栏麴彩旗，魏麟应穿避霹滚铯主麓、瀣陷穗黄主簿霏穗愆主璐。楗麴露 簧应和熬础平尉形状及藻础上旖裁的分布勰律相适臆，尽量使群犍的承载力宙力点与长期搿 s 系鸯丈学王臻磁士带健豫交 载熬鬟一豁震含，并使桩基受瘩平力煮力矩鞍失方商谢较大弱截西模量，l ；i 增翔主部结构的挽 蔟覆辘力，躐多不翡匀演簿+ 艇串心距麴确定燕毒鬃撩蠹孽关键 拄罪不麓表套，秀列将造成 糖瓣主鹃瘫力重叠，窭瑗鹗鬟群柱教瘟，影酾耱承羧力静兖努发挥；在较圭煞嚣舞桩，特掰 霆撩主壤，援距过枣会搜羲瓣主产生过毫静我簸承摄力褥s l 超越瑟隆起，捷狂下懿柱发垒馘 囱偏谯帮上浮，对桩豹进一箩旅工带来不謦影响；瓤程粉主秘砂主中豹旃土撞，挤土效盛霹 能健沉桩阻力逐步增大致使械无法沉至设计标商；德械躐也不宣过大，否则会加大承台尺寸 翔承裔弯矩，擒赢工程造价。最后，同一结构尊嚣寂溅免采用不同类型的棱。 掇蒸凝谤熬经济毪。辩章荨定豹速囊簧箨，搿获离零辨穗基方案满足建筑镑豹捷矮要求，遮时 就艘从藏芷的可靠性和经济饿、桩型的地嚣憾等方丽避行多方案的比较，力求桩的承载能力 煨火限度的发挥，减少桩基谶价。 1 2 4 2 桩的选型问题 糖避熟选择要综合考虑多静因素，包攒建( 褥) 菠络稳炭整、荧载栏黢毒大枣、穿越土 屡帮缀端土骚类潮与毪震、撬下东、藏工环德、藏工能力、磐地桩基使爝缀验和造价等，一 般来说，对梃黎和捧架结麓鼢建( 构) 筑物，当蘩澎域堡礁殍土层埋藏不j 6 ：深对，常采耀戳 溃拣为童熬灌注棱来获褥鞍舞承载力，莠清臻袋减少建筑秘嚣簿，螽采建麦矗径诘是 夔静8 一 杂填土 l 一 索填土 2 5 0 7 l0 2 82 7 1 9 41 3 4 0 5 41 5 66 2最6 2482 7 一 鞔矮赣 孤 o t 瓶o 2 62 0 1 9 7 1 3 oe 醴21 7 ，56 。35 9l l o t5 e譬垂 一 辘疆辐 嚣。0 8 20 2 8i 3 t 9 31 2 。t0 褐 每3 秘 23o38 一粉旗牯土 2 1 o 0 1 8u 1 9 6 1 0 30 9 48 92 5 98 16 81 0 0 3粉土 4685 一 耢质牯 2 5 n7 20 2 2 2 9 】9 91 3 o毡 & 2豫38 】7 61 3 0 4688 1 露一 耪矮旗 芏丧氇貉馥黯熬 2 龟1蜡。g0 鸵 盘7 l s 。3 鸯38 。52 瓣 l225 一 糟璇粘 1 2 蚧0 2 2 粉质牯土混 1 3 0 舞繇蠢 强装弦涎覆 一 粉骖麓、缨 髂就 3 驺 1 砂岩，砂砾 95 搿 中风化掘质 一粉移岩、缅 2 5 2 骖瓣、秒砾 粪 躐上5 种土层中，其特征舆体液现为：l 、表层人工域土层，局部厚度大( 屡厚0 4 5 8 m ) ， 其填料较杂，密实度不均。2 、软弱粘性土层( 包括软w 塑粉质粘、软流螺粉质粘土、软 流塑粉质粘土粉土，软可塑粉质粘土) ，其中层含水缴犬、强度低、中高压缩性；层强度亦 较低，土膜不均匀，且为可液化土层。3 、可塑粉质粘土，强度较高，中等熙缩憔。4 、粉质 警 东南大学王壤壤士学燕稳文 秸土混粗砂卵砾石，强度较高，土质不均匀( 主要为卵砾石含爨币均匀) 。厚度变化大( 艨 厚0 5 7 o m ) 。颧制桩施工中可能出现沉糖难易程度不均匀的现镦。因该层局部厚度大，当 穿过该层困难时，亦可以作为桩端持力屡，设计必须以桩长及贯入度双重控制。5 、熬辫。 层顶埋深1 8 2 2 2 ，9 柑。强中风化泥质粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，属极软岩软岩，岩成较 敬，担埋藏较浅，裟体较完整，无破碎或鞔弱夹层，且强风化蓐度不大，为理想豹桩基础撩 力瑟。 2 3 试桩及静载荷试验 2 3 i 试桩 为保证工程摭能提供可靠韵番载力， 霓计中要求在该装置拟建检修道路上用静压式抒入 3 凝试桩。桩型为舞强壤瘫力淫凝主管摭p c - 4 0 0 ( ) - c 7 0 ，滋入第4 层( 粉瑷轱瀛 舞繇磊) 3 d 。设诗强稻承鼗交特薤蓬为1 2 0 0 k n ，要求最大黧载3 8 0 0 k n 。褒场试验嚣重藤凳2 0 0 3 年1 2 月2 3 日2 0 0 4 年1 月4 日。试桩摭位示意图见囤2 。 图2 试械桩位示意图 5 8 m 试桩基本工稷资料觅表3 。根据桩身入土深度和试桩点地纂土层分布情况分析，在成桩 终壹压力达到要袋瓣，鞋身缳难进入第4 艨( 耪鹱鞍混卵繇嚣) 3 d 表3试被基本工程资孝辜 桩号桩径( m )桩长( m )八土深度成桩终l 匕成桩日期桩顶躐地 ( m )压力( k n )面高艘( 胂) 1 # 4 0 0n ( 上) + 1 01 抟3 2 7 3 52 口0 3 1 2 1 2 + o 2 3 2 #4 0 0n ( 上) l o1 9 12 7 3 52 0 0 3 。1 2 1 2均2 3 3 嚣垂o o l ；( 上) + l o1 9 ，0 4 0 2 1 2 0 0 3 。1 2 。l l增。2 5 2 3 2 桩头处理 静载荷试验的3 根试桩压入后均超出_ 地面过高，静载试验前黼戡去桩头并对桩热作加固 处理。对于露出地面较短的桩头从上到下凿除。桩头截去后，桩管壁出现细微裂缝，例如 2 凇出现4 条裂缝；见圈3 。3 4 桩出现丁i 条裂缝。为防止摭头加载后桩头劈裂，除对撼头 1 8 第二章高强预应力管桩现场试验研究 = 魅瓒羚，还终加毽箍限澍管壁变形。 凝头攘鞠魅理方寨趸鍪4 。德凝强度等级c 5 0 ，掺警强裁；簧内灌l m 褰度混凝土，配 霉6 檄锈鍪，3 投嚣l 每箍蘩，6 穰钢整上溃檠在攘瑗囊；饺顼浇洼l o o m 厚淫凝主，镶设钢 篱隧。毽缀长5 0 0 m ，奄箍蠹径蟠o 。包薤幽舞个串鞠缝成，霹蔹端叛磊蘑鳔栓连接。擎 穰躞掰1 个镪箍 位置如图4 串的包箍1 ) ，l 、2 镰便增2 个包箍( 位置如图4 中的包蓬l 鞠包箍2 ) 。如桑包箍变形，未能有效地限制桩头的侧肉变形，那么桩头会出现破坏。根据 厨面静裁试验的试验情况看，桩头处理对通过试验褥出桩基承载力有重要作用，其中包箍的 作用怒很明显的。 图3样试桩加载前桩头出现裂缝 泰蒲丈学工程硬士擎毽论文 、 8l 毫箍 ；一一 6 每1 4 3 由6 箍蒜 _ ， 。 卜 营 。 p _ 髫 a 0 娩舅舅8 8 獬 包箍2 、 、 毒型支 0 卫煦一 豳4 试桩桩头加圈她瑗示意图 1 2 第二章高强预应力臀撼臻蜒试验研究 2 瓢3 静载试验 单桩竖向静载荷试验悬确定单桩竖向承载力的最基本的一种方法。试骏时对桩逐级施加 竖向荷裁，测定桩在各级荷载作用下不同时刻的桩顶位移，求得桩的荷载叫毁移一时间关系， 用以分析确定单桩的极限承载力。单桩竖向静载荷试验不仅可以测定单桩谯荷载作用下的桩 顶蹙彤性状曲线，还可以测定撼的轴向力随深度的变化，根据试验结果能进程单桩荷载传递 豹分授、萃柱破坏规理鲍分辑蠢摹整承袭力豹分攒。工程试桩分隽舞秘，一耱是蔫鞋礁定萃 穰承羧力；舅一番是校辕滚谤掰豹萃茬承载麦。耱卷一般耀子重丈工程，农设谤鞋静透露一 种规格戚若干种靓格桩的载荷试验，班确定设计所厢的单桩承载力，每一种规格的桩通常要 傲若干根，以了解场地单桩承栽力的变异性，避免试桩数量过少的偶然性。由于试验时尚未 进行设计，因此试验桩不可能用作工程桩；而后者常用于校核实际的单桩承栽力是否满足设 计的蒙求，设计采用的承载力通常规范经验参数法、静力触探法估算。由于此时己进行了桩 的设计，数常甩工程桩作试被，以节省费用，一般工程太多采用后者。毽如试验结果与设计 荣爆豹承载力毒较大瓣蕊久，姓理裁毙较瘊矮。魏试验求褥夔攀柱承载力遐突予瑷诗承载力 就会造成浪赞；如试验结浆镓夺，煲j j 盛矮避 亍孙壤。本工程是爱单桩整翔挽蕊静载试验确定 单械鹱向抗压承载力。 下丽为静载荷试验的测试仪器、原理、方法 2 3 3 。1 测试仪器 ( 1 ) 5 0 r a m 大量程百分表4 只( 编号：7 0 4 7 4 、7 1 1 0 6 、7 0 9 7 1 、7 0 8 1 7 ) ； ( 2 ) ￥铲5 。o t 洼压予厅顼2 哭( 编号；譬6 0 2 、8 2 8 8 ) ； ( 3 ) 臻一2 0 0 赣密篷力袭1 必( 编号：2 0 0 2 - 6 - 0 1 9 ) ； ( 4 ) 蕊压油泵1 台； ( 5 ) l o o o t 试架1 副。 上逑仪器设备均经计量检定食格。 2 3 3 2 试验原理 采用慢速维持荷载法，辩按一定要求将衙载分级加到试桩上，每缓葡载维持不变壹至下 滋爨遮劐莱一蔑定的相对稳定轹准，然后继续栩下一缓黄载，当达到燕定熬终蠹试验条辞鞋 餐筹建糖精，再努缀郫旖至零。试验菝据标准为建筑桩基援术燕莲( n j9 4 - 9 4 ) 。 2 3 3 3 试验方法 采用油压千斤顶加载，试验加载装置使用堆堂平台反力装置，加载威力由混凝土配重块 提供。堆载量按规范要求i l 行，试验装置示意图如下； 圈4 - i 单桩竖向抗篷威力装置示意图 2 3 3 3 1 荷载与沉降的量测 券瘫夫掌工程硬学靛论文 赫载瓣魏置子手厅顶土麴巍变袁压秀转惑器誊接溅读，在茬顼对嚣疆甏4 个委分表量嚣 试桩沉酶。 2 3 。3 3 ，2 加载与沉降溉测 试骏加载方式采用慢速维持衙载法，即逐缓加栽，镪级荷载达到相对橼嫩厢再施加下一 级葡栽。 檄擐试援区工程建质赘糕鞭嵇攀旌竖囱抗疆极觳承羧克，将颈话萃楗辍麓挽援板驻承载 力努l o 缀攘载。试桩最大蔽簸鸯3 8 0 0 k n ，癸缀麓载舞3 7 5 k n ，絮蔑磐麦l 爵缀，依次隽3 7 5 k n 、 7 5 0 k n 、1 1 2 5 k 酞1 5 0 0 k k1 8 7 捌嘏、2 2 5 0 k 酞2 6 2 5 k 眦3 0 0 0 k n 、3 3 7 s 磷、3 7 5 0 ；一。 繇缴荷载施加后在第5 、1 5 、3 0 、4 5 、6 0 m i n 浏读被顶沉降量，以后每黼3 0 m i n 测读1 次。帮l h 内沉降量不超过0 1 黼。并连续出现二次，襁为达到相对稳定，施加下一级荷载。 2 3 3 3 3 终止加载条件 避啦璎下列壤援之一孵，鞠终点艇载； 8 ) 蔟缀餐裁律罨下，鞋瑗濒簿羹失手蘸一薮骜载嚣辩下沉酶量懿5 穰。 蝣藏缀簿载非薅下，鞋疆流簿辍太子嚣疑葑载缛耀1 ：淀簿量蘸2 嵇，巍经2 魏蠹来这裂 相对撩窳标准。 c ) 融然剿设计要求的最火加栽濑。试桩如加我型3 8 0 0 k n 尚未出现破坏即终m 加载。 2 3 3 3 4 卸载与沉降观测 每缓卸载值为每级加载德的2 倍，印7 5 0 k n 。 镪蔑糖每缓蔫载维特l h ，按第l & 3 0 、6 0 e i n 游凌锻硬沉驿量后，辫下一豢饕载。捧 鼗登0 蔗，瓣读箍硬蔑袅稼簿蠢，维持簿趣舞飘，灏读黠瓣秀蓁1 5 、3 辘豫，黼菇每骚3 0 m i n 裁凌一次。 幽于备桩承载力存在一定熬舜，上述加载、卸载过程略有不同。 2 3 3 4 检测成果汇总 出加虢使q 、沉降值s 以擞 戒验记录时间t 绘制的矿s 曲线、s l g t 曲线分别示干图5 匿7 。 3 掇试攘静鼗试验绩巢汇慧燕子表4 表6 。 l 毒 繁= 章高强预应力管桩域场试验研究 0 5 1 0 o 麓囊0 i 瓣 7 5 0 1 5 0 02 2 5 03 0 0 0 3 7 5 0 4 , 5 0 0 0 - s1 o o 5 耋缚 媾 圈5 a1 弑械q s 盎线 蚺( - i n ) 1 5 2 0 2 5 周孙t 铽桩尊f g t 曲线 5 ( 1 - ) * 世蛙 表燕太学王程疆圭学位豫文 8 5 嚣 旖霸0 螂 0 3 7 s7 鼢l i 赫i 袖b1 f f 52 籍o2 6 2 63 0 髫融2 铽被q s 馥线 艟钿i n ) 脶8 b2 。试械# l g t 曲线 ：! 毫 ()釜器 蓦一m 鞋蛙 茎三茎苎登篓壅垄整笙銎登篓墼璧壅 瞢蓑q ( i j i ) 母 7 轴搪2 2 5 03 0 0 03 7 5 04 5 0 0 0 1 0 0 s1 o 5 l o 1 5 钧 毒 建衢 蜡 3 0 4 0 4 5 5 0 蜜7 a3 铽桩q s 虢线 埘“i n ) 1 s2 j o2 ，吝 霭强9 试链$ l g t 馥线 罅 i 盘嚣 东南大学工程硕士学位论文 表4l 。试皴骚癌抗压静载试验结果汇总表 历霹耪淀簿s ( 瓣) l 痔弩耱羧( k 黔备注 奉缓曩诗零缴累一诗 i l3 7 522e 唾舀e ，喜5 2 7 5 02垂0 3 5 0 8 0 31 1 2 5260 4 71 2 7 4 1 5 0 0281 2 82 5 5 51 8 7 52 l o o 9 83 5 3 62 2 5 021 21 6 26 1 5 7 2 6 2 521 42 8 47 9 9 83 0 21 62 9 l1 0 9 0 9 3 3 7 521 84 4 8l 矗+ 3 8 运弱谩诗要求，终 1 03 7 5 022 08 。6 磊2 毒。0 2 壹燕载 1 13 0 0 0l2 1呻3 62 3 6 8 1 22 2 5 0l 2 2 啪7 32 2 9 3 1 31 5 0 0l2 3一i 1 72 1 7 6 1 4 7 5 0l 2 4一】4 92 0 2 7 1 5o42 82 4 91 7 7 8 表52 。试桩骚向抗压静载试验结果汇总表 癀啦渤滋肄s i 缪弩菏载( k 螂备注 奉缀累计零缀繁诗 l3 7 5221 0 6i 0 6 霉7 5 824i + z5 j 31 1 2 526o 9 53 4 6 41 5 0 02e1 3 04 7 6 5t 8 7 521 01 7 06 4 6 62 2 5 021 22 。2 l8 6 7 极限承载力 7 邪2 521 43 4 唾l4 3 81 8 7 511 5- 0 3 54 2 7 3 9 1 1 2 511 6曲- 5 24 2 ，2 1 1 03 7 5l1 7埔糟 1 5 l l l0 l2 1一1 2 s4 0 。2 6 i 8 第篡攀毒强弱葭力管桩璇璐试验研究 裘63 馘桩暨旃拣垂静羲 麦验棼暴汇慧表 舞瓣瀚流洚s 謦糍麓馥毽鳓蕊注 _ 搴缓累谤本缎累谤 l7 5 0220 + 6 8o 6 8 21 1 2 52毒聩馨ll 。瓣 31 5 0 026t 3 02 8 9 41 8 7 528 1 6 9 4 ，5 8 g 2 2 5 02 i o 2 ，0 36 6 l 8 2 6 2 5童1 2幺垂3垒0 4 73 0 0 02 1 4 2 7 7王i 8 l 8 3 翳521 6羹1 5l e 。翳凝聚承载力 g3 7 s o0 。磊臻。53 王。t憝。8 z 1 02 6 2 5l1 7 。5- 0 0 44 8 8 3 l li 8 筠l1 8 t 5忡。3 l4 8 。5 2 1 21 】2 5ll 乳5一1 2 雾板嚣 1 30 4 2 3 63 0 94 4 1 4 2 3 3 5 分析计算结论： 2 3 3 5 1 极限承载力分橱 1 ) 、l 镶霸鼗至第i 缓耱载3 7 5 0 k x 辩溅酶燕摊8 。6 4 m 、豢诤浚辩海2 4 。0 2 m 豆黯 魂遮劐稳寇。内子己接近设谤簧求豹最大燕载3 8 0 0 k n , 符含终止热羲条箨3 + 3 。2 c ) 。该整静 辍疆承襞力键不小子3 7 5 0 k n ，缓诗孵取q 。= 3 7 5 0 k n 。l 雠静载试验结暴觅袭4 ，鼙s 、8 i g t 魏缝嚣麴5 。 2 ) 、2 鬣棱翱载至第7 缀蘩载2 6 2 5 k n 瓣滚黪爨楚3 4 4 1 m ，秀第6 缓蒋羧露矮下沉静 爨静1 5 ，6 穆，纂 沉降达嚣4 3 0 8 h ，麓套终j t 擞载条符3 3 窈q 8 魏线掬陡降型， 校黻承栽力瓴取为嬲显陡降靛怒戆赢对应辨第6 级赞载+ 瓣2 瀛桩o 。= 2 2 5 0 k n 。妒浅接静载 试验结粜掘袭5 ，鼙s 、s i g t 馥线冕圈6 。扩试糠每瓣粪燮熬1 、3 气袁援糖魄，撅蔽承蓑 力偏小。2 式桩在静载试验乏静鄂出现4 条缀向裂缝，晃圈3 。承载力镶小可链与桩头裂缝 及她艘情况有关。 3 ) 、3 # 式桩加载至第9 级荷载3 7 5 0 k n 时沉降擞为3 1 9 1 m ，为第8 缓荷载作用下沉降 爨的6 2 嵇，累计沉降达到4 8 。8 7 m m ，符合终止加裁条件3 ，3 2 a ) 。q s 曲线为陡降型，极 鞭承躐力瓴取为孵显陡降躲起始点对应的第8 级蒋载，则3 。试桩o 。= 3 3 7 5 k n 。3 “试桩静我试 骚缡祭薤袭6 ，q s 、s l g t 魏线凳嚣7 。 2 + 3 3 2 承载秀标准蕊诗冀 按照器j9 4 - 9 4 辩录c 串00 。11 鼹定豹方法誊 葵糖礞承载力舞准毽。试接豹投限承载 杰稼瀵壤毵袭? 。 1 9 东南大学工程硕士学位论文 表7 极限承载力标准值计算表 单桩极限极限承载极限承载 桩型 承载力力平均值 口i 标准差s 折减系数 力标准值 钆( k )q ( k n )q ( k n ) 3 7 5 01 2 0 p c 4 0 0 3 3 7 53 1 2 5 1 0 8 o 2 5o 9 0 2 8 1 3 ( 9 0 ) a 2 2 5 0o 7 2 袭8 为3 根试桩竖向抗压静载试验成果汇总。 表8 试桩竖向抗压静载试验结果 极限承载力最大沉降残余沉降极限承载力标 桩号试桩日期 ( k n ) ( m m )( m m )准值( k n ) 1 。2 0 0 4 1 33 7 5 02 4 0 21 7 7 8 矿 2 0 0 4 1 22 2 5 04 3 0 84 0 2 62 8 1 3 妒 2 0 _ 0 3 1 2 3 l3 3 7 54 8 研4 4 1 4 2 3 3 5 3 结论 1 、矿、3 # 试桩竖向极限承载力分别为3 7 5 0 k n 、2 2 5 0 k n 、3 3 7 5 k n ，最大沉降分别为2 4 0 2 m m 、 4 3 0 8 m ，4 8 8 7 m 。由这3 根桩统计得到的极限承载力标准值为2 8 1 3 k n 。高强预应力管桩 的这一极限承载力标准值比试桩时的正常沉桩终压力2 7 3 5 k n 略高，满足设计竖向承载力特 征值为1 2 0 0 k n 的要求。 2 4 本章小结 本章通过对高强预应力管桩进行静压试桩，介绍了在试桩过程中遇到的各种情况的处理 方法，对在工程中使用高强预应力管桩提供了参考。在对三根试桩进行了静载荷试验后，对 高强预应力管桩在实际工作状态下的受力与承载情况也有了具体认识，并得出了在罐基础设 计中采用p c a 0 0 ( 9 0 ) - c 7 0 高强预应力管桩是可行的结论。对比静载试验所得的桩的极限承 载力标准值与沉桩时的终压力，发现桩的极限承载力标准值比沉桩时的终压力略高，这为后 面根据终压力值分析桩的承载力提供了有价值的数据资料。 2 0 第三章无承台高强瓶觏力臀桩罐基础的设计与施工 第三章无承台裹强颚应力管柱罐基础鳇设诗与施正 3 1 无承台高强预应力管桩罐纂础设计 3 1 1当前桩基设计思路概述 桩基设计主要包括承载力设计和沉降验算二个方面。桩基承载力设计通过设置含壤的楗 长、桩径，桩数和桩位以保证桩基具有足够的强度和稳定性，沉降验算则为了防止过火变形 引起建筑物的结构损坏或影响建筑物的厩常使用。 对桩基进行优化设计，在保证安全的前提下，减少桩数或减小桩径、桩长，最犬限度地 发挥地基土和桩的承载潜力，降低桩基造价，以达到技术效益与经济效益的高度统一成该摄 桩基础设计的发展方向。不少专家、学者酩经在这方面进行了积极的探索与实践，并取褥了 阶段性成果。宰金珉博士在高屡建筑每群穰纂础非线性共鞠作用复合桩基理论奄缴惩 磷究中提出了“复台裢基”豹概念，建议程蕊体安全寝大予2 帮慧沉降毒手容诲淀降熬联 燕控剩下，迓豁按单桩较隈承载力浚羚壤蒺稳。缝将这一囊懿设诤慧怒应琢子毒象建筑工程 学院十层霉书镶大楼约桩基莰诗，取褥了鬣著豹经济效盏；黄绥镌，王逮民、裴捷萼穗减 少沉酶量桩墓豹设计与初步实践孛崧以g e d d e s 应力解为基础匏桩基沉降计算方法豹黎磷 上，提出了减少沉降桩基豹设计思想翮方法：扬敏在减少沉降桩基础的设计理论与工穰应 用中也对减少沉降桩的设计和桩基沉醉计算方法进行了研究，明确提鞋；了按变形控制设计 桩基础的思想。 在目前的桩基础设计中，桩的作用盎簧袋现在以下三个方面：1 、桩承担所有上郝结构 的荷载；2 、桩承担大部分上部结构的衙载，同时也起到减少沉降变形的目的；3 、桩承搬一 小部分上部结构荷载，主要起到减少或控制沉降的作用。然而，按照现行的设计规范，桩蕊 设计理论只是建立在满足承载力的基础之上，也即均按第一种情况处理。很显然，遮种传统 的桩基设计方法，对于上述第二、三种情况是过于保守的，并且在设计概念上也不缀清楚。 对于上述第二、三种情况，在如何减少檄蒸正程费用上大有文章可骰；即便对第一释馈况蘸 赛，瞧存在着一个奶傅台理选择楗的数爨秘毒棱方式豹趣题。 “沉降控耧复含箍基，又弦为减少躐酶桩。减少茨簿耋桩基是褪j l 垂手天然建蒸 l 轰，鼙 由于天然建基黪潺痒量遘大，不蔑潍慧攥藏豹要求，嚣运瓣传统魏捱萋嚣然霉班穆躐簿减少 到疆小，毽需要缀大的费用，有时并耱必要。魏设置一定数量翦桩可瑷蒋摄降授少，缳瘸棱 燕又比传统的桩基少根多，显然，遮魑她鞍缀济合理的设计方法。这种奔于天然地基上的浅 基础与桩基之闯的一种基础类型，是以控制变形为原则，考虑桩与承台共同作用。按照这种 设计概念，与按常规方法设计的桩基棚比，根据不同的容许沉降的要求，用桩的数薰肖可能 太幅度减少，桩的长度也有可能减短，舆脊相当的经济效益。这方面研究的思想相当活跃， 设计计算的方法也是百花齐放的局面。早期，z e e v a e r t 、p o u l o s 和童翊湘等先后掇娃5 过这 种概念。 从承载力的角度分析，传统的桩基设计方法是将上部结构的荷载全部由桩承担，不考虑 板间土与承台底面之间的荷载传递。减少沉降桩基础的荷载一部分由桩承担，另部分出承 台承担，因而比传统的桩基可以减少拱的数璧，具有可观的经济效益；与天然她基糟院，设 嚣桩班螽不仅浣降量减少，蔼且沉酶魄鞍均麓；辗据建构筑镌的特点积使用要求确定的容诲 滚簿量谩诗，霉班器涯建构筑糖浆安全秘覆鬻镬蘑，曩毒穰婷雏茬会效盏。秘懿在软土筑送， 瘀手葑力层毙鞍薄，软弱熬下舜层滚蓐，蠢簿帮襞疆瑶菸痨蓬餐然会产生逶大豹筑繇，矮棼 建筑物；毽采鬟绩统的柱基，又盎予楗熬持力矮埋藏狠深面造徐昂贵：采掰复合缓基赣可以 2 l 东南大学工程硕士学位论文 妥善地处理好技术要求与造价的矛盾。例如上海某厂厂房为六层框架结构，天然地基的容许 承载力为9 0 k p a ，基底平均压力为1 0 3 k p a ，如果采用放大基础面积的方法设计筏板基础，估 计沉降量达7 0 0 m ，显然不能满足规范对控制沉降的要求。如采用传统桩基设计方法则需布 置2 0 m 以上的长桩，估算沉降为1 0 0 a 。采用复合桩基的设计方法，布置了0 2 0 m x o 2 0 r e x 8 o m 的短桩，估算沉降为2 0 5 m 三种方法的方案比较见表9 从方案比较可以看出，采用疏桩 基础的沉降量满足了设计要求，但造价比长桩基础节省了很多，是一种比较合理的方案。 表9 厂房基础方案比较 基础形式基础造价历元 相对造价( )估算沉降m m 筏板基础 2 7 8 li 7 0 0 疏桩基础4 i 6 21 4 92 0 5 长桩基础 6 4 5 52 3 21 0 0 注：造价为2 0 世纪8 0 年代后期的价格。 上述设计方法是按桩和承台的承载比例分配，如一般由桩承担7 0 的荷载，由承台承担 3 0 ，这种方法又称为疏桩基础。复合桩基设计理论的实质就是突破常规限制，令单桩工 作于极限承载力条件下，在总体承载力和沉降量双重控制下，确定经济的桩数；同时又合理 地布置这些直径、长度、间距都不一定相同的桩，特别是使用支承桩的概念，使局部和整体 的差异沉降减少到接近于零，即进一步做出差异沉降的控制。这就同时实现了土与基础和上 部结构共同作用的最优化。 3 1 2 本文中罐基础的设计思路和方法 3 1 2 1 本文中罐基础的设计思路 本文中罐基础的设计就是在上述设计思路的基础上，根据石油化工中钢储罐基础沉降量 要求，结合已有的钢储罐的设计经验并大胆创新而进行的。石油化工中钢储罐基础允许有少 量的沉降量。以往钢储罐基础除极少数选用天然地基外，大多数都用一些复合地基或用桩基。 随着我国桩基础研究应用的不断推广普及，桩基在钢储罐基础的使用比例在不断提高。已使 用的桩基类型很多，有灌注桩也有预制桩。由于现代经济建设发展速度很快，石油化工企业 的生产装置在确定建设后往往要尽可能快地建设好，开车投产形成生产能力。生产装置的年 生产能力都是在万吨级以上，早一天投产，产生的经济效益相当大。这样留给设计和施工的 时问相当少。因此在石油化工企业生产装置的设计施工中要尽可能采用可靠性高、处理起来 时间短的软弱地基处理方法。相比较而言，预制桩无论是在工厂还是在现场进行预制生产， 由于可以提前预制好，能够节省下桩体形成的时间，也就可以缩短桩基工程的施工工期。因 此，我们在罐基础的设计中尽量考虑使用预制桩。根据目前各种类型预制桩的使用和发展情 况来看，高强预应力管桩已开始实现大规模工厂化生产，其成桩手段日趋成熟。静压或锤击 高强预应力管桩的施工方法已在大量工程项目中采用。同时，高强预应力管桩桩基与同条件 下的现浇钢筋混凝土灌注桩桩基相比较，所化费的经济成本已经接近，而不是刚开始使用高 强预应力管桩时那样所化费的经济成本远高于同条件下的现浇钢筋混凝土灌注桩。在本文中 罐基础的设计中就拟采用高强预应力管桩。同时，参考上述疏桩基础的设计思想和方法，可 以减少桩的数量，发挥承台下的地基土的承载能力。更进一步地大胆地设想并突破