（岩土工程专业论文）宁波软土地区超长桩竖向承载特性试验研究.pdf

e x p e r i m e n t a ls t u d yo nv e r t i c a lb e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f s u p e r l o n gp i l e si ns o f ts o i lr e g i o ni nn i n g b o ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y z h o n g x i a o y a n g s u p e r v i s e db y a s s o c i a t ep r o f x u eg u o y a c o l l e g eo fc i v i le n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j a n u a r y 2 0 1 0 lr-。-l-i-_l 广i 所 也 研 电 相 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：互；：翌兰日期： l 矿。t - 2 - 2 研究 来越多地采 0 0 根，桩长 传递机理到 目前为止还不清楚，现行规范对超长桩的设计并非建立在充分研究超长桩的承载变形机 理的基础之上，存在理论与实际之间的矛盾，因此，本文结合宁波市交通局科技计划项 目宁波绕城公路东段软土地区超长桩承载特性研究及应用，通过理论分析、现场试 验、数值模拟及统计分析等方法，对宁波绕城公路东段软土地区超长桩承载特性进行了 研究。开展的主要工作及取得的成果如下： 首先，通过大量文献调研，总结了普通桩基桩土共同作用的理论研究现状、超长桩 荷载传递机理方面的研究方法及取得的研究成果，揭示了其中还存在的一些问题。 其次，详细介绍了宁波绕城公路东段软土地区超长桩的静载荷试验，通过对试验结 果的分析，得出了如下结论： 超长桩的荷载沉降曲线大多呈缓变型；超长桩在极限荷载作用下桩端阻力发挥都 比较小、桩端土一般只发生弹性压缩、很少发生剪切破坏、桩身压缩量比较大；超长桩 侧阻力的发挥与位移的关系、端阻力的发挥与位移的关系大多都符合双曲线函数关系。 然后，选用双曲线函数作为荷载传递法的传递函数，拟合求得桩侧各典型土层及桩 端土层的荷载传递参数。为得到宁波绕城公路东段地区超长桩的桩侧土层的荷载传递参 数的可靠代表值，将所有2 6 根试桩的桩侧典型土层侧摩阻力位移数据分土层提取，运 用统计学知识进行统计分析，得出适合于该地区的荷载传递参数建议取值。 最后，运用这些参数统计值，通过位移协调法模拟超长桩q s 曲线并与实测结果、 有限元数值模拟结果进行对比，验证了双曲线函数作为宁波绕城公路东段地区超长桩荷 载传递函数的合理性、该项目地区典型土层的荷载传递参数统计值的可靠性。 关键词：超长桩，承载特性，双曲线模式，荷载传递参数，统计分析 a b s t r a c t e x p e r i m e n t a ls t u d y o nv e r t i c a lb e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f s u p e r 1 0 ngp i l e si ns o f ts o i lr e g i o ni nn i n g b o g r a d u a t es t u d e n t ：z h o n gx i a o - y a n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f x u eg u o - y a a b s t r a c t t h ef o u n d a t i o no fs u p e r - l o n gp i l e sh a v et h eg r e a ta d v a n t a g ei ni n c r e a s i n gc a p a c i t ya n d r e d u c i n gt h es e t t l e m e n t ，s ot h es u p e r - l o n gp i l e sa r eu s e dm o r ea n dm o r ei nt h ep r o j e c t t h i s a r t i c l e sb a c k g r o u n dp r o j e c to fn i n g b or i n g - c i t ye x p r e s s w a y ，a l t o g e t h e rh a sa p p r o x i m a t e l y 15 8 0 0p i l e s ，w h i c ha r eg e n e r a l6 0 m - 8 0 ml o n g ，a l s oa r el o n gs u r p a s slo o m a l t h o u g ht h e s u p e r - l o n gp i l ea p p l i e sm a s s i v e l y ，t h i sk i n do fp i l e s l o a dt r a n s f e rm e c h a n i s mi sn o ts oc l e a r , t h ee x i s t i n gn o r m so ft h es u p e r 1 0 n gp i l ew a sn o td e s i g n e db a s e do nt h e f u l l s t u d yo f s u p e r - l o n gp i l eb e a r i n g d e f o r m a t i o nm e c h a n i s m ，t h e r ei st h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h e o r ya n d p r a c t i c e ，t h e r e f 0 r e ，t h i sa r t i c l eu n i f i e st h en i n g b ot r a n s p o r t a t i o n s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y p r o j e c t - t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no nb e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f s u p e r - l o n gp i l ei ns o f ts o i l r e ! g i o no fe a s te x p e r t i s ei nn i n g b or i n g c i t y e x p r e s s w a y ”，u s i n gm e t h o d sa n ds o o n t h e o r e t i c a la n a l y s i s ，f i e l dt e s t ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n ds t a t i s t i c a la n a l y s i s ，c i r c l e dt h eb e a r i n g c h a r a c t e r i s t i c so fs u p e r 1 0 n gp i l ei n s o f ts o i lr e g i o no fe a s te x p e r t i s ei nn i n g b or i n g c i t y e x p r e s s w a yt oc o n d u c t t h er e s e a r c h t h em a i nw o r kc a r r i e do u ta n dt h er e s u l t sa c h i e v e da r e a sf o i l o w s ： f i r s t t h r o u g he x t e n s i v e l i t e r a t u r er e s e a r c h ，s u m m e du pt h eg e n e r a lp i l et h e o r yo f p i l e - s o i li n t e r a c t i o nr e s e a r c h ，t h er e s e a r c hm e t h o d s a n dr e s u l t so fs u p e r - l o n gp i l el o a dt r a n s f e r m e c h a n i s m ，a n da l s or e v e a l e ds o m ep r o b l e m s n e x t ，s t a t i cl o a de x p e r i m e n to fs u p e r 1 0 n gp i l ei n s o f ts o i lr e g i o no fe a s te x p e r t i s ei n n i n g b or i n g c i t ye x p r e s s w a yi si n t r o d u c e di nd e t a i l t h r o u g ht o t e s t r e s u l t sa n a l y s i s ，h a s d r a w nt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n ： t h es u p e r - l o n gp i l e sl o a d s e t t l i n gc u r v em o s t l ya s s u m e st h es l o wv a r i a n t ；w i t ht h el i m i t l o a d s ，t h et i pr e s i s t a n c eo fs u p e r - l o n gp i l ei sr e l a t i v e l ys m a l l ，p i l e t i ps o i lg e n e r a l l yo c c u r s o n l ve l a s t i cc o m p r e s s i o n ，s h e a rf a i l u r eo c c u r sr a r e l y ，p i l ec o m p r e s s i o ni sr e l a t i v e l yl a r g e ；t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns i d e r e s i s t a n c ea n dt h ed i s p l a c e m e n to ft h es u p e r - l o n gp i l e ，a l s ot h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et i pr e s i s t a n c ea n dd i s p l a c e m e n to f t h es u p e r - l o n gp i l ea r em o s t l yi n l i n ew i t ht h eh y p e r b o l i cf u n c t i o nm o d e t h e n t h eh y p e r b o l i cf u n c t i o n si sc h o o s e da st h et r a n s f e rf u n c t i o no fl o a dt r a n s f e rm e t h o d ， i o a d t r a n s f e rp a r a m e t e r so f t h et y p i c a lp i l e s i d es o i la n dt h ep i l e t i ps o i li so b t a i n e d t oo b t a i n t h er e l i a b l er e p r e s e n t a t i v ev a l u e so fp i l e - s i d es o i ll o a dt r a n s f e rp a r a m e t e ro ft h es u p e r 。l o n g f i n a l l y ，t h o s ef i t t i n gp a r a m e t e r sa r eu s e dt os i m u l a t eq - sc u r v eo ft h es u p e r - l o n gp i l eb y t h ed i s p l a c e m e n tc o m p a t i b i l i t ym e t h o d t h r o u g ht h es i m u l a t i o nr e s u l t sw i t he x p e r i m e n t a l r e s u l t s ，f i n i t ee l e m e n tn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t sc o m p a r e dt ov e r i f yt h eh y p e r b o l i cf u n c t i o n a st h et r a n s f e rf u n c t i o no fs u p e r - l o n gp i l ei ns o f ts o i l r e g i o no fe a s te x p e r t i s ei nn i n g b o r i n g - c i t ye x p r e s s w a yi sr e a s o n a b l e ，a n dt h es t a t i s t i c a lv a l u e so fl o a d t r a n s f e rp a r a m e t e r so f t h et y p i c a lp i l e s i d es o i lo f s u p e r - l o n gp i l ei nt h er e g i o ni sa l s or e a s o n a b l e k e yw o r d s ：s u p e r - l o n gp i l e s ，b e a r i n gc a p a c i t y ，h y p e r b o l am o d e l ，l o a d t r a n s f e r p a r a m e t e r ，s t a t i s t i c a la n a l y s i s 目勇i v 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 超长桩的定义。l 1 3 超长桩的研究现状2 1 3 1 理论研究现状2 1 3 2 荷载传递研究现状3 1 4 本文的主要工作4 第二章超长桩现场试验6 2 1 工程概况6 2 2 试桩概况一7 2 3 自平衡法测试加载系统9 2 3 1 加载设备9 2 - 3 2 位移量测装置9 2 3 3 应力量测装置9 2 1 3 4 测试规程1 0 2 4 堆载法测试系统l l 2 4 1 反力系统。l l 2 4 2 加载系统1 l 2 4 3 测读系统1 l 2 4 4 测试规程1 l 2 5 试验数据处理基本原理1 2 2 5 1 轴力计算一l2 2 5 2 摩阻力计算1 3 2 6 测试情况l3 第三章试验结果分析15 3 1 荷载沉降特性l5 3 2 侧摩阻力发挥特性18 3 3 荷载传递特性2 0 3 4 本章小结2 3 第四章超长桩荷载一位移关系及参数统计分析2 4 4 1 概述2 4 4 2 荷载传递法2 4 4 2 1 荷载传递法的基本原理2 4 4 2 2 荷载传递法的假设条件2 5 4 2 3 荷载传递法本构关系的建立2 5 4 2 4 荷载传递函数2 5 4 3 超长桩侧摩阻力位移关系模拟2 7 4 3 1 实测r s 数据2 7 4 3 2 桩侧摩阻力的发挥模式2 8 4 3 3 双曲线回归实测f s 曲线2 9 4 4 超长桩端阻力位移关系模拟3 2 4 4 1 桩端阻力的发挥模式3 2 4 4 2 实测仃一咒数据3 2 4 4 3 双曲线回归实测盯一最曲线3 2 4 5 荷载传递参数统计分析3 4 4 5 1 参数物理意义一3 4 i v 东南大学硕七学位论文 4 5 2 荷载传递参数分析3 5 4 5 3 参数a 、b 统计分析3 7 4 6 本章小结4 0 第五章超长桩荷载位移模拟4 l 5 1 荷载传递法模拟41 5 1 1 桩身荷载传递模型的建立4 i 5 1 2 荷载位移关系迭代计算方法4 2 5 1 3 荷载传递参数验证。4 2 5 2 有限无数值模拟4 3 5 2 1 有限元数值分析简介。4 4 5 2 2 模型的建立4 4 5 2 3 有限元模拟结果及分析4 5 5 3 本章小结4 7 第六章结论与展望4 8 6 1 全文总结4 8 6 2 展望4 9 参考文献5 0 致谢5 2 附j i 乏5 3 1 、淤泥质亚粘土参数拟合5 3 2 、淤泥质粘土参数拟合。5 3 3 、粘土参数拟合5 4 4 、亚砂土参数拟合5 4 v 第章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着高层、超高层建筑及大跨桥梁的大量建设，对桩基础的承载力要求越来越高。 一方面不断探索新桩型、新工艺：另一方面向超长大直径桩方向发展。在东南沿海地区， 由于覆有深厚的软土层，就使得具有高承载力的超长桩的使用成为必然。 尤其是8 0 年代以来，随着国民经济的发展，国内掀起了一股基础设施建设的高潮， 一座座跨长江、黄河甚至跨海大桥得以兴建，如江阴长江大桥、润扬长江大桥、杭州湾 大桥、东海大桥、苏通大桥等等。这些大桥都有一个共同特点，就是跨度大，要求桩基 承载力高。这就要求基础的规模比较大，也就是说桩数较多、桩径较大、桩长较长，如 河南郑州黄河大桥【1 1 ，桩深7 0 m ，桩径2 2 m ；武汉长江公路桥，桩深6 5 m ，桩径2 5 m ； 铜陵长江大桥，桩深1 0 0 m ，桩径2 8 m 。目前，我国桥梁工程中最大桩长己达1 2 5 m ， 桩径3 2 m ，单桩承载力高达l2 0 0 0 0 k n ，而本文背景工程宁波市绕城高速公路全长约8 6 公里，其中有4 1 k m 多的高架桥和主跨4 6 8 米的甬江特大桥。全线共有桩基础约1 5 8 0 0 根，桩长一般6 0 8 0 m ，部分桩长超过1 0 0 m 。另外，受施工设备、技术及工艺水平的 制约，钻孔灌注桩桩身质量可靠度较低，尤其对超长灌注桩桩底沉渣厚度的有效控制其 难度较大，许多工程桩( 尤其桩身穿越砂层、砾卵石、含砂砾粉土层时由于砂砾沉淀等) 桩底不可避免残余有一定厚度的沉渣，沉渣的存在将大大降低单桩承载力。 尽管超长桩已被大量使用，但对这类桩的荷载传递机理到目前为止还很不清楚，桩 的设计仍按普通桩的计算理论进行，迄今还没有符合实际的计算方法。现行规范对超长 桩的设计并非建立在超长桩的承载变形机理的基础之上，存在理论与实际之间的矛盾， 目前有一种不安的倾向，因对超长桩承载机理研究不成熟，一些设计人员在某些工程中 盲目增加桩长，以致产生很大的浪费。因此超长桩的研究不仅是桩基理论自身发展的要 求，也是工程界的迫切要求，超长桩的研究成果也必将对我国工程的建设及营运产生显 著的经济效益和社会效益。 1 2 超长桩的定义 关于超长桩至今没有一个明确的定义。阳吉型引、胡建华、曾友生、朱向荣等认为 超长桩是指桩长大于5 0 m 的各种类型的桩，主要有钢管桩、混凝土预制桩和钻孔灌注桩； 胡立明认为桩长大于6 0 m 为超长桩；俞炯奇i3 j ( 2 0 0 0 ) 把1 0 端阻分担比作为长短桩的 分界点；韦华1 4 j 将桩长按其长度或长细比分为短桩、中短桩、长桩、超长桩四类，其中 桩长大于5 0 m 或长径比大于1 0 0 的桩归类为超长桩；陈祥福【5 】( 2 0 0 5 ) 提出l d 5 0 ( 长 径比) 的桩为超长桩的判定标准。 以上关于超长桩的提法可以大概分为三类：1 ) 根据绝对桩长确定；2 ) 依据端阻占 桩顶荷载比例确定；3 ) 以长径比l d 确定。 p o u l o s l 6 1 的研究表明l d 对桩基荷载传递的影响较大，因此在定义超长桩的概念时 应主要考虑d ，以d 5 0 作为判断超长桩的标准更合理。 综上所述，考虑到本课题主要是针对宁波市交通局科技计划项目宁波绕城高速公 东南大学硕士学位论文 路东段软上地区超长桩承载特性研究中超长桩基础承载性能进行试验研究，除特别说 明外，本文所指超长钻孔灌注桩是指桩长大于5 0 m 的钻孔灌注桩。 1 3 超长桩的研究现状 1 3 1 理论研究现状 目前，单桩的承载力和沉降计算还没有得到较完美的统一，即分析单桩的承载力时， 没有与单桩沉降联系起来，而在分析单桩沉降时，又没有以可靠度的思想来确定承载力。 从以往的研究资料看，目前单桩理论分析方法主要有：弹性理论法、剪切位移法、 荷载传递法、神经网络法及有限元法等。而在实际工程实践中，现场静载测试仍被认为 是最可靠的方法。 弹性理论法【7 】利用半无限弹性体中集中力下的m i n d l i n 解给出桩的竖向变形，这与 实际地基土的成层性差别较大，并且与土的实际变形特性也相差较大。后来，有人针对 土的成层性将该方法进行改进，如t a 等【8j 将层状弹性体的分析理论引入到桩基础的分析 中，费勒发1 9 j 等将弹性理论解与分层总和法相结合，以考虑成层土的情况。 荷载传递法i lo 】认为桩身任何一点的位移只与该点的剪切应力有关，忽略了桩周土的 应力场效应，即忽略了桩周介质的连续性，也无法反映软弱下卧层的影响。潘时声( 1 9 9 1 ) 提出了用分层位移迭代法求解单桩，并推广到群桩分析中，有效改善了该法不同的传递 函数对应的临界位移值相差很大的问题。陈如桂i l l 】建立了单桩荷载传递的弹塑性桩土体 系的理论并开发出可供工程应用的实用方法。但其方法是独立考虑一根桩的沉降特性， 未扩展到群桩分析中。 剪切位移法f l2 】假设桩产生竖向位移时，桩侧摩阻力通过环形单元向四周传递，桩侧 周围土体的变形可视为同心的圆柱体，适用性较强。杨嵘昌【1 3 1 等进一步将剪切位移法推 广到塑性阶段，并且用于桩土承台结构的非线性共同作用分析。有人在剪切位移法的 基础上，给出了层状土中轴向受荷桩土相瓦作用的问题分析方法，对于解决一般地基土 的桩土相互作用问题较为有效。杨敏1 1 4j 等提出沉降控制设计桩基础的方法，是桩土相互 作用的进一步发展。董建国5 】等则对桩土共同作用机理的计算方法进行了较系统的研 究。但该方法在分析计算中，桩的影响半径的确定主要基于经验，缺少理论支持。 单桩沉降预估的神经网络法采用的是由r u m e l h a r t 1 6j 等提出的反向误差传播( b a c k e r r o rp r o p a g a t i o n ，简称b p ) 神经网络，并借助于己收集到的试桩资料，建立神经元网 络模型，它把一组训练样本的输入输出问题变为一个非线性化问题，在其迭代运算求权 值的全过程中使用了最优化分析中的梯度下降法。 有限单元法是目前较普遍的一种数值分析方法，但是由于计算时，所取用的参数多、 计算量大、建模较复杂等原因，目前，用于研究目的的分析居多。应用有限元有很多优 点，可以考虑实际的三维效应，并可计算桩中和沿桩周的应力和变形。它也有可能研究 导致破坏区的应力和变形的逐渐发展过程。众多学者为获得各工况下的桩基承载性能， 只能借助于有限元方法来模拟现场试验，得到了很多有意义的结论。但由于各自采用的 本构模型、有限单元及核心算法不一样，导致模型差异较大，结论也不尽一致。有的将 桩体作为杆件，周围土体对桩的作用采用弹簧单元模拟，弹簧可以模拟土体的粘弹性。 这种作为，割裂了桩土之间的相互作用。更多的学者采用实体单元模拟桩体和土体单元， 1 3 2 荷载传递研究现状 载方法 试验根 桩基的荷载传递是桩基工作性能的核心内容，从广义上讲，指的是桩基在外荷载作 用下桩。土体系的各个部分反应的总体表现，它包括荷载的分配、传递方式、地基土和 桩身以及桩端共同承担外荷载的相互关系、构成桩土承载力的各个分量的形成、发挥 过程和分布规律。 韦华1 4 j 通过对下关电厂甜试桩和宝山钢厂v l 试桩试验数据的分析，认为超长桩的 受力特性属于摩擦桩。并结合超长桩的受力特性对影响超长桩摩阻力发挥的各种因素做 了定性分析，提出了桩端持力层的力学性质对摩阻力的发挥有较大影响的观点。 曾友金等l l7 j 提出了用指数函数作为荷载传递函数对超长单桩的荷载传递进行了分 析。考虑了桩侧摩阻力引起的桩端土沉降作用，并对指数函数进行了修正。用优化方法 对单桩静载试验结果进行了反演分析，优化出桩周各土层和桩端土荷载传递函数的岩土 参数，并用3 根静载试验超长单桩的试验结果与计算结果进行比较，结果相差不多，说 明修正后的荷载传递函数町用于超长单桩的荷载传递。 费鸿庆等i l 引通过对黄土地基中超长钻孔灌注桩竖向承载力静载试验，桩身轴力传递 和桩侧阻力发挥的测试，探讨了黄土地基中超长钻孔灌注桩的承载力性状，受施工质量 影响的桩身轴力传递规律和侧阻力发挥性状。 俞亚男掣憎j 根据软土地基中超长钻孔灌注桩静载试验资料，分析了软土地区超长钻 孔灌注桩的承载特性和荷载传递机理。 朱向荣等1 2u j 通过温州软土地基中超长钻孔灌注桩静载试验和桩身轴力的测试，探讨 了软土地基中超长钻孔灌注桩的承载力性状和荷载传递机理。 方鹏飞【2 | j 针对超长桩的受力特性，利用荷载传递法对超长桩进行了非线性分析，利 用轴对称有限元法对均质、成层土中超长桩的承载性状展开了研究。针对超长桩的荷载 传递特性，指出了超长桩设计应该注意的一些问题；同时提出了变形协调设计法，考虑 了受力和变形的相互协调，在理论上更加合理。 冯世进等1 22 | 研究黄土地基中超长钻孔灌注桩的承载性能、桩身轴力传递规律、桩侧 阻力和端阻力的发挥性状，对西安地区6 根超长钻孔灌注桩进行单桩静载荷试验，采用 东南大学坝士学位论文 滑动测微计测试每米范围内桩身轴力的变化。可以发现，黄土地基中超长钻孔灌注桩的 蟛一s 曲线呈缓变型，在最大荷载时都未达到破坏状态；桩身轴力传递规律和桩侧阻力 的发挥与成孔工艺、桩长、桩周土层性质密切相关。 从桩的超长对桩的工作性能影响的角度来看，超长桩的荷载传递机理有其独有的特 点，目前研究现状概述如下： ( 1 ) 普遍认为工作荷载下，超长桩为纯摩擦桩或端承摩擦桩【2 1 1 。超长桩的荷载沉降 ( 蟛一j ) 曲线呈缓变型，但在软粘土中或者在高应力水平下的超长桩也会出现桩端土的刺 入破坏，即其蟛一s 曲线呈陡降型。 ( 2 ) 超长桩的荷载传递性状为侧阻先于端阻发挥，二者是异步的【2 0 1 ，而且在工作荷 载下主要依靠侧阻的发挥来提供承载力。各层土桩侧摩阻力的发挥性状是不一致的。先 上层，后下层，而且极限摩阻力小的土层及埋深浅的土层其摩阻力越易发挥到极限。同 时在最下层土阻力发挥时，桩身上部土层可能己达到极限摩阻力而发生桩土相对滑移， 再增加荷载会使其阻力由于滑移而下降。 ( 3 ) 超长桩承受的荷载比较大，桩顶沉降也比较大，适当增加桩身刚度1 2 l j 有利于桩 项荷载向桩身下部传递，提高超长桩的承载效率。钻孔灌注超长桩的过量沉降是其破坏 的主要表现，在判断桩达到极限状态时应以沉降量和沉降速度为控制指标，并且桩身压 缩量和桩底土沉降量是桩顶沉降的主要组成部分。 ( 4 ) 普遍认为：加大桩长能明显减小桩的沉降。但也有文献【2 3 1 认为单纯增加桩长并不 能明显减小桩基础的沉降，尤其在工作荷载下，其效果并不明显。而随着桩径的增大， 桩在同一级荷载下的沉降减小比较明显，比单纯增加桩长要明显的多。因此选择合适的 桩径对减小桩基础的沉降是有意义的。对超长桩，因为在工作荷载下其性质主要表现为 摩擦桩性状，因此适当增加桩径，有利于减少沉降并提高单桩承载力，但桩径的加大会 明显增加混凝土用量，从而增加造价。因此需要选择一个合适的长径比l d ，以达到 承载性能和经济的优化。 ( 5 ) 传统的单桩承载力计算方法并不适用于超长桩，因为传统的计算方法认为桩侧 阻力与桩端阻力同时达到极限，而实际上二者是异步发挥。因此，对于超长桩来说侧阻 与端阻应采取不同的分项系数1 2 3 j ，这样才比较符合实际情况。 ( 6 ) 超长单桩的荷载传递及变形规律主要受下列因素12 1 】控制：桩端土与桩周土的刚 度之比；桩土刚度之比；桩的长径比。其中桩土刚度比和桩的长径比影响较大，当超长 桩桩长超过某个极限时，其桩端七与桩周土的刚度比对其承载力的影响甚微。 ( 7 ) 舒翔【2 4 1 ( 2 0 0 i ) 认为不仅柔性桩存在有效桩长问题，即使象钢管桩这样的刚度极 大的刚性桩也存在有效桩长问题；而且不仅单桩存在有效桩长，对群桩情况有效桩长的 概念同样成立。因此，在进行超长桩的设计时，不应超过这个有效桩长，否则只会增加 工程造价，造成资金的大量浪费。 1 4 本文的主要工作 虽然超长桩得到了大量应用，但其荷载传递机理到目前还不是很清楚，根据现行规 范规定的常规桩标准进行超长桩的设计施工与实际测试结果有较大差别。因此，研究软 土中超长桩的荷载传递机理，分析统计具有地域代表性的荷载传递参数，既是桩基理论 出目 ( 2 ) 进行宁波绕城公路东段工程软土地区超长桩非原位与原位试验，对试验结果进 行总结分析，以得出该地区超长桩的荷载传递特性。 ( 3 ) 结合试验数据，研究宁波绕城公路软土地区超长桩侧阻力发挥与桩土相对位移 的关系、端阻力发挥与桩端位移的关系，选择合适的传递函数模型，对超长桩的荷载传 递模型中的参数进行计算、统计分析，给出宁波软土地区各主要典型土层参数值的建议 取值范围并分析其可靠性。 ( 4 ) 根据试验结果研究调整地质勘察报告提供的各地层的地质参数，并分析研究各 参数试验结果的可靠性。 东南大学硕士学位论文 2 1 工程概况 第二章超长桩现场试验 宁波市绕城高速公路是宁波市高速公路规划的重要部分，全长约8 6 公里，其中西段 约4 3 公里已开工建设。拟建的国道主干线宁波绕城公路东段起自甬台温高速公路的姜 山北互通，接在建的宁波绕城公路西段终点，经云龙、五乡、好思房、临江、沙河，止 于颜家桥，接在建的宁波市绕城高速西段起点，全长约4 3 5 公里。本项目以桥梁结构为 主，其中有4 i k m 多的高架桥和主跨4 6 8 米的甬江特大桥。全线共有桩基础约1 5 8 0 0 根， 桩长一般6 0 - - 8 0 m ，部分桩长超过l o o m 。桩基础在本项目建安费中占3 0 左右，因此 有必要对桩基础进行专项研究。本项目地区为典型的湖沼积平原及冲海积平原地带，选 定的试验桩位置包括两种主要的地层类型：第一个类型为浅部软土层厚，物理力学性质 差，中部土层物理力学性质一般，深部土层物理力学性质稍好，底部基岩埋藏深，深度 在7 5 - 9 0 m 左右，主要为砂砾岩等软岩。该类型段以云龙镇附近地质情况最为典型；第 二个类型为浅部软土层较厚，中部土层物理力学性质一般较好，深部土层物理力学性质 较好，底部基岩埋藏稍浅，深度在5 5 6 5 m 左右，岩性为凝灰岩。该类型段以五乡镇附 近地质情况最为典型。 表2 1 第一类型地层z k ll - 2 孔试桩地质条件 层底深度 地基土容许承载力钻孔灌注桩桩侧土 层号 岩( 土) 层名称 ( m ) 【oo ( k p a )极限摩阻力t 。( k p a ) 2 2 2 亚粘土 8 5 3 0 l 9 9 淤泥质粘土6 01 5 3 1 1 8 淤泥质亚粘土6 01 8 l 2 2 4 淤泥质哑粘上6 51 8 3 3 0 9 淤泥质亚粘土7 02 0 l 3 3 9亚粘土2 0 04 5 2 3 8 0 亚粘七1 6 03 0 4 0 0 细砂l8 04 5 4 5 5亚粘上2 1 06 0 2 4 8 9 粉砂2 1 05 5 1 6 3 0亚粘土2 2 06 0 2 6 6 0中砂2 3 06 5 3 6 8 1 亚粘土 2 2 06 0 2 7 6 4 砾砂 2 6 07 0 o 一8 7 4 全风化砂砾岩 2 1 05 5 表2 2 第二类型地层z k 5 0 孔试桩地质条件 层底深度 地基七容许承载力钻孔灌注桩桩侧土 层号 岩( 土) 层名称 ( m ) 【oo ( k p a )极限摩阻力t 。( k p a ) 1 2 4 亚粘t 9 0 3 0 3 4 8 淤泥质亚粘上6 01 5 9 7 亚砂土1 1 02 5 i 1 9 4 淤泥质哑粘上 6 51 8 二 2 0 8 亚砂土1 2 02 5 第二章超长桩现场试验 3 3 2 5粘上 7 5 2 0 。 3 4 3卵石 3 0 0 6 0 4 3 7 5亚粘士 8 5 2 0 4 3 5亚粘上2 3 06 5 2 4 4 0砾砂2 5 07 0 5 5 0 亚粘土 2 3 06 5 3 6 4 2亚粘土2 3 07 0 q 。 6 8 - 3 含碎石亚粘土 2 3 07 0 o l 7 0 0 全风化凝灰岩 2 2 06 5 0 2 7 3 5 强风化碰凝灰岩 4 5 01 1 0 0 3 8 4 6 弱风化凝灰岩 1 5 0 01 3 0 o d 9 0 3 微风化凝灰岩2 5 0 0 1 3 0 2 2 试桩概况 根据初步设计地质勘察报告，在全线选择有代表性1 1 处位置做2 6 根桩( 混凝土标 号均为c 2 5 ) 静载荷试验。其中1 3 根( 5 根为支盘桩) 做破坏性试验；2 根做优化设计 后的非原位验证试验，然后再利用其中l 根桩做水平力试验；1 1 根利用原位桩做验证试 验( 试验以后经过灌浆等技术手段予以利用) 。试验方法采用自平衡法和堆载法进行， 其中第一合同段2 根支盘根采用堆载法，其余2 4 根试桩均采用自平衡法。本文涉及的 2 6 根试桩位置选择和桩径等参数、地质资料、桩顶容许承载力、加载值等见下表1 3 。 表2 3 试桩详细情况表 序 桩径地面标 桩底标 桩顶容 破坏桩 预计加载 单荷载箱 号 位置参考地质孔桩型许承载值 ( m )高( m )高( m )验证桩双荷载箱 力( 1 ( n )( k n ) 北仑侧辅助墩附近 z k c 2 6 l1 52 o l- 6 0 6 8 普通桩 4 0 8 7 破坏桩 2 7 5 0 0 单荷载箱 k 2 6 + 6 8 9 k 2 6 + 6 8 9 镇海侧辅助墩附近z k c 3 l 21 51 6 4- 8 l 普通桩7 8 1 6破坏桩2 1 1 5 0 0单荷载箱 k 2 7 + 7 0 0 k 2 7 + 7 0 0 蛟川枢纽主线高架桥 z k c 6 l 31 528 5 k 3 3 + 1 7 4 6 左普通桩 6 9 1 4 破坏桩 2 x 1 0 5 0 0 单荷载箱 k 3 3 + 1 8 5 4 6 m 沙河互通主线高架桥 4 1 226 8 普通桩 5 6 7 7 破坏桩 2 8 5 0 0 单荷载箱 k 3 8 + 8 6 5 沙河互通主线高架桥 51 226 8 z k c 9 3普通桩 5 6 7 7 破坏桩2 8 5 0 0单衙载箱 k 3 8 + 8 7 0 k 3 8 + 8 6 3 6 沙河瓦通圭线高架桥 左i 6 m 支盘桩5 6 7 7破坏桩2 x 8 5 0 0单荷载箱 6l 2 6 5 4 k 3 8 + 8 4 l 沙河瓦通 线高架桥 7 1 225 4 支盘桩 5 6 7 7 破坏桩 2 x 8 5 0 0 单荷载箱 k 3 8 + 8 6 0 沙河至九尼湖高架桥 8i 21 5 6- 7 6 0 2 普通桩 6 0 6 5 破坏桩 2 1 0 5 0 0 单衙载箱 k 4 2 + 2 1 6z k c l l 2 沙河至九龙湖高架桥 k 4 2 + 2 1 6 1 9 1 22 4 83 7 1 4支盘桩6 0 6 5破坏桩2 x 1 0 5 0 0单荷载箱 k 4 2 + 2 2 4 左2 5 4 m z k l l 2 1 0 第一合同段k 3 + 2 0 01 22 16 6 0 6支盘桩 3 5 0 0 破坏桩 2 5 5 0 0 单荷载箱 k 3 + 2 0 0 z k l 4 1 l l 第一合同段k 4 + 0 5 01 52 i6 7 9普通桩5 0 0 0破坏桩2 1 0 0 0 0单衙载箱 k 4 + 0 5 0 1 2 第一合同段k 3 + 1 9 0 1 22 14 7 4z k l i 2 支盘桩 3 5 0 0 破坏